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關(guān)鍵詞:綠色化學;高中化學;滲透
一、引言
綠色化學是一種在技術(shù)經(jīng)濟等領(lǐng)域利用新技術(shù)以減少對環(huán)境污染從而保護環(huán)境的新型化學反應(yīng),由于它在化學反應(yīng)途徑中以最大限度實現(xiàn)無污染或者凈化污染物,且其研究內(nèi)容是發(fā)現(xiàn)更為環(huán)保的能源化學材料。這種工藝非終端環(huán)境治理,也更能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
二、綠色化學的具體內(nèi)涵
綠色化學是一種意在最大限度上利用資源使得資源利用率達到最大,以提高產(chǎn)品或者有用物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率,從而進一步可以由始端解決環(huán)境污染的問題,達到污染物治理的新型化學。由于現(xiàn)在環(huán)境問題的日漸嚴重,使得各國都在積極促進綠色化學的研究。而且綠色化學隨著科學的發(fā)展已經(jīng)跨越了學科的界限,除了化學專業(yè)本身,綠色化學也涉及了機械制造、電子數(shù)學等領(lǐng)域,綠色化學這一研究方向已成為跨越國籍跨越學科的全球性的科學方向。綠色化學的基本要求是減少資源的使用并且加強重復(fù)利用率,實現(xiàn)二次利用或者對污染物副產(chǎn)品及時回收,或者在轉(zhuǎn)化后對廢物進行再生。那么對于轉(zhuǎn)化率低污染程度大的原料,應(yīng)該積極尋找可替換資源,減少其使用量。
三、綠色化學在高中化學教學中的滲透
在教材中,要充分體現(xiàn)當今環(huán)境污染的嚴重性,環(huán)境狀況不容樂觀,從而引起學生對保護環(huán)境發(fā)展綠色化學的必要性。在化學生產(chǎn)工藝與化學技術(shù)方面,綠色化學的出現(xiàn)對幫助工廠減少能源消耗,提高資源利用率,從而提高工廠效益有重要作用。如果將眼光放遠,綠色化學是一種全新的經(jīng)濟環(huán)保理念,由此可以看出它代表了人類最長遠最根本的利益,這樣就對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。由此可以看出綠色化學中所包含的眾多優(yōu)點,因此這些優(yōu)點對于引進高中數(shù)學中也是十分重要的。在高中,學生需要做大量的化學實驗,每天都會消耗大量的化學試劑,由此產(chǎn)生的廢料廢物如果直接排放到環(huán)境里,對學校師生以及周圍居民的身體健康的危害也是不可忽視的。因此,在高中化學課程里引入綠色化學這一理念就十分重要了。
四、如何在高中化學中踐行綠色化學的理念
第一,教師本身應(yīng)該加強綠色環(huán)保意識。教師作為教書育人的主體,除了嚴格要求學生以外更需要嚴格要求自己踐行綠色化學的理念,從自身做起樹立綠色化學的意識,落實在課堂教育中的環(huán)保理念。第二,讓綠色化學理念滲透于課堂之中。雖然中國對綠色化學的重視逐漸加深,課本教材上也出現(xiàn)了綠色化學的身影,但是綠色化學在課堂上所占的比例還是太少,由于綠色化學不屬于考試范疇,有些教師在教學過程中甚至將其忽略。因此,在課堂上加深學生對綠色化學的認識,讓學生了解綠色化學的重要性就不可或缺了。為了順應(yīng)當今社會對于環(huán)保理念逐漸重視的現(xiàn)狀,教師也應(yīng)該讓學生在非實驗課的課堂之中樹立起綠色化學對生活重要性的認識,從而促進學生綜合素質(zhì)的提高。第三,實驗課中的綠色化學的滲透。對于高中化學來說,實驗課可以最大限度地增強學生的動手能力,增強學生理論聯(lián)系實際操作的能力,這樣就可以使學生更好地了解課本之中知識的意義,因此化學實驗課是課堂上極其重要的組成部分。綠色化學的實驗準備與基本流程。實驗材料用量的多少以及結(jié)果的可靠性全都依賴于實驗流程,這也是為什么在做實驗之前應(yīng)該充分地研究實驗原理,使得設(shè)計出來的實驗所需用量都在最佳之內(nèi)。如果由于實驗之前的失誤使得用量錯誤,那么就只能從頭開始試驗,這樣就造成了實際浪費因此不符合綠色化學的理念。此外在實驗過程中,綠色化學理念要徹底貫徹,學生需要考慮如何在試劑量一定的情況下來確保實驗轉(zhuǎn)化率最高,使得實驗過程中盡可能地節(jié)省試劑節(jié)約資源。實驗之后廢料的處理?;瘜W實驗中很多試劑使用過后不能收回,而且會產(chǎn)生有害物質(zhì),這就要求教師以及學生在實驗之前就準備好實驗所需物品的確定的量,造成盡可能少的浪費。以及實驗后的廢料如果不處理直接排放到環(huán)境中,對環(huán)境也會造成污染,因此在實驗過程中,教師應(yīng)該將廢棄物的處理放入實驗最后一個環(huán)節(jié),或者教師用最恰當?shù)氖侄翁幚韽U料,來確保廢棄物得到充分凈化,以免對環(huán)境造成污染。教師在教學過程中還可以通過讓學生討論,閱讀相關(guān)文獻的方法來使學生更好地理解綠色化學的概念,在實際教學操作中,教師可以在解釋反應(yīng)過程中適當縮短時間,舉出更多學生可以理解的例子,從反應(yīng)物、反應(yīng)時間、反應(yīng)條件、消耗能量、催化劑等各個方面來進行比較,讓學生更好地理解其中綠色化學的內(nèi)涵。
五、結(jié)束語
綠色化學作為一個大的方向與研究項目,不是一朝一夕可以完成的,因此教師更應(yīng)該從學生對知識的接受能力以及認知能力為出發(fā)點,在課堂中從自身做起讓學生潛移默化中樹立綠色化學的理念。在注重可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代,滲透到高中化學教學中的綠色化學,對未來環(huán)境的影響會更加深遠。
參考文獻:
[1]邢季穎.綠色化學理念在高中化學實驗中的應(yīng)用研究[D].遼寧師范大學,2013(04).
一、將綠色化學理念滲透到初中化學的課堂教學中去
1.適當延伸初中化學中涉及的教學內(nèi)容
現(xiàn)今,初中化學的教科書中也融入了很多綠色化學的知識,比如海水資源的開發(fā)與利用、化學反應(yīng)條件控制等等.教師在進行課堂教學時應(yīng)該緊扣教材,將綠色化學理念隨時體現(xiàn)出來,做好初中生的綠色化學啟蒙教育,提高他們對綠色化學的積極性以及知識水平.當然,化學教師除了要利用好教材中關(guān)于綠色化學的內(nèi)容之外,也可以對內(nèi)容進行適當?shù)难由?,讓初中生能夠更容易的理解綠色化學的概念,提升他們學習綠色化學的興趣.
例如,化學教師講解釀酒的原理之后,還可以進一步給初中生簡單介紹目前我國工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中對乙醇的需求情況.讓他們知道我國對乙醇的需求現(xiàn)狀是供不應(yīng)求的,而且單純使用淀粉類糧食作物生產(chǎn)酒精的話將會產(chǎn)生非常龐大的成本.而在大自然中含量相當豐富卻無法供人類食用的纖維素(如樹葉、稻草和玉米芯)也是碳水化合物.如果使用這類纖維素作為乙醇制取的原料來源,不僅能將生產(chǎn)成本大大降低,而且也不失為一條新能源開發(fā)的可行道路.
2.借助多媒體等現(xiàn)代化教學手段
在初中化學的教材中涉及綠色化學的內(nèi)容非常多,如白色污染防治、能源的綜合利用、臭氧空洞、水污染等.但是對于這些綠色化學理念的解釋,初中化學教材中僅僅局限于直白的文字.教師在化學課堂教學課堂上,很難將這些綠色化學的理念給學生解釋清楚.所以這時候就必須要借助多媒體等現(xiàn)代化的教學手段進行教學.將綠色化學內(nèi)容以圖片、動畫、視頻的形式呈現(xiàn)給初中生,給他們營造強烈的視覺或聽覺感受,加強初中生對綠色化學的感知程度.還可以收集一些時事新聞,將初中生的實際生活與綠色化學聯(lián)系起來,讓他們更容易理解綠色化學概念的同時,體會到實現(xiàn)綠色化學對國家可持續(xù)發(fā)展的重要性.而且對于那些由于客觀條件限制不能進行現(xiàn)場演示教學的趣味實驗,也可以通過多媒體課件展示給初中生,讓他們對實驗形成一定的印象和認知,彌補無法進行實驗的遺憾,進而對綠色化學樹立起一個全新的認知和理解.
