高职无机绿色化学理念下的微型实验探讨

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期︶·教学改革··教学改革·高职无机绿色化学理念下的微型实验探讨李晋国（晋城职业技术学院化工系，山西晋城048026）摘要：绿色化学是科学发展观的需要，微型实验是绿色化学理念的重要体现，在高职全面推广微型实验是解决高职一系列矛盾的一种重要手段。本文就高职无机化学实验开展微型实验的可行性和必要性及有效策略进行了论述，同时提出了微型实验的一些局限性和思考。关键词：高职；绿色化学；微型实验中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1674-5078（2009）06-0032-03化学实验是培养学生技能的一种很重要的手反应过程和化工生产中，尽量减少或彻底消除使用段，但是由于它对环境的极大污染以及对于某些和产生有害物质，其内涵的基本思想体现了当代新化学实验的毒性和安全性的考虑，使得某些高职的绿色理念。院校对于一些比较重要的实验望而却步，同时由二、绿色化学与微型实验于实验场地和人数的限制，不能够保证每位同学（一）微型化学实验的内涵都有实践的机会，随着微型实验在国内的推广，这微型化学实验（MicroscaleChemicalexperi－些矛盾得到了极大的缓解。ment或Microscalelaboratory，简写为ML）是用微一、绿色化学的内涵小型的仪器，尽可能的减少中间生成物的转移过绿色化学（GreenChemistry），又称环境无害化程、以减少试剂在器皿上的附着量，用尽可能少的学（EnvironmentallyBenignChemistry）、环境友好试剂来进行实验（试剂量一般为常规实验的1/10~化学（EnvironmentallyFriendlyChemistry）或清洁1/100），从而极大地减少实验的“三废”，是可持续化学（CleanChemistry），它是利用化学原理和方法发展战略在化学实验中的具体体现，ML具有要求来减少甚至消灭那些对人类健康、社区安全、生态高、节约原材料、简化仪器、减少污染、改善实验室环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产管理、便于课程教学讲练结合等优点。物等的使用和产生。绿色化学的目标指向有两方（二）绿色化学与微型实验面，一是设计、生产和使用环境友好产品，即减少被誉为“化学实验的革命”的ML不是常规实或消灭那些对人类健康和生态环境有害的原料、验的简单的缩微或减量，而是近十年来国际和国内催化剂、溶剂和试剂的使用或有害产物的生成；二化学界在绿色化学理念指引下，用预防化学污染的是采用“原子经济”反应，指在获取新物质的化学新思想，对常规实验进行创新，以实现用尽可能少反应过程中，充分利用参与反应的每个原料原子，的试剂来获取尽可能多的化学信息的目标，而发展实现过程和终端的零排放，即反应物百分之百地起来的化学实验的新方法和新技术。ML既能从源转化成目标产物。绿色化学的理想目标在于不再头上节约原材料和时间，减少污染，又具有安全、便使用有毒、有害物质，不再产生废物，不再处理废捷、高效等优点，是实现绿色化学的一条很好的途物。它是一门从源头上阻止污染的化学。这也是绿径，是化学实验教学改革值得借鉴和推广的一条经色化学与环境保护两个概念不同的地方。绿色化验。中国ML研究中心的周宁怀教授认为：ML其试学是“防”，环境保护是“治”，只有从根本上切断污剂用量比常规实验节省90％左右，仪器的微型化染源，才能真正做到保护环境。它的核心内涵是在与试剂的微量化和实验的创新性，是ML的特征，

