高中化学新课程“资源节约、环境友好”的探索与实践(一)

高中化学新课程“资源节约、环境友好”的探索与实践

【摘 要】环境和发展是当今国际社会普遍关注的重大问题。针对当前高中化实验教学的主要问题，介绍了以绿色化学与微型化学实验的核心思想为指导，借助青霉素瓶、小试管、注射器以及独立研制的系列微型具支试管等器材在高中化学新课程开展的“资源节约、环境友好”方面的若干探索与实践。

【关键词】新课程 微型实验 绿色化学 资源节约 环境友好

1探索的背景

1.1“节约资源和保护环境”基本国策

胡锦涛总书记在中国共产党第十七次全国代表大会上的报告《高举中国特色社会主义伟大旗帜 为夺取全面建设小康社会新胜利而奋斗》中指出：“加强能源资源节约和生态环境保护，增强可持续发展能力。坚持节约资源和保护环境的基本国策，关系人民群众切身利益和中华民族生存发展。必须把建设资源节约型、环境友好型社会放在工业化、现代化发展战略的突出位置，落实到每个单位、每个家庭。”

（1）教科书对化学药品用量大多没有明确规定，有的表述比较模糊。如，教科书上对“氯气的制取与性质”实验要用几克二氧化锰、几毫升的浓盐酸没有明确的量的规定。无论是教师的演示实验，还是学生的分组实验，教师和学生都不清楚药品的用量，于是就凭经验，想当然去操作。有相当一部分学生取用药品喜欢“多多益善”。结果，二氧化锰、浓盐酸等药品浪费惊人！

（2）化学实验产生的废水、废气、废渣等都会对周围环境造成不同程度的污染，而高中化学实验室还没能达到直接处理实验废弃物的能力。有的学校利用通风设备，向室外直接排放有毒气体，转嫁了污染，化学实验室成了当今社会一个不可忽视的污染源。

1.3高中新课程

2006年9月，我省高中化学全面实施新课程教学。新课程“以提高学生的科学素养为主旨”，并以“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”三个维度建立了新的课程目标体系；“倡导以科学探究为主的多样化的学习的方式”；重视学生的“亲身经历和体验”；强调“创设生动而有意义的学习情景”，促进学生主动参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力。新课程还强调实验教学要操作简便明了、节省时间，强化了安全意识、环保意识，提倡实验的生活化、趣味化、绿色化、清洁化、低成本。

1.4微型化学实验

崛起于20世纪80年代的微型化学实验以尽可能用少的药品来获取最有效的实验信息，是一种在微型化的条件下对化学实验创新性变革的新技术和新方法。微型化学实验具有药品用量少(一般为常规用量的1/10~1/1000)、基本无污染、操作简便、安全、省时、现象明显等方面的独特优点，在化学实验教学改革等领域扮演着重要角色，引起了世界各国化学界的高度重视。

由联合国教科文组织（UNESCO）和国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）化学教育委员会联合开展，旨在让每个学习科学的人都能做实验（Hand-on science experiment for all）的微型实验全球项目已推广到80多个国家。微型实验在美国中学得到大力推行，已发展成为美国中学化学实验的主要方式之一。而我国化学新课程对微型实验关注不够，教科书很少编入这方面的实验，苏教版高中化学新课程教材中没有一个微型实验。

1.5绿色化学

绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。绿色化学是设计研究没有或只有尽可能少的环境负作用，并在技术上、经济上可行的化学品和化学过程，包括原料和试剂在反应中的充分利用（原子经济性），它是实现化学污染防治的基本方法和科学手段，是一门从源头上阻止污染的化学。

Trost在l991年首先提出了原子经济性(Atom economy )的概念，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成、产物，不产生副产物或废物，从而实现废物的“零排放”(Zero emission)。2探索与实践

化学是一门以实验为基础的科学。高中化学新课程“资源节约、环境友好”的探索是在高中化学实验教学中以微型化学实验、绿色化学、可持续发展的基本理念为指导，以学校现有的常规教育教学装备（如点滴板、小试管等）为基础，结合青霉素药瓶、注射器等日常用品，对常规实验的不合理、安全性能低、污染严重等方面加以改进，实现“尽可能小剂量实验、省资源、少污染、低成本”。以下是笔者开展的若干探索与实践。