二、加強綠色化學理念在初中化學實驗中的實踐
1.嚴格規(guī)范初中化學實驗的基本操作
初中化學是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的學科,所以做好實驗教學是豐富初中生綠色化學理念的重要手段之一.在初中化學實驗中,也可以將資源節(jié)約、無污染無廢料、循環(huán)利用等綠色化學實驗新要求充分的體現(xiàn)出來.在初中生的心中牢固樹立起“關(guān)愛環(huán)境、保護環(huán)境”的意識.因此,在初中化學實驗的實際進行過程中,必須要對實驗的基本操作進行嚴格的規(guī)范.如何正確的聞氣體、放置藥品?取藥品時操作工具的選用、具體的操作手法以及取藥品的量等,化學教師都必須要對初中生交代清楚.化學實驗結(jié)束以后,教師還必須正確、細致地指導初中生做好化學廢棄物的處理、儀器的清洗歸位以及實驗桌面的清理等工作.
例如,化學教師在指導初中生進行酸堿鹽性質(zhì)的實驗時,就可以引導他們將試管改為點滴板來進行實驗操作.這樣一來不僅可以使實驗現(xiàn)象更明顯,實驗結(jié)果對比起來更容易;而且還可以達到節(jié)約實驗藥品的目的,避免藥品的浪費,減少對環(huán)境的污染,進而在潛移默化之中讓初中生形成綠色化學的意識.
2.及時優(yōu)化初中化學實驗的裝置
進行初中化學實驗時,固體、液體和氣體的產(chǎn)生不可避免.但是在這些產(chǎn)物之中有很多都是有毒或者有害的,她們不僅會污染環(huán)境還會威脅人類身體的健康.因此,教師在引導初中生進行化學實驗時,可以在不讓實驗的結(jié)果和現(xiàn)象受到影響的前提下,鼓勵初中生主動去改進和優(yōu)化化學實驗的方法、步驟以及儀器裝置.以此來降低化學試劑和實驗產(chǎn)物對環(huán)境的污染,實現(xiàn)綠色化學實驗的目的.
例如,化學教師帶演示一氧化碳還原氧化鐵的實驗時,應(yīng)該對初中生強調(diào)尾氣(即一氧化碳)處理的重要意義,并讓學生嘗試思考更多更好的尾氣處理辦法.除了將一氧化碳燃燒后以二氧化碳形式排放到空氣中之外,還可以采用氣球法或排水法將一氧化碳收集起來然后加以再利用;或者將后面一盞酒精燈撤掉,并將用于導出尾氣的玻璃導管設(shè)計成彎管,使尾氣在放有氧化鐵粉末的試管下再次燃燒反應(yīng),實現(xiàn)尾氣循環(huán)再利用,提升實驗物資利用率及實驗產(chǎn)物的利用率.
三、重視在初中化學課后習題中對綠色化學的滲透
課后習題訓練是幫助初中生鞏固課堂所學化學知識,提高他們的化學能力的必要方法.所以化學教師應(yīng)該要將綠色化學的理念融入到課后習題的訓練中去,讓初中生學會運用綠色化學思想去解決現(xiàn)實生活中的問題.
一、綠色化學理念
在化學教學中的貫徹綠色化學是指在反應(yīng)過程和化工生產(chǎn)中,盡量減少或徹底消除使用和產(chǎn)生有害物質(zhì),要求使用化學藥品遵循“5R”原則,即:拒用危害品(Reject);減少用量(Reduce);循環(huán)使用(Recycle);回收再用(Reuse);再生利用(Regenerate)。在中學化學中綠色化學的目標和任務(wù)不是被動地治理環(huán)境污染,而是主動地防止化學污染,是一門從源頭上拒絕污染的化學?;瘜W教育必須從中學化學教學開始就對學生貫徹這種思想和意識,進行綠色化學教學的實踐和創(chuàng)新。
二、綠色化學在化學教學中的實踐
1.理論教學中的綠色滲透
從綠色化學的角度來看,中學化學中許多物質(zhì)的制取反應(yīng)、性質(zhì)實驗、化學工藝等等都是值得討論和重新考慮的。這給改革課堂教學、課程資源整合、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神提供了良好的契機。要充分挖掘教材中的綠色化學資源的有關(guān)內(nèi)容,在各章節(jié)的教學中插入綠色化學的理念。(1)在課堂教學中融入綠色化學教育,要注意結(jié)合學生的知識基礎(chǔ)和認知規(guī)律。(2)綠色化學知識應(yīng)以反復(fù)出現(xiàn)、螺旋式上升的方式在課堂教學中展現(xiàn)。(3)要充分利用教材中已有的環(huán)境保護內(nèi)容及綠色化學因素,積極挖掘隱含的綠色化學教育因素。在具體實施過程中可以采取點—點互動式教學法,即將化學知識點與綠色化學知識點聯(lián)系起來,每學到一種環(huán)境污染物,教師都可將綠色化學中處理、解決這種污染物的方法或原理適當介紹給學生例如:有關(guān)酸雨的環(huán)境問題的介紹。
2.實驗教學中的綠色設(shè)計
在實驗教學過程中要積極實現(xiàn)綠色化學的理念,應(yīng)用科學、合理的試驗方法對環(huán)境污染進行預(yù)防和治理,讓學生在實驗過程體會綠色化學的宗旨和意義。在實驗設(shè)計中應(yīng)遵循以下原則:(1)能否達到目的;(2)所用原料是否綠色、常見、易得;(3)原料反應(yīng)利用率的高低;(4)實驗過程是否科學、綠色;(5)有無造成環(huán)境污染,產(chǎn)生“三廢”;(6)實驗的誤差大小等。改進實驗方法,強化學生的創(chuàng)新意識。一個好的化學實驗不僅能加深學生對實驗現(xiàn)象本身的記憶,而且能進一步加深對知識的理解。因此化學教師必須致力于尋求好的實驗方法,力求使實驗變得設(shè)計更合理,操作更簡單,現(xiàn)象更明顯。開發(fā)微型化實驗,實施綠色化學實驗。微型化學是在綠色思想的指導下,用于預(yù)防化學污染、對常規(guī)實驗進行改革而發(fā)展起來的新方法、新技術(shù)。微型化學實驗具有現(xiàn)象明顯、效果良好、節(jié)約實驗藥品和時間、減少污染、安全、便攜等優(yōu)點,它符合綠色化學的宗旨,即在實驗過程中,盡可能地從源頭減少或消除污染。依托多媒體輔助或觀看實驗錄像達到綠色環(huán)保要求。在遇到危險性較大抑或伴隨有毒、有害物質(zhì)生成較多的演示實驗時,如果教師采用多媒體輔助教學,不僅同樣能夠達到演示實驗的效果,而且對那些因設(shè)備復(fù)雜(投資大)、危險性大、反應(yīng)周期長和操作條件苛刻、常規(guī)實驗無法開出,但又很重要的實驗,以生動有趣的多媒體課件形式表現(xiàn)出來,寓教于樂,大大提高了教學質(zhì)量,又體現(xiàn)了綠色化學要求。
3.緊跟高考改革進程,在試題中體現(xiàn)綠色思想
近幾年高考題中大量出現(xiàn)了關(guān)于運用化學原理進行綠色、環(huán)保、安全、節(jié)能方面的試題。從2000年全國化學奧林匹克競賽題在中學化學命題中首次明確使用“綠色化學”一詞,到近年幾年全國及各省市的高考試題,綠色化學的考題逐年增多。2010年的高考化學試題中如福建卷中大量出現(xiàn)了關(guān)于化學生產(chǎn)工藝、元素分析與綠色、環(huán)保相關(guān)的內(nèi)容,而且都是大分值的題目。在高考化學試題中體現(xiàn)綠色化學的理念,必定是今后高考化學命題的趨勢之一。
關(guān)鍵詞:綠色化學 環(huán)?!〗逃F(xiàn)狀 未來發(fā)展
綠色化學,是一門從源頭上阻止污染的化學,它將給人類可持續(xù)發(fā)展帶來希望。世界各國都十分重視綠色化學的發(fā)展,綠色化學及其帶來的產(chǎn)業(yè)革命將在全球興起。綠色化學目標的實現(xiàn)需要一代又一代具有綠色意識、懂得綠色知識和技術(shù)的綠色人才,綠色人才離不開綠色化學教育。實施綠色化學教育,無論從學生的現(xiàn)代國民素質(zhì)與科學素質(zhì)的培養(yǎng),還是從環(huán)境責任感和綠色意識的形成,都是十分必要的[1]。