收稿日期：2009-09-11

作者简介：李晋国（1973-），男，山西阳城人，硕士，讲师，晋城职业技术学院考评办主任，主要研究方向为化学教学。

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·教学改革·

也是它的魅力所在。体现了化学科学发展的趋势，更符合可持续发展战略和科学发展观的要求，因此受到国内外化学界的青睐，现已在90多个国家与地区推广。

三、微型化学实验实施的可行性和必要性ML作为一种创新、绿色、节约和具有启发性80％以上，每个实验室都推广微型实验，那全国、全

世界的实验室每年将会减少数百万吨废物的排放，产生巨大的环境效益。

（四）质量优势

ML由常量到微量的变化并不是简单机械的减少药品剂量，它需要学生灵活运用所学的知识，的试验方式，它在高职教育教学中有着众多的优势和重要的意义。

（一）理念优势

ML是绿色化学理念的体现，是绿色化学理念与化学实验的有机结合，它不单是绿色化学思想的应用，更是普及环境友好理念的重要途径。更重要的是学生通过操作ML，体会到点滴化学试剂就能发生明显的化学反应，绝不能随便地倾倒或排

放实验室的

“三废”。绿色化学、环境保护的理念就潜移默化地在学生的头脑中生根了。他们还可以在以后的工作中推广宣传环境教育，变被动为主动、

变无形为有形地开展环保工作，增强民众的环保意识，影响身边的人，从身边的每件小事做起，自觉地去爱护环境、保护环境，使环境趋于良性发展，这对于高职院校培养高素质人才、贯彻科学发展观是何等重要啊！

（二）成本优势

采用ML能够节约实验的各项成本，包括仪器和设施购置费、实验经费、人力资本，实验室使用效率、仪器破损、能源的消耗、“三废”处理费用等各项成本。如美国Vermont大学化学系在1988年用于

“三废”处理的费用达16万美元，而采用ML后显著减少了“三废”的排放，用于“三废”处理的经费比过去节约80％以上。由于ML反应速度快、实验时间缩短，还显著节约了能耗，学校仅少开通风柜就节省了2000美元。特别是近几年来，高校的迅速扩招，造成了学生与基础教学设施、实验经费、实验技术人员的劳动强度的矛盾愈显突出，采用ML缓解这些矛盾，同时能够提高实验室的安全程度，火灾、伤害等意外事故显著减少、具有成本上的极大优势。

（三）环境优势

ML体积小、封闭性好、所用试剂少、节省能源且易于回收处理的特点，使实验产生的有害有毒物质大大减少，对有毒有害的物质容易收集处理，明显降低对环境的污染，对ML多年推广实践的经验表明，ML可以节省能源90％，污染也能降低

对实验进行设计、改造、组合各种装置、仪器，开展实验，富有趣味性，仪器小巧玲珑，使用方便，人手一套仪器，学生能够独立的动手操作，有助于提高学生实验兴趣，激发学生的学习积极性。采用微型实验，可以增加过去因试剂价格昂贵或实验条件苛刻或处理不安全等不能开设的实验内容，使学生在有限的课时内接触更多的内容，观察到更多的现象，学到更多的知识。由于ML所用试剂量少，要求学生必须更加认真，更加仔细，才能得到正确的结果，这就更有利于培养学生的严谨的科学态度和良好的实验习惯，锻炼了学生的创新意识，创新能力，提高教学效率。

在高职化学实验中推广和普及微型实验是可行的，也是必要的，高职院校要从培养高素质技能型人才，建设创新型国家的高度，加深对开展ML工作意义的认识，还要结合精品课程建设和创新型人才的培养，充分发挥ML的独特作用。

四、微型化学实验实施的有效策略（一）减量策略

减量策略主要从节省资源，减少“三废”的排放的角度来考虑。一方面可以有效利用小试管、点滴板、

多用滴管、井穴板等微型化的仪器，元素性质实验点滴化，测量实验缩小化，制备实验减量化，是近年无机化学实验微型化教学的原则。元素性质实验和定性实验采用半微量法后，不用加热和不需要沉淀分离的实验改在点滴板上进行，试剂容量可降低到原来的1/2~1/5，实验的试剂用量减少，产生的污染也少；另一方面在保证获取最有效实验信息的前提下尽量降低试剂的浓度，如：氯水、溴水等浓度尽可能降低，能达到效果就行。（二）循环策略

循环策略主要从降低成本、减废的角度考虑。设计一连串的实验，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，循环使用，诸如化学过程中催化剂、载体等。如浓酸、浓碱的稀释液，用到