2.1主要实验器材

研制的带乳胶管的尖嘴玻璃导管（直径5mm、长70mm、

尖嘴端30mm）

清洗杯、回收杯、废物缸

医用青霉素瓶（9.5~13.5mL） 注射器（5mL）

小试管（12×70 mm） 研制的系列微型具支试管

点滴板（白） 点滴板（黑）

2.2实践与探索

2.2.1实验安全

所有的化学实验在遵循科学性的基本前提下，应以安全为第一要务。但是，教科书的某些实验却存在着安全隐患。如高中化学实验中C2H

4、C2H2等气体点燃前，必须先检验其纯度。否则，在其爆炸极限范围内，贸然点燃，很容易发生爆炸。而实际上，在高中化学实验中要准确检验其纯度也比较困难。学生因惧怕爆炸而不敢做点燃实验。

在做这类实验时，只要连接上直径5mm、长70mm、尖嘴端30mm的尖嘴玻璃导管（见主要实验器材），再去点燃，燃烧稳定、充分，尤其C2H

4、C2H2燃烧实验，采用这种尖嘴玻璃导管，避免了以往实验时没有充分燃烧而浓烟滚滚的现象。

再如铜在氯气里燃烧，燃烧剧烈，集气瓶里充满棕黄色的烟，棕黄色的烟与Cl2很容易从瓶口散逸出来，影响师生健康。以往在做这类实验时，采用的是125mL的集气瓶，要求收集的气体量比较大。由于气体量大，集气瓶瓶壁薄，反应又激烈，很容易导致集气瓶破裂。2.2.2减量（Reduce）

减量主要是在保证获取有效实验信息的前提下，利用小试管、点滴板等微型化的仪器以及降低试剂的浓度来减少药品的用量，预防环境污染。

如常见物质的检验、氯水的性质、铝的性质实验、Fe2+与Fe3+的转化等实验中用小试管、点滴板代替普通试管，尽可能降低氯水、溴水、酚酞、石蕊、品红、以及KSCN、FeCl3溶液等的浓度，实现减少药品用量的目的。

2.2.3回收（Recycle）

回收主要包括回收部分反应产物、未反应的原料、副产物(含“三废”)、催化剂等非反应试剂等。如：“化学反应速率”实验结束时，要求学生将小试管中的H2O和MnO2一起倒入指定的回收容器（烧杯等）中，以便集中回收MnO2。

2.2.4重复使用（Reuse）

重复使用主要是将上一个实验步骤中剩余的药品以及回收来的化学药品用到下一个实验步骤中或用到其他的实验中去。如浓硫酸稀释后，回收用到其后的浓、稀硫酸的性质比较实验中去。

2.2.5尽可能密闭可控、处理尾气

在氯气、二氧化硫等制备与性质以及电解饱和食盐水等实验中，除了安装尾气处理装置外，还要尽可能使整个装置密闭可控。

2.2.6实验废弃物处理2.3“资源节约、环境友好”的综合实验探索——绿色微型实验

在主持2008年浙江省教研课题《苏教版高中新课程微型化学实验的研究与实践》、全国教育科学“十一五”规划2007年度教育部课题《中学新课程微型化学实验的研究与实践》（课题批准号：FHB070384，学科分类:基础教育）的研究过程中，笔者还探索了“资源节约、环境友好”的综合实验——绿色微型实验。现以氯气制备与性质的绿色微型实验为例作些简单介绍。