一、綠色化學的認識
綠色化學(Green Chemistry)又稱環(huán)境無害化學(Environmentally Benign Chemistry)、環(huán)境友好化學(Environmentally Friendly Chemistry)、清潔化學(Clean Chemistry)等。綠色化學即用現(xiàn)代化學和化工生產(chǎn)的技術(shù)去減少或消除對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有毒的原料、催化劑、溶劑和試劑的使用,不產(chǎn)生有毒有害的產(chǎn)物、副產(chǎn)物和廢物。綠色化學是化學發(fā)展的新階段,是促使人類與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的更高層次的化學[2]。
二、綠色化學教育現(xiàn)狀
綠色化學教育是指在化學課堂、實驗、習題等教育中貫徹綠色化學理念、運用綠色化學思想,宣揚綠色環(huán)保意識的教育化學教育方式。
當前,我國綠色化學教育仍處于剛剛起步的階段,對于綠色化學教育還需要進一步的普及和宣傳。2003年,我國初中化學課程標準中明確提出了“綠色化學”教育的思想,新課標要求化學必修課程的設(shè)計中必須要體現(xiàn)綠色化學思想,同時也要求把綠色化學的理念引入到初中新教材之中,同時要求把綠色化學的思想、綠色化學的理念定位初中化學的教學目標,這些都說明我國初中化學教育中開始滲透綠色化學教育。
雖然,我國中學化學教育之中已經(jīng)開始滲透綠色化學教育的理念,同時也把綠色化學教育的理念融入到教學目標之中,但是綠色化學教育的的實施仍不盡合理,有待進一步改善。我國中學綠色化學教育存在的問題主要有以下兩方面:
第一,化學課堂教學中還未完全融入綠色化學的思想。我國一些化學教師,還未完全把綠色化學思想融入到日常的化學教學之中,這是因為綠色化學是一門新興的科學,許多化學教師自身也對其不是很了解,很難將其有效的與課堂教學內(nèi)容整合。
第二,化學實驗教學中綠色化學理念體現(xiàn)的不夠。在中學階段,所教授的化學知識大約有60%以上是通過實驗引入的,但現(xiàn)行的教材中的實驗設(shè)計卻很少體現(xiàn)綠色化學和環(huán)境化學的理念?,F(xiàn)行教材中的實驗設(shè)計操作方便、裝置簡單、現(xiàn)象較明顯,卻很少顧及環(huán)境污染問題,更談不上對實驗進行綠色化設(shè)計。
三、以化學教材內(nèi)容為依據(jù)倡導綠色化學教育
1.立足顯而易見的綠色化學內(nèi)容,進行綠色化學教育
在多種版本的化學新教材中都包含了非常明顯的綠色化學內(nèi)容,比如魯教版《實驗化學》教材末尾處“主題拓展從實驗到工廠—化工過程開發(fā)”,不僅將實驗室儀器與工廠設(shè)備聯(lián)系起來、將科學研究與生產(chǎn)實踐聯(lián)系起來,還對綠色化學進行了正面介紹。人教版《化學2(必修)》最后一章直接以“化學與自然資源的開發(fā)利用”為題目,其第二節(jié)專門以“資源綜合利用—環(huán)境保護”為題,本節(jié)第二部分更是以“環(huán)境保護與綠色化學”為標題對綠色化學進行了正面介紹。教材的這種設(shè)計使綠色化學的思想更加明確化和系統(tǒng)化,教學中應(yīng)立足這些顯而易見的綠色化學內(nèi)容,進行綠色化學教學設(shè)計,開展綠色化學教育[3]。
2.努力挖掘教材內(nèi)容潛在的綠色化學思想
教材中除了有明顯“綠色化學”提法的內(nèi)容外,還有許多內(nèi)容包含綠色化學的思想和觀念。例如,在講有機化合物塑料時,以廢棄塑料的回收利用為例,讓學生討論其可能的途徑,認識化學對廢舊物資再生與綜合利用的作用;在講化學反應(yīng)與能量這一主題時,結(jié)合燃料燃燒效率的提高、高能清潔燃料的開發(fā)和新型燃料電池的研制,安排一些調(diào)查與交流活動,提出合理化建議。通過這樣的教學設(shè)計,可以讓學生意識到資源的循環(huán)利用、能源的優(yōu)化應(yīng)用以及環(huán)境的源頭治理對可持續(xù)發(fā)展的意義。此外,還有許多可以充當綠色化學教育素材的內(nèi)容,比如當學習氮和硫的氧化物時,讓學生討論減少大氣污染物的原理和方法。教學中要努力挖掘這些內(nèi)容潛在的綠色化學思想,適時對學生進行綠色化學思想和觀念的教育。
四、綠色化學教育的未來發(fā)展
綠色化學教育在未來面臨的挑戰(zhàn)和綠色化學自身發(fā)展一樣充滿了多樣性,涉及到從綠色化學教師培訓到綠色化學技術(shù)工業(yè)化前景等一系列問題。
1.綠色化學教師培訓
由于綠色化學的產(chǎn)生,尤其是開展綠色化學教育的時間不長,許多化學教師對綠色化學并不熟悉,甚至還有人對綠色化學的重要性和前景持懷疑態(tài)度。因此,如何通過進修班、座談會和研究會等多種方式對有志于從事綠色化學教育和教學研究的教師進行必要的綠色化學知識培訓將是各國政府和教育界面臨的緊迫任務(wù),對那些將來可能成為綠色化學家的專攻綠色化學的學生還要制定特殊的培訓計劃。
2.澄清化學物質(zhì)毒性和物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系
要讓學生深刻地認識到對有害化學污染物質(zhì)進行治理會大大增加環(huán)境成本,而化學物質(zhì)的危險性/毒性作為其分子結(jié)構(gòu)的一種物理/化學性質(zhì),是可以預(yù)先進行設(shè)計和控制的。通過這些知識的傳授讓學生懂得產(chǎn)生分子毒性的理論基礎(chǔ),影響合成步驟的規(guī)律以及產(chǎn)品制備過程中環(huán)境狀況發(fā)生的變化等。
五、總結(jié)
把綠色化學融合于化學教育中已是一種趨勢,已是化學教育的嶄新課題。綠色化學的理念應(yīng)始終貫穿于整個化學教育之中,因此,化學教育工作者要樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念,使綠色化學思想、內(nèi)容從基礎(chǔ)教育貫穿到高等教育,讓學生了解綠色化學,培養(yǎng)學生在實驗的操作、運用、開發(fā)等方面多從綠色化學的角度來思考;從綠色的角度來說,化學很多物質(zhì)的制取、化學工藝等等都值得重新考慮。通過在化學教學中滲透融入綠色化學教育理念和思想,使學生樹立起牢固的綠色化學理念和環(huán)保意識,一方面這有利于我國綠色化學的大力發(fā)展,也有利于我國可持續(xù)性發(fā)展政策的貫徹落實,有利于我國生態(tài)環(huán)境保護?;瘜W教育工作者必須抓住機遇,努力在化學教學中滲透綠色化學思想,為我國培養(yǎng)具有綠色化學思想和意識的社會主義建設(shè)者。
參考文獻
[1]徐漢生. 高等院校本科生化學系列教材一綠色化學導論[M]. 武漢大學出版社, 2002.
1.綠色化學的涵義
綠色化學,顧名思義,就是對環(huán)境無害的化學,也通常被稱為無公害化學.從環(huán)境保護的角度說,綠色化學可以定義為利用化學相關(guān)知識,減少或者消除對人體、環(huán)境有害的物質(zhì),達到化學無公害化.有關(guān)學者提出了原子利用率理論,本質(zhì)含義就是盡量做到把每一個原子都充分利用,做到真正的百分百利用.隨著科技的發(fā)展,綠色化學成為了一門交叉學科,不僅涉及化學工藝學,而且還可能涉及機械、化工、電子、自控等多個學科門類.隨著世界各國積極倡導綠色化學,大力扶持相關(guān)產(chǎn)業(yè),也使綠色化學成為一門朝陽產(chǎn)業(yè).