稀酸、

稀碱的性质比较实验中去。这样，大大减少职业技术学院学报二○○九年第二卷第六期︵总第八期︶

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期︶·教学改革·了药品用量，提高了药品使用效率。点，但还存在一定的局限性，还有待进一步解决和（三）拒用策略完善。如：一些需要处理大量物料的实验，如从天拒用策略主要从拒用一些无法代替，又无法然物中提取微量有效成分的实验就不能使用微型回收、再生和重复使用、有毒副作用、污染的原料，实验方法，微型实验仪器不能用于高温加热的反拒绝在化学过程中使用。如制备H2S、SO2、Cl2、NO应，反应温度必须低于80℃，微型合成实验操作技与NO2等有毒有害气体，除了安装尾气处理装置巧要求较高，否则实验不易成功，由于仪器粘附等外，还要尽可能设计使整个装置密闭可控，避免有损耗相对于原料用量的比例较大，因此造成制备毒有害气体进入空气而污染教室、实验室的空气，物质的产率偏低，这些缺点是微型实验天生的和直接影响师生健康。难以避免的，另外指导教师还不很适应，舆论宣传（四）回收策略还不够，也缺乏相应的教材等人为原因也导致微回收策略主要回收可以有效实现“省资源、少型实验还未大规模展开，因此，如何发扬微型实验污染、减成本”的要求，如回收未反应原料、回收副的优点，减少微型实验的弊端，正确有效地推行微产物及助溶剂、催化剂、稳定剂等非反应试剂。如型实验，是摆在我们面前的一个重大课题。为此，《化学反应速率与化学平衡》的催化剂对化学反应我们认为，在发展微型实验的同时，没有必要用微速率的影响实验中，MnO2是H2O2分解生成O2的型实验取代所有的常规实验，可以将微型实验仪催化剂。在实验结束时，要求学生将小试管中的器与常规实验仪器进行有效组合，互相取长补短。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。参考文献：（五）再生策略［1］周宁怀.微型无机化学实验［M］.北京：科学出版社，再生策略即妥善处理实验废弃物，化害为利，2000.变废为宝，综合利用，节省资源、能源，减少污染，［2］张继红.绿色化学［M］.合肥：安徽人民出版社，2007.如：对于硫化氢气体可以通过硫酸铜溶液除去；废［3］王宏.大学普通化学实验绿色化的探讨［J］.山西农酸可用石灰乳中和后埋入地下；含汞废液可在PH业大学学报：社会科学版，2008（7）.为8~10时用过量的Na2S将Hg2+沉淀；含锌、铬、锰［4］孙德四，陈浩，于盛禄.微型无机化学实验教学改革与等重金属离子的废液，可加入碱或Na2S使金属离实践［J］.安徽工业大学学报：社会科学版，2008，24（3）.子转化为氢氧化物或硫化物沉淀，残渣埋于地下。［5］刘强，王磊.美国中学化学教材中的微型实验化学教五、思考与展望学［J］.2003（11）.微型实验作为改革的一种尝试，虽有许多优DiscussiononMiniatureExperimentinViewoftheIdeaofInorganicGreenChemistryLIJin-guo（DepartmentofChemicalIndustry，JinchengInstituteofTechnology，Jincheng，Shanxi048026，China）Abstract：Greenchemistryistheneedofthescientificdevelopmentconcept.Theminiatureexperimentisanimportantmanifestationoftheideaofgreenchemistry.So，topromoteminiatureexperimentcomprehen－sivelyinvocationalcollegesisanimportantmeanstosloveaseriesofcontradictions.Thearticlediscussesthefeasibility，thenecessityandtheeffectivestrategiesoftheminiatureexperimentintheinorganicchemistryex－perimentinvocationalcolleges.Atthesametime，thearticleproposessomelimitationsandreflectionsin

miniatureexperiment.

KeyWords：vocationalcollege；greenchemistry；miniatureexperiment