2.3.1实验装置与制备原理的比较

实

验

装

置

图 教科书实验 绿色微型实验

原

理 2.3.2仪器、药品用量等方面的若干比较

仪器与装置 药品及用量

教科书实验 圆底烧瓶 分液漏斗 集气瓶 MnO2与浓盐酸的用量没有明确规定教科书实验存在的主要问题

1.浓盐酸与二氧化锰反应制氯气需用浓度较高的盐酸，且须加热。

2.药品及用量没有明确规定，MnO2与浓盐酸的用量及反应进程难以控制。

绿色微型实验

1.实验仪器与药品 2.实验步骤

（1）检查装置的气密性。

（3）制备 先关闭B处止水夹，打开A处止水夹，用注射器向具支试管内逐滴滴入浓盐酸，立即产生Cl2。控制浓盐酸逐滴滴入的速度，使得Cl2均匀产生。

（4）验满 用湿润的碘化钾试纸放在青霉素瓶口检验氯气是否收满。若变蓝色，则证明Cl2已满。此时关闭A止水夹，打开B止水夹。用同样方法，收集4瓶Cl2备用。

3.性质实验

（1）氯气的褪色实验

将干燥的有色布条和湿润的有色布条分别放入两瓶已盛满Cl2的青霉素瓶中。片刻后，湿润的有色布条逐渐褪色，而干燥的有色布条不褪色。

（2）铁在氯气中燃烧

从石棉网上取下一束细铁丝，用砂纸除去其氧化膜，缠绕在火柴梗上，烧红后伸入盛满Cl2的青霉素瓶中，瓶内即刻充满棕色的烟。用注射器向瓶内注入少量蒸馏水，振荡，静止片刻，溶液呈黄绿色。（为方便观察，可将青霉素瓶放在白纸上）。

（3）铜在氯气中燃烧

将铜丝缠绕在火柴梗上，加热到红热时，立即伸入充满氯气的青霉素瓶中，瓶内迅即充满棕色的烟。用注射器向瓶内注入少量蒸馏水，振荡，静止片刻，溶液呈蓝绿色。

4.本实验优点

（1）反应快，无须加热，节约了能源。

（3）用注射器代替分液漏斗，用具支试管代替烧瓶，添加T型管、止水夹，装置的气密性更好，浓盐酸的用量及反应进程均实现可控。

（4）用青霉素瓶代替集气瓶，做铁、铜在氯气中燃烧实验。由于Cl2的量比较少，与铁、铜反应后，已基本上无剩余。因此，很少会发生右图所示的“棕黄色的烟与Cl2很容易从瓶口散逸出来，影响师生健康”的现象。另外，青霉素瓶体积小、耐压、耐高温，废弃的青霉素瓶容易获得，去污、清洗等处理也非常方便。

（5）实验安全、操作简便、现象明显、基本无污染，适合于学生人人动手实验，并在实验中了解、学习、掌握Cl2及其相关知识，提高动手操作能力。3小结

3.1以上的探索与实践易于开展、现象明显、节约时间、反应过程可控、操作安全、效果良好，大大减少了药品用量，减少了浪费，提高了药品使用效率，降低了实验成本，还预防了环境污染。

3.2有利于帮助教师端正对实验教学的认识，转变教学观念，切实改变“讲实验”、“背实验”、以多媒体播放课件替代亲身实验等方面的不良倾向，提高自身实验能力，促进教师的专业发展，促进实验教学改革，实现新课程的新要求。

3.3有利于学生把握药品的实际用量，有利于在有限的实验资源条件下实现学生人人操作，强化动手能力的训练，有利于学生“在实验中学习，在实验中理解”、“在实验中探究，在探究中学习”，激发学生学习兴趣，培养创新思维，提高学生科学素质。

总之，高中化学新课程“资源节约、环境友好”的探索与实践充分体现了可持续发展、循环经济的核心理念，大大减轻了学校的经济负担，拓展了学校实验资源建设，是全面贯彻科学发展观、对高中学生进行“节约资源和保护环境”基本国策教育的有效途径。

【主要参考文献】[2] 浙江省普通高中新课程实验工作专业指导委员会.浙江省普通高中新课程实验化学学科教学指导意见[M].杭州：浙江教育出版社.2007

[3] 华东师范大学《化学教学》编辑部.化学活动课及微型化学实验设计与实践（中学微型化学实验分册）.北京：民主建设出版社，1999

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[6] 朱文祥.绿色化学与绿色化学教育[J].北京：化学教育.2001

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[7] Anastas,P.T.;Warner,J.C.Green Chemistry:Theory and Practice,Oxford University Press:New York,1998