2.綠色化學的核心內(nèi)容
通過對上文中綠色化學的多角度定義可以得知,綠色化學的核心是綠色,綠色當然是一個替代詞.綠色化學的理念基礎(chǔ)就是我們通常所說的5R原則,所謂5R原則來源就是五個綠色化學關(guān)鍵詞的英文首字母,具體為減量(含義為盡量減少相關(guān)污染物的排放)、循環(huán)使用(對涉及的原材料循環(huán)使用,達到高利用率)、回收(對相應(yīng)的污染物進行回收處理,做到不浪費一點資源)、再生(再生的含義就是盡量使用可以再生的資源,在原料的選擇上下功夫,以利于環(huán)境保護)、拒用(拒用的含義就是拒絕使用有害物質(zhì),積極研發(fā)替代品).通過對5R原則的介紹,我們知道,綠色化學的核心理念就是節(jié)約資源,保護環(huán)境.
二、化學教學中引入綠色化學的必要性
1.綠色化學與中學化學教育
化學教育是中學生必修的一門科學基礎(chǔ)課,也是我國實施科教興國戰(zhàn)略的重要組成部分,對于培養(yǎng)高素質(zhì)人才至關(guān)重要.在中學階段,化學課程的主要任務(wù)就是普及化學知識,激發(fā)學生的興趣.中學階段的化學課程處于啟蒙階段,所以在學生啟蒙階段積極培養(yǎng)學生的綠色化學觀念十分重要,對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展也有一定的教育作用.
2.在中學化學中如何引入綠色化學
熟悉中學化學教材的人都知道,在教材的相關(guān)章節(jié)中提到了綠色化學的重要性,為了從感官上培養(yǎng)學生的綠色化學觀念.如在制備有毒氣體時,我們一般的常識是在通風櫥中進行,現(xiàn)在結(jié)合現(xiàn)有的實驗設(shè)備,為了提高反應(yīng)效率,可以在完全密封的環(huán)境下進行反應(yīng),這樣既可以獲得較高的反應(yīng)效率,又可以做到有毒氣體零排放,通過有毒氣體的制取實驗,也可以引入綠色化學概念,提高學生的綠色化學修養(yǎng).
三、實驗教學中滲透綠色化學理念
1.培養(yǎng)學生綠色化學意識
查閱相關(guān)資料得知,我國中學生在綠色化學素養(yǎng)培養(yǎng)方面普遍較差,為了改變這一現(xiàn)狀,積極倡導綠色化學觀念,必須在化學教學與實驗中培養(yǎng)學生的綠色化學素養(yǎng).我國化學教育現(xiàn)狀是重視學生的理論成績,不重視學生的綜合素質(zhì)培養(yǎng),特別是綠色化學理念的培養(yǎng),在這種背景下,教師要承擔起綠色化學理念傳播者的重任,以身作則,在化學實驗中積極倡導并身體力行綠色化學理念,積極響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展號召,以5R原則為指導原則(5R原則即減量、循環(huán)、回收、再生、拒用)來培養(yǎng)學生的綠色化學理念.也可以作為實驗準則,解決教學實驗中容易出現(xiàn)的浪費和污染環(huán)境的系列問題,相關(guān)教學單位,可以考慮把5R原則作為實驗室守則予以公布,真正發(fā)揮5R原則的作用,切實讓學生知道綠色化學的重要性.
2.應(yīng)用綠色化學原理,改進化學實驗設(shè)計
在5R原則的指導下,以綠色化學理念的培養(yǎng)為契機,積極應(yīng)用綠色化學原理,改進中學化學實驗設(shè)計,真正做到綠色化學在理念上深入人心,在實際行動上做到實處,結(jié)合當今中學實驗室實際,本文詳細介紹如何利用綠色化學原理,對現(xiàn)在的中學化學實驗進行徹底改造,為了脈絡(luò)清晰,本文從以下幾個方面介紹:
(1)積極探索新方法
化學是一門奇妙的學科,方法多樣性是其主要特點,化學反應(yīng)不是固定的,其反應(yīng)效率和反應(yīng)速度可能因為環(huán)境溫度、反應(yīng)物濃度或者催化劑的不同而有天壤之別,有的反應(yīng)自然反應(yīng)極慢,但是加入相應(yīng)催化劑后可以上百倍的增加反應(yīng)速度,基于這個原理,我們在設(shè)計化學實驗時,一定多探索,積極開發(fā)新的催化劑,盡量使反應(yīng)發(fā)生的快而徹底,減少廢棄物的產(chǎn)生,從源頭上踐行綠色化學理念.
(2)實驗的器具多樣性
隨著科技發(fā)展,化學器具更新很快,在這種背景下,我們要把綠色化學理念融入到化學儀器的設(shè)計生產(chǎn)中,結(jié)合中學化學實驗室實際,我們在進行相關(guān)實驗時,既可以利用常規(guī)儀器,也可以利用高科技的微型器具,也可以我們自制實驗器具,在實驗過程中要充分考慮綠色化學理念,積極探索適合綠色化學的新器具,比如,在濃硫酸與金屬銅反應(yīng)制備硫酸銅的反應(yīng)中,中學實驗室提供的常規(guī)儀器太大,容易造成浪費,在這種背景下,我們可以利用微型實驗儀器,這樣既滿足了實驗要求,又大大節(jié)省了反應(yīng)原料,充分體現(xiàn)了綠色化學的相關(guān)理念,可以對學生達到良好的教育作用.
(3)實驗場地和環(huán)境多樣性
通過查閱相關(guān)資料得知,中學化學實驗一般不具有很大的危險性,所以有時候試驗場地不僅僅只局限于實驗室,比如在做pH測試實驗時,一般實驗室會提供多種酸或者堿性物質(zhì)以備檢測,但是這樣會浪費大量的實驗原料,為了積極踐行綠色化學理念,教師可以把學生實驗室放在野外,學生采集相關(guān)標本,研磨成汁,再用相關(guān)試劑測試物質(zhì)的酸堿性或者具體的pH,這樣既可以節(jié)省實驗材料,又可以給學生主動性.因為,實驗室的物質(zhì)已經(jīng)知道酸堿性,所以學生做的只是驗證實驗,而上述新方法,由于不知道所采集標本的酸堿性,所以這就成了探索性實驗,大大喚起了學生的積極性,也十分符合綠色化學的理念.
3.藥品利用綠色化
藥品利用綠色化也是綠色化學理念的重要方面,藥品利用綠色化就是在化學實驗時,要節(jié)約藥品,合理使用藥品,對于價格昂貴的藥品,還要積極探索替代品,以節(jié)約珍貴的資源,從藥品利用層面上踐行綠色化學理念.
四、化學教學中滲透綠色化學教育理念的行動研究
1.充分挖掘教材中的綠色化學資源
現(xiàn)在的中學化學教材都十分重視綠色化學理念,在課本中都隨處可見綠色化學理念,通過實際閱讀中學化學課本,教材中的綠色化學理念主要體現(xiàn)在以下幾點:
(1)節(jié)省資源作為主體.在中學化學課本中,以節(jié)約資源作為整本書的理念支撐,例如在氯堿工業(yè)中采取了循環(huán)操作,體現(xiàn)了綠色化學中節(jié)省資源能源的基本原理.
(2)在設(shè)計中學生化學實驗時,把綠色化學理念貫穿其中,在設(shè)計實驗結(jié)構(gòu)圖時,尾氣處理必不可少.
關(guān)鍵詞:高考化學 趨勢 綠色化學
高考將各學科知識點的考察融入到社會與生活中,通過理論與現(xiàn)實問題的結(jié)合,考察學生對課本知識的理解、應(yīng)用以及解決實際問題的能力,以此來促進學生對科學思想方法的掌握。2000年廣東高考綜合能力測試題第21題首次在全國高考化學試題中明確使用了“綠色化學”一詞,由此開創(chuàng)了高考化學試題的一個新趨勢。
一、綠色化學的考點
縱觀近幾年的高考化學試題,主要涉及到以下三個方面的綠色化學知識:
1.提高原子利用率,力圖使所有作為原料的原子都被產(chǎn)品所消納,實現(xiàn)“零排放”,節(jié)省資源。例如在硝酸工業(yè)、合成氨工業(yè),循環(huán)操作在接觸法制硫酸、聯(lián)合制堿法的工藝流程中的應(yīng)用等,都體現(xiàn)了節(jié)約資源、提高原子利用率的思想。
2.在無毒無害的條件下進行反應(yīng),以減少廢棄物的排放。采用尾氣回收的方法或者更新裝置以減少和防止環(huán)境污染。如教材中對氨氧化法制硝酸、煉鐵、煉鋼等都介紹了尾氣處理工藝或者尾氣吸收的裝置。這些實例都體現(xiàn)了綠色化學中從源頭上控制和減少工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染而不是污染了再治理的要求,強調(diào)了對環(huán)境更友好的生產(chǎn)方式。
3,開發(fā)綠色實驗,應(yīng)用新的化學反應(yīng)條件。如實驗室用H2O2分解代替KClO3分解制O2法,實現(xiàn)了原料和反應(yīng)過程的綠色化。教材中介紹的無氰電鍍,由乙炔制乙醛工業(yè)生產(chǎn)中使用非汞催化劑等直接體現(xiàn)了綠色化學的思想。
二、綠色化學的內(nèi)涵
綠色化學的核心內(nèi)涵是指在化工生產(chǎn)和化學反應(yīng)中減少和控制有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)生,使整個過程實現(xiàn)零排放和零污染。下面將以實例解析綠色化學的內(nèi)涵。
2007年廣東卷第32題:以下反應(yīng)最符合綠色化學原子經(jīng)濟性要求的是u。
A.乙烯聚合為聚乙烯高分子材料。
B.甲烷與氯氣制備一氯甲烷。
c.以銅和濃硝酸為原料生產(chǎn)硝酸銅。
D.用SiO2制備高純硅。
該題考察的是綠色經(jīng)濟的核心概念――原子經(jīng)濟性。原子經(jīng)濟性要求充分利用原料,最大限度減少廢棄物的排放,要求用最少的原料與步驟、最小的污染與副反應(yīng)物,制成最多的目標物。原子經(jīng)濟性用原子利用率來表示:
原子利用率:目標產(chǎn)物質(zhì)量,產(chǎn)物總質(zhì)量×100%
原子利用率越高表示該方案越環(huán)保。選項A乙烯聚合只生成一種產(chǎn)物,原子利用率為100%,故答案為A;B選項CH4+C12CH2CI+HCl,產(chǎn)生一氯甲烷和氯化氫,氯化氫能對環(huán)境造成污染;C選項Cu+4HNO2(濃)=Cu(NO2)2+2NO2+2H2O,二氧化氮能對環(huán)境造成污染;D選項2C+SiO高溫Si+2CO,產(chǎn)物CO亦能造成環(huán)境污染。由該題我們知道,原子利用率高的反應(yīng)才是具有原子經(jīng)濟性的反應(yīng),也才最符合綠色化學原則。這種反應(yīng)只能有一種產(chǎn)物,而這樣的反應(yīng)類型有化合反應(yīng),加成、加聚反應(yīng),原子重排反應(yīng)。同時還要注意綠色化學強調(diào)重復(fù)以及回收方式的循環(huán)利用,重復(fù)和回收都有利于降低成本、減少污染。
三、綠色化學試題給教學的啟示
1.以綠色化學理念貫穿教學。在教學中,始終引導學生用綠色化學的理念理解化學原理、評價化學問題,積極思考和改進產(chǎn)物不符合原子經(jīng)濟性的化學反應(yīng)并找到合適的解決方法。當目標物有幾種反應(yīng)方式時,計算原子利用率,找到最優(yōu)方案。對于有污染的實驗進行適當?shù)母倪M,設(shè)計符合綠色原則的實驗方案,提高綠色化學應(yīng)用能力。
教材中的很多實驗過程都能產(chǎn)生廢氣或廢物造成環(huán)境污染,如Cl2的制取與性質(zhì)實驗、氮化合物的性質(zhì)實驗等等,因此在教學中,教師在傳授知識培養(yǎng)學生技能的同時,要引導學生積極思考,對教材中污染環(huán)境的反應(yīng)、實驗裝置、材料進行改革創(chuàng)新,使其更綠色環(huán)保。
2.提升教師科研素質(zhì)。良好的教學效果要求教師首先具備較高的知識素養(yǎng),能自主研習教學內(nèi)容,理解教材更替的原因,能用科學的綠色化學理念評價實驗。在知識大沖擊的時代,知識更新?lián)Q代的速度很快,只有不斷同步更新自己的知識,才能培養(yǎng)出合格的學生。因此教師必須具備持續(xù)學習的能力,以增加知識、與時俱進、完善自我。
3.踐行綠色化學理念。理念促進行為,行為習慣反之也能深化理念,只有在行動中踐行綠色化學的理念,才能在實踐中用綠色化學的理念審視化工生產(chǎn)與化學實驗。在生活中,學生需從小事做起,如垃圾分類投放、節(jié)約能源,使用環(huán)保電池、節(jié)能燈、太陽能熱水器,不適用不易降解的一次性衛(wèi)生用具,不隨意亂扔舊電池等。多關(guān)注綠色化學領(lǐng)域的新成果。同時也能為環(huán)保出謀劃策。
一、化學所面臨的挑戰(zhàn)
1.1化學的形象正在被與其交叉的學科的巨大成功所埋沒
化學是一門中心科學,化學與生命、材料等朝陽科學有非常密切的聯(lián)系,產(chǎn)生了許多重要的交叉學科,但化學作為中心學科的形象反而被其交叉學科的巨大成就所埋沒?;瘜W這門重要的中心科學(centralscience)反而被社會看作是伴娘科學(bridesmaidscience)而不受重視。
1.2化學正被各種各樣的環(huán)境污染問題所困擾
化學的發(fā)展在不斷促進人類進步的同時,在客觀上使環(huán)境污染成為可能,但是起決定性的是人的因素,最終要靠人們的認識不斷提升來解決這個問題。一些著名的環(huán)境事件多數(shù)與化學有關(guān),諸如臭氧層空洞、白色污染、酸雨和水體富營養(yǎng)化等;另一方面把所有的環(huán)境問題都歸結(jié)為化學的原因,顯然是不公平的,比如森林銳減、沙塵暴和煤的燃燒等。這當然與化學沒有樹立好自己的品牌有關(guān)系,在最早的化學工藝流程里面,根本沒有把廢氣和廢渣的處理納入考慮范圍,因此很多化學工藝都是會帶來環(huán)境污染的?,F(xiàn)在,有些人把化學和化工當成了污染源。人們開始厭惡化學,進而對化學產(chǎn)生了莫名其妙的恐懼心理,結(jié)果造成凡是有“人工添加劑”的食品都不受歡迎,有些化妝品廠家也反復(fù)強調(diào)本產(chǎn)品不含有任何“化學物質(zhì)”。事實上,這些是對化學的偏見,監(jiān)測、分析和治理環(huán)境的卻恰恰是化學家。
二、綠色化學是應(yīng)對挑戰(zhàn)的必然
科學不但要認識世界和改造世界,還要保護世界。化學也如此,為了應(yīng)對化學所面臨的挑戰(zhàn),提倡綠色化學是刻不容緩。
2.1綠色化學的概念
綠色化學又稱環(huán)境無害化學、環(huán)境友好化學或清潔化學,是指化學反應(yīng)和過程以“原子經(jīng)濟性”為基本原則,即在獲取新物質(zhì)的化學反應(yīng)中充分利用參與反應(yīng)的每個原料原子,在始端就采用實現(xiàn)污染預(yù)防的科學手段,因而過程和終端均為零排放和零污染,是一門從源頭阻止污染的化學。綠色化學不同于環(huán)境保護,綠色化學不是被動地治理環(huán)境污染,而是主動的防止化學污染,從而在根本上切斷污染源,所以綠色化學是更高層次的環(huán)境友好化學。
2.2綠色化學的產(chǎn)生及其背景
當今,可持續(xù)發(fā)展觀是世人普遍認同的發(fā)展觀。它強調(diào)人口、經(jīng)濟、社會、環(huán)境和資源的協(xié)調(diào)發(fā)展,既要發(fā)展經(jīng)濟,又要保護自然資源和環(huán)境,使子孫后代能永續(xù)發(fā)展。綠色化學正是基于人與自然和諧發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展理論。在1984年,美國環(huán)保局(EPA)提出“廢物最小化”,這是綠色化學的最初思想。1989年,美國環(huán)保局又提出了“污染預(yù)防”的概念。1990年,美聯(lián)邦政府通過了“防止污染行動”的法令,將污染的防止確立為國策,該法案條文中第一次出現(xiàn)了“綠色化學”一詞。1992年,美國環(huán)保局又了“污染預(yù)防戰(zhàn)略”。1995年,美國政府設(shè)立了“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”。1999年英國皇家化學會創(chuàng)辦了第一份國際性《綠色化學》雜志,標志著綠色化學的正式產(chǎn)生。我國也緊跟世界化學發(fā)展的前沿,在1995年,中國科學院化學部確定了《綠色化學與技術(shù)》的院士咨詢課題。
2.3綠色化學的核心內(nèi)容
原子經(jīng)濟性是綠色化學的核心內(nèi)容,這一概念最早是1991年美國Stanford大學的著名有機化學家Trost(為此他曾獲得了1998年度的“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”的學術(shù)獎)提出的,即原料分子中究竟有百分之幾的原子轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)物。理想的原子經(jīng)濟反應(yīng)是原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物,不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物,實現(xiàn)廢物的“零排放”。他用原子利用率衡量反應(yīng)的原子經(jīng)濟性,認為高效的有機合成應(yīng)最大限度地利用原料分子的每一個原子,使之結(jié)合到目標分子中。綠色化學的原子經(jīng)濟性的反應(yīng)有兩個顯著優(yōu)點:一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地減少了廢物的排放。原子利用率的表達式是:
原子利用率=(預(yù)期產(chǎn)物的式量/反應(yīng)物質(zhì)的式量之和)×100%
如無公害氧化劑過氧化氫的制備可采用乙基蒽醌法,即由氫和氧在2-乙基蒽醌和Pd為催化劑作用下直接合成,2-乙基蒽醌復(fù)出并可循環(huán)使用。此反應(yīng)原子利用率為100%,體現(xiàn)了原子經(jīng)濟性,減少廢物的生成和排放,是典型的零排放例子。
2.4綠色化學的12項原則和5R原則
為了簡述了綠色化學的主要觀點,P.T.Anastas和J.C.Waner曾提出綠色化學的12項原則,這12項原則對我們今后從事綠色化學的研究具有一定的指導作用。
Ⅰ.防止——防止產(chǎn)生廢棄物要比產(chǎn)生后再去處理和凈化好得多。
Ⅱ.講原子經(jīng)濟——應(yīng)該設(shè)計這樣的合成程序,使反應(yīng)過程中所用的物料能最大限度地進到終極產(chǎn)物中。
Ⅲ.較少有危害性的合成反應(yīng)出現(xiàn)——無論如何要使用可以行得通的方法,使得設(shè)計合成程序只選用或產(chǎn)出對人體或環(huán)境毒性很小最好無毒的物質(zhì)。
Ⅳ.設(shè)計要使所生成的化學產(chǎn)品是安全的——設(shè)計化學反應(yīng)的生成物不僅具有所需的性能,還應(yīng)具有最小的毒性。
Ⅴ.溶劑和輔料是較安全的——盡量不同輔料(如溶劑或析出劑)當不得已使用時,盡可能應(yīng)是無害的。
Ⅵ.設(shè)計中能量的使用要講效率——盡可能降低化學過程所需能量,還應(yīng)考慮對環(huán)境和經(jīng)濟的效益。合成程序盡可能在大氣環(huán)境的溫度和壓強下進行。
Ⅶ.用可以回收的原料——只要技術(shù)上、經(jīng)濟上是可行的,原料應(yīng)能回收而不是使之變壞。
Ⅷ.盡量減少派生物——應(yīng)盡可能避免或減少多余的衍生反應(yīng)(用于保護基團或取消保護和短暫改變物理、化學過程),因為進行這些步驟需添加一些反應(yīng)物同時也會產(chǎn)生廢棄物。
Ⅸ.催化作用——催化劑(盡可能是具選擇性的)比符合化學計量數(shù)的反應(yīng)物更占優(yōu)勢。
Ⅹ.要設(shè)計降解——按設(shè)計生產(chǎn)的生成物,當其有效作用完成后,可以分解為無害的降解產(chǎn)物,在環(huán)境中不繼續(xù)存在。
Ⅺ.防止污染進程能進行實時分析——需要不斷發(fā)展分析方法,在實時分析、進程中監(jiān)測,特別是對形成危害物質(zhì)的控制上。
Ⅻ.特別是從化學反應(yīng)的安全上防止事故發(fā)生——在化學過程中,反應(yīng)物(包括其特定形態(tài))的選擇應(yīng)著眼于使包括釋放、爆炸、著火等化學事故的可能性降至最低。
為了更明確的表述綠色化學在資源使用上的要求,人們又提出了5R理論:
Ⅰ.減量——Reduction減量是從省資源少污染角度提出的。減少用量、在保護產(chǎn)量的情況下如何減少用量,有效途徑之一是提高轉(zhuǎn)化率、減少損失率。②減少“三廢”排放量。主要是減少廢氣、廢水及廢棄物(副產(chǎn)物)排放量,必須排放標準以下。
Ⅱ.重復(fù)使用——Reuse重復(fù)使用這是降低成本和減廢的需要。諸如化學工業(yè)過程中的催化劑、載體等,從一開始就應(yīng)考慮有重復(fù)使用的設(shè)計。
Ⅲ.回收——Recycling回收主要包括:回收未反應(yīng)的原料、副產(chǎn)物、助溶劑、催化劑、穩(wěn)定劑等非反應(yīng)試劑。
Ⅵ.再生——Regeneration再生是變廢為寶,節(jié)省資源、能源,減少污染的有效途徑。它要求化工產(chǎn)品生產(chǎn)在工藝設(shè)計中應(yīng)考慮到有關(guān)原材料的再生利用。
Ⅴ.拒用——Rejection拒絕使用是杜絕污染的最根本辦法,它是指對一些無法替代,又無法回收、再生和重復(fù)使用的毒副作用、污染作用明顯的原料,拒絕在化學過程中使用。
三、綠色化學的發(fā)展前景
3.1反應(yīng)原料的綠色化即反應(yīng)原料符合5R原則。
3.2原子經(jīng)濟性反應(yīng)在基本有機原料的生產(chǎn)中,已有一些原子經(jīng)濟性反應(yīng)的典范,如丙烯氫甲?;贫∪?、甲醇羰化制醋酸和從丁二烯和氫氰酸合成己二腈等。
3.3高效合成法不涉及分離高效的的多步合成無疑是潔凈技術(shù)的重要組成部分。
3.4.提高反應(yīng)的選擇性———定向合成如不對稱合成。
3.5.環(huán)境友好催化劑例如在正己烷的裂解反應(yīng)中,固體酸SiO2-AlCl3比普通AlCl3具有更好的選擇性,更小的腐蝕性。
3.6.物理方法促進化學反應(yīng)如微波引發(fā)和促進DielsAlder反應(yīng)、Claisen重排、縮合等許多重要的有機反應(yīng)。
3.7.酶促有機化學反應(yīng)酶促有機化學反應(yīng)有高效性、選擇性、反應(yīng)條件溫和和自身對環(huán)境友好等特點。
3.8溶劑化學污染不僅來源于原料和產(chǎn)品,而且與反應(yīng)介質(zhì)、分離和配方中使用的溶劑有關(guān),有毒揮發(fā)性溶劑替代品的研究是綠色化學的重要研究方向。如超臨界流體、水相有機合成和室溫熔鹽溶劑等。
3.9.計算機輔助綠色化學設(shè)計和模擬在化學化工領(lǐng)域,計算機已廣泛用于構(gòu)效分析、結(jié)構(gòu)解析、反應(yīng)性預(yù)測、故障診斷及控制等許多方面。無疑,計算機在尋找符合綠色化學原則的最佳反應(yīng)路線、化工過程最優(yōu)化、產(chǎn)品設(shè)計等方面推動了綠色化學的更快發(fā)展。
3.10環(huán)境友好產(chǎn)品如可降解塑料、環(huán)境友好農(nóng)藥、綠色燃料、綠色涂料和CFCs替代物等。綠色化學為化學的發(fā)展注入了新的活力,在21世紀化學必將大有可為。
參考文獻
[1]王恩舉.漫談綠色化學.大學化學,2002,(4)
【關(guān)鍵詞】綠色化學 高職院校 化學教育
綠色化學是指化學反應(yīng)和過程以“原子經(jīng)濟性”為基本原則,即在獲取新物質(zhì)的化學反應(yīng)中充分利用參與反應(yīng)的每個原料原子,在始端就采用實現(xiàn)污染預(yù)防的科學手段。綠色化學在過程和終端均為零排放和零污染,是一門從源頭阻止污染的化學。它不是被動地治理環(huán)境污染,而是主動地防止化學污染,從而在根本上切斷污染源,其在節(jié)約能源、防治環(huán)境污染、保障人類安全與健康等方面,發(fā)揮著重要作用?;瘜W教育由理論教學和實驗教學兩部分組成,高職院校應(yīng)在化學教育的全過程中實施綠色化學教學,增強學生的綠色化學的意識。
理論教學中的綠色化學教育
在理論上要實施綠色化學教學,首先要培養(yǎng)學生的綠色化學意識。這就要求教師必須有強烈的綠色意識,只有具備了綠色化學意識才能產(chǎn)生積極的行為效果,才能對學生進行指導,從而使綠色化學的理念滲透到學生的思想中。因此,高職院?;瘜W教師對于綠色化學的有關(guān)知識要有充分的了解和掌握,并且要將知識運用到實驗教學中,在潛移默化中培養(yǎng)學生的綠色化學意識,讓學生充分理解并接納綠色化學知識。綠色化學理念提倡的是教學手段的現(xiàn)代化以及教學方法多樣性。因此,要將現(xiàn)代化的教學手段運用到化學教學中,要開展多媒體教學,利用多媒體技術(shù),將綠色化學理念通過圖、文、聲、像和三維動畫等方式展現(xiàn)出來。
實驗教學中的綠色化學教育
1.采用微量化實驗,實現(xiàn)資源節(jié)約
微型化學實驗是近年來新興的一種化學實驗方法,是指在微型化的實驗裝置中,盡可能少的采用試劑來獲取化學結(jié)果,這種方法能使得中間生成物的轉(zhuǎn)移的過程盡可能的減少。微型化學實驗的優(yōu)點是現(xiàn)象明顯、節(jié)約實驗材料、節(jié)省實驗時間、減少污染、實驗效果好、安全且攜帶方便。一般情況下,微型實驗的試劑量是常規(guī)實驗試劑量的1/10~1/1000,與綠色化學的宗旨完全吻合,因此,應(yīng)該大力提倡并且給予實施。高職院校應(yīng)該在保證實驗現(xiàn)象明顯、實驗效果好的前提下開展微型化學實驗,在實驗中用常量儀器降低試劑的濃度,以及試劑的用量盡可能的降到最低。如與原來的實驗相比,乙酰水楊酸實驗微型化、乙酸乙酯合成實驗微型化試劑的用量減少了l/10~l/5,也縮短了實驗時間。微型化學實驗一方面降低了經(jīng)濟成本,另一方面還具有環(huán)保價值。
2.盡量選擇系列化實驗、串聯(lián)實驗或組合實驗
選擇系列化實驗、串聯(lián)實驗或組合實驗有利于實驗產(chǎn)物或中間產(chǎn)物循環(huán)使用。用前一實驗的產(chǎn)物作為后一實驗的反應(yīng)物,以減少試劑用量和環(huán)境污染。如乙醇系列實驗:工業(yè)酒精-95%的乙醇-乙酸乙酯-乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)測定及乙酸乙酯-乙酰乙酸乙酯-苯甲酰乙酸乙酯;乙酰水楊酸系列。在合成實驗“硅鎢酸催化合成乙酰水楊酸”中,學生合成的產(chǎn)品粗品可以為基本操作實驗“重結(jié)晶”之用,學生精制以后的乙酰水楊酸純品又可為基本操作實驗“熔點的測定”之用,同時又可為薄層層析實驗所用,如條件允許,還可以作為樣品進行紅外吸收光譜測定實驗。在“乙二酸綠色合成與表征”實驗中,對合成的乙二酸粗產(chǎn)品可作為“重結(jié)晶”實驗的原料;重結(jié)晶后的產(chǎn)物既可以作為“熔點測定”實驗及“酸堿滴定”實驗的試劑,又可以作為“有機元素分析”實驗的樣品。
3.重視“三廢”處理,實現(xiàn)污染最低化
綠色化學的宗旨是從源頭上對污染進行阻止,因此,應(yīng)該用化學的方法對實驗室的“三廢”進行處理,采取回收再利用的舉措。一方面實現(xiàn)了綠色化學的理念,另外一方面節(jié)約了實驗開支。在進行綠色化學教學過程中,應(yīng)該將重視“三廢”處理,實現(xiàn)污染最低化作為高職院校綠色化學教學的一個重要原則。從學生剛開始接觸實驗室時,就應(yīng)該將“三廢”不經(jīng)處理直接排放造成的危害滲透到學生的意識里,樹立高職院校學生綠色化學的理念,養(yǎng)成良好的實驗習慣。另外,在實驗教學中,要增加研究實驗后廢棄物無害化的處理這一環(huán)節(jié),使得學生對于回收實驗廢棄物有足夠的重視,實現(xiàn)廢棄物的循環(huán)再利用,從而將污染控制到最低。如常見有機溶劑的回收利用,廢氣的吸附,校園雨水酸度的測定及水質(zhì)凈化,含重金屬實驗廢液的分類回收處理等實驗。這些實驗貼近實際生活,在實驗過程中能激發(fā)學生學習的興趣和積極性,能加強學生的綠色化學的意識。
4.采用多媒體輔助教學,實現(xiàn)化學實驗綠色化
多媒體技術(shù)在化學實驗中的運用和發(fā)展對于自然資源的保護以及降低實驗環(huán)境的污染具有重要作用。多媒體技術(shù)能將設(shè)備比較復(fù)雜、反應(yīng)速度慢以及操作條件苛刻或者是一些常規(guī)實驗無法開展的實驗用生動的多媒體形式展現(xiàn)在學生的眼前,寓教于樂,增加學生學習的積極性。另外,對于有一些藥品消耗量大或易燃易爆、操作不易控制或者是環(huán)境污染嚴重的實驗,在教學過程中,可以用多媒體進行模擬演示實驗,這樣既完成了教學任務(wù),還將綠色化學的教學理論滲透到了化學實驗教學的過程中。如芳烴和鹵代烴的性質(zhì)實驗,改用計算機模擬教學,無污染,實驗現(xiàn)象明顯,教學效果顯著。
總之,在高職院?;瘜W教學中進行綠色化學教育,是素質(zhì)教育的一項重要的內(nèi)容,也是培養(yǎng)學生對社會、對將來責任感的一項重要的舉措。有助于提高學生的環(huán)保意識,提高學生環(huán)保的能力,同時還有助于從根本上阻止污染,改善環(huán)境,提高化學教育教學質(zhì)量。
參考文獻:
[1]張康華,曹小華,謝寶華.化學實驗教學與綠色化學教育[J].2010,29(05):123-126.
[關(guān)鍵詞] 化學實驗教學;綠色化學教育;環(huán)境保護教育
[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549(2017) 06-0108-02
“綠色化學”是伴隨著綠色食品、綠色消費的生活概念而提出的。綠色化學換言之又稱無害化學,是利用化學來防止環(huán)境污染的一種可取性措施。生活各方面不再使用有毒的有害物|以及妥善處理產(chǎn)生的廢棄物,做到從根源上阻止污染的產(chǎn)生是綠色化學的使用理念。從根本上通過化學改善保護環(huán)境,推動工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展是綠色化學的目標。以此我們應(yīng)該在化學實驗教學中加入綠色化學教育,使學生能夠從化學的角度使用相關(guān)知識對環(huán)境污染作出分析以及對一些化學現(xiàn)象做出合理解釋。綠色化學代表的不僅僅是一種理念,更是在生活實際操作中所帶來的社會環(huán)境和經(jīng)濟方面的效益。我們要在化學實驗和化學產(chǎn)品生產(chǎn)過程中最大可能地減少廢棄物的排放問題,盡可能做到“零排放”,從根源上解決環(huán)境污染問題。
一 綠色化學的核心涵義
綠色化學又為環(huán)境友好化學,通過利用化學的技術(shù)來對環(huán)境污染問題進行處理,來降低或者消除化學產(chǎn)品設(shè)計或者制造的過程中有害物質(zhì)的產(chǎn)生,使設(shè)計的化學過程和環(huán)境更加環(huán)保友好,從而在源頭上緩解化學污染的問題。
綠色化學從原料的安全性、節(jié)能型以及友好型等方面評價化學反應(yīng)的優(yōu)勢。原子利用率及環(huán)境因子則是綠色化學的核心內(nèi)容。充分利用化學反應(yīng)物中的每一個反應(yīng)分子,從而在充分利用資源的同時又能防止環(huán)境污染。原子的利用率越高,那么相應(yīng)的所產(chǎn)生的污染物就越少,環(huán)境因子越小,相應(yīng)的對環(huán)境做成的污染也就越小。環(huán)境因子是在化學反應(yīng)過程中,所生成的廢物質(zhì)量占目標產(chǎn)物質(zhì)量的比重。
把綠色化學融入化學實驗教學中去,有效地減少化學實驗中所產(chǎn)生的廢棄物對環(huán)境造成的污染,培養(yǎng)了學生的環(huán)境綠化意識;化學這門自然學科與社會環(huán)境的聯(lián)系十分密切,在化學實驗中引入綠色化學教學模式,從而培養(yǎng)綠色化學人才。
二 化學實驗中引入綠色化學
1 加強環(huán)境保護意識
化學實驗實則是一個產(chǎn)生廢棄物的過程,同時也是制造污染導致環(huán)境破壞的課程。當化學實驗產(chǎn)生的廢棄物順著實驗室的下水道排出時,污染物便會流入河中或者滲透進地下,那么一些有機物和重金屬就會對土質(zhì)、河流造成嚴重污染,從而損害人類健康,影響人們的正常生活,因此在化學實驗教學中要不斷滲透綠色化學的思想,對學生重視環(huán)境、愛護環(huán)境的習慣進行培養(yǎng),養(yǎng)成好習慣。對待所產(chǎn)生的廢棄物要進行及時回收處理,堅決不能隨便倒瀉,導致環(huán)境的污染。在化學實驗室中需要分別設(shè)立“廢酸回收瓶”和“廢堿回收瓶”,對在化學實驗中產(chǎn)生的廢酸廢堿進行回收。比如化學實驗中,所產(chǎn)生的硫酸鏈霉素與硫酸鐵產(chǎn)生反應(yīng)后生成的結(jié)合物在進行傾倒之前,應(yīng)該將其中規(guī)定的PH后排放,那么對實驗室不能立即處理掉的有害物質(zhì)比如破損溫度計中的水銀,就要妥善處理將其回收入瓶中用水封好,通過有機化合物等回收到指定容器內(nèi)送進藥品庫進行統(tǒng)一處理。在這一過程中要特別注意,電池不能進行倒置,否則其中有害液體將滲出污染環(huán)境。
2 加強綠色化學實驗教學改革
綠色化學實驗本就是化學實驗教學課程中的教育創(chuàng)新內(nèi)容,其指導方針是以綠色化學為主要內(nèi)容,用預(yù)防化學污染的新思想、新方法以及新技術(shù)來對化學實驗內(nèi)容及教育方法進行相應(yīng)的一定改進,極大減少實驗室所產(chǎn)生的三廢物質(zhì),也在一定程度上消除有害物質(zhì),來實現(xiàn)綠色化學的要求。比如在“二元溶液沸點組成圖的繪制”實驗進行了相應(yīng)的改進,由原來的二元溶液一環(huán)乙烷改為乙醇一環(huán)乙烷。因為苯對人體有危害,同時也會造成環(huán)境污染,改為乙醇之后有效地對其所含毒性進行降低,并且對回收液進行重調(diào)沸點,再次利用。這樣做不僅減少了化學試驗成本還相應(yīng)的降低了化學環(huán)境污染,使得乙醇一環(huán)乙烷被回收反復(fù)利用,不倒瀉在環(huán)境中。
3 開展化學的微型試驗
綠色化學實驗是在綠色化學的思想指導下,對常規(guī)的化學實驗進行一定的教學改革從而形成的新的化學實驗辦法。通過大力開展微型的化學實驗,主要通過改用常規(guī)的小容量儀器,在對實驗方法實驗操作不變的前提之下進行微型實驗,從而減少了藥品用量,以及反應(yīng)物和造成的污染 。而另一方面所進行微型實驗會使整個實驗過程更加安全、便捷,有效地減少了化學實驗的成本經(jīng)費。比如在進行硫酸鏈霉素水解速度常數(shù)以及乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)的化學測驗時,從原定化學實驗容器20ml改為10ml的取樣,試劑的用量特別少,操作起來就相比之前更加迅速簡練,重要的是采用微型容器不會對環(huán)境造成污染。
4 重視實驗產(chǎn)生的廢棄液體回收處理
化學實驗室所產(chǎn)生的廢棄液體種類比較多但是量不是很大,我們通過結(jié)合實驗內(nèi)容,對廢棄液體進行規(guī)整分類,將其分類儲存在統(tǒng)一規(guī)定的容器之中,由專門的工作人員處理廢棄液體。那么在對廢棄液體進行處理的過程中就需要實驗指導老師對其認真負責,注重培養(yǎng)學生的操作技能訓練,引導學生對化學環(huán)境的保護意識。因此要求學生對于實驗之后產(chǎn)生的廢棄液體以及渣滓必須倒入制定的容器之中。實驗室的工作人員及指導老師也必須具有高度的責任心,對各種廢棄液體進行及時認真地收集。經(jīng)過處理之后,達到國家允許排放標準即可排放。
三 綠色化實驗教學相應(yīng)措施
1 教學內(nèi)容綠色化
在原有的教材實驗基礎(chǔ)之上,對實驗的系列進行改造,對綠色化學實驗的內(nèi)容加以改造。在保證實驗方法科學合理的同時,以保護環(huán)境為實驗?zāi)康?,進行化學實驗。在實驗中,化學實驗產(chǎn)生的廢棄物較多,回收利用的較少,對資源造成了浪費,形成化學實驗的環(huán)境污染。在一些有毒氣體制備的試驗中,應(yīng)對產(chǎn)生的尾氣進行處理或者燒掉,最大程度地把有毒氣體轉(zhuǎn)為無毒或者毒性降解物。針對化學實驗的大綱內(nèi)容進行相應(yīng)的調(diào)整安排,針對基礎(chǔ)的化學操作進行重組并且相應(yīng)地減少,將基礎(chǔ)實踐融入進化學實驗中去,選取綠色無害的化學內(nèi)容,對基礎(chǔ)操作以及性質(zhì)驗證的化學實驗所需的物質(zhì)進行節(jié)省,從而減少對化學環(huán)境的污染。在安排實驗項目內(nèi)容時,按照大綱要求的基本實驗操作步驟盡量分解在每次的滴定實驗之中。在實驗過程中本著綠色化學的思想原則直接訓練學生使用吸量管、滴定管等容器的基本操作技能,而不必去分開單獨練習。這樣既節(jié)省了化學實驗所需的實驗時間又減少了開展化學相關(guān)實驗所需要的藥品開銷,同樣針對性地減少了環(huán)境污染。
2 串聯(lián)實驗,充分利用
在大多數(shù)化學實驗中,重絡(luò)酸鉀法測定鐵是一個與生活緊密相關(guān)的經(jīng)典實驗,學生在此實驗中可以掌握實驗所證實還原的基本定法理論。那么在此同時,實驗過程所需要的重絡(luò)酸鉀是一種非常穩(wěn)定、氧化性適宜的滴定劑。通過串聯(lián)實驗做成一個系列實驗,使得前部實驗的產(chǎn)物應(yīng)用于下個實驗當中,在檢查學生實驗效果的同時還有效的增強了學生環(huán)境保護意識,達到物盡其用的效果。針對串聯(lián)實驗可見不僅減少了對藥品方面的浪費,相應(yīng)地降低了對環(huán)境的污染。
3 建立網(wǎng)上實驗室,進行仿真實驗
隨著我國計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,通過計算機對化學實驗進行模仿已經(jīng)是當下化學教學中擺脫傳統(tǒng)物質(zhì)實驗的改革,它的發(fā)展不僅僅是教育方法技巧的更新,更是對保護自然資源緩解化學所造成的環(huán)境污染的一種方式。
我們通過在網(wǎng)上建立化學實驗室,將模擬實驗有效地利用到化學實驗課程中去,來達到化學教育的輔助教學目的。在模擬實驗開始之前,要對學生進行組織觀看各種儀器的操作及簡要分析,通過計算機模擬實驗對儀器進行仿真講解以及實驗過程的仿真操作,幫助學生完成化學實驗的機理及儀器操作基本原理;進行傳統(tǒng)化學實驗中不應(yīng)出現(xiàn)的違規(guī)化學操作,將后果展現(xiàn)給學生,讓學生看到所產(chǎn)生后果的嚴重性,避免后果的產(chǎn)生。采用多媒體實驗仿真手段,方便地解決了減少環(huán)境污染,深化綠色化學的理念。讓學生在學習的基礎(chǔ)之上理解掌握化學理論。不僅能夠很好地解決傳統(tǒng)化學實驗中的不足,更是化學實驗實現(xiàn)綠色化學事項的重要研究內(nèi)容,也是減少化學實驗室廢棄物對環(huán)境造成污染的最佳途徑。
參考文獻