化學教學中滲透綠色化學教育策略探討
一、綠色化學的現代內涵
綠色化學***Green Chemistry***概念從一提出來,就明確了它的目標,是研究和尋找能充分利用的無毒害原材料,最大限度地節約了能源,在各環節都實現淨化和無汙染的反應途徑。它的過程為零排放和零汙染,具體內涵體現在五“R”上。
1.減量***Reduction***———減量是從節省資源、少汙染角度提出的,包括兩層意思:***1***減少資源用量,在保證產量的情況下如何減少用量,有效途徑之一是提高轉化率,減少損失率;***2***減少“三廢”排放量,主要是減少廢氣、廢水和廢渣***副產物***排放量,特別是排放廢水量必須降低到一定標準以下。
2. 重複使用***Reuse***———重複使用不僅是降低成本的需要,而且是減廢的需要。諸如化學工業過程中的催化劑、載體等,從一開始就應考慮有重複使用的設計。
3.回收***Recycling***———回收可以有效實現“省資源、少汙染、減成本”的要求。回收包括:回收未反應的原料,回收副產物***含“三廢”***,回收助溶劑、催化劑、穩定劑等非反應試劑。化學工業產生中的迴圈操作程式就是一種常見的回收方式。
4.再生***Regeneration***———再生是變廢為寶、節省資源能源、減少汙染的有效途徑。它要求化工產品生產在它設計的開始,就應考慮到有關原材料的再生利用,特別高分子材料的再生顯得尤為重要。
5.拒用***Rejection***———拒絕使用是杜絕汙染的最根本辦法,它是指對一些無法替代,又無法回收、再生和重複使用的藥品原料,拒絕在化學反應過程中使用。在學術界日益重視的綠色化學現代內涵已得到理解, 綠色化學概念在工業上也已日漸得到認可,但它的概念與內涵在教學中也應得到貫徹,它的應用在實驗中也應得到推廣。特別是中學化學教學,面對的是接受啟蒙化學教育的中學生,貫徹綠色化學內涵,推廣綠色化學成果顯得尤為重要。
二、綠色化學教育實施策略 1.宣傳綠色化學,增強環保意識。
要讓學生把綠色化學理念變為自覺的行動, 樹立正確對待環境的態度,培養學生改造和優化環境的意識和能力,就必須讓學生接受綠色化學的思想。在教學中要充分利用教材資源,有計劃、有目的地對學生進行宣傳教育。對學生進行環境教育,首先要使學生對環境保護的重要性、必要性和緊迫性有清醒的認識。環境危機意識是環境教育最適宜的切入點。利用化學學科優勢,教師可以點帶面,介紹環境汙染及其危害,逐步樹立學生的環境憂患意識, 從而培養學生的綠色化學思想及可持續發展戰略。例如:在講化學“硫和氮的氧化物”一節時,先讓學生閱讀“圖4-19空氣質量日報”,並讓學生相互討論工業生產對環境造成的汙染的嚴重性,讓其認識到保護環境、防止汙染的重要性和緊迫性。明確發展經濟不能走先汙染再治理的老路,要提倡綠色化學,從源頭上減少和消除工業生產對環境的汙染,從而樹立學生的綠色化學思想。
2.重視實驗教學,滲透綠色化學理念。
在實驗教學中貫徹綠色化學觀點, 實驗教學與綠色化學聯絡最為緊密、最為直接,在實驗教學中貫徹綠色化學思想最為重要。因此,為了適應綠色化學新要求,中學化學實驗必須進行改革。
***1***要大力推行微型實驗。要對常見實驗儀器進行微縮,對常用試劑要給出限量, 實驗中除了可使用已研製成功的井穴板等微型儀器,還可以把容量瓶、燒瓶、啟普發生器等微型化。在微型化帶來實驗現象不明顯時,可藉助現代化輔助教學手段把實驗結果放大。
***2***要努力改革實驗方式。有些顏色變化明顯的定性實驗可放在點滴板中進行, 如指示劑與酸或鹼作用實驗、Fe3+的顯色實驗等,有些定性實驗可放在濾紙上完成,如電解飽和食鹽水,檢驗醛基存在等。
***3***要設法改進和創造性演示有關實驗。課本中有些實驗仍有危險性,硝基苯及苯有毒,硝基苯、溴苯製備實驗可以用多媒體演示;在NO2製備、銅與濃硫酸反應、氯氣的製備等實驗中可以連線尾氣裝置;對H2和O2、Cl2與H2等的爆鳴實驗可以進行改進。
***4***正確處理實驗廢棄物。化學實驗產生的廢水、廢氣、廢渣等都會對周圍環境造成不同程度的汙染。如果我們對這些廢棄物進行合理利用,不僅可以減少對環境的汙染,而且可以變廢為寶。對於廢液的處理,實驗室應建有專門的廢酸槽和廢鹼槽。在實驗操作中要求學生,每次實驗完畢後的廢液,一定要在指定處傾倒。對於含貴重金屬的廢液,要經化學處理回收後再排放。比如做了銀鏡反應後,試管中的銀鏡用稀硝酸清洗後的廢液可集中收集起來, 可以回收其中的貴重金屬銀。對於廢氣的處理要做好尾氣的吸收或回收再利用。對於Cl2等有毒氣體的製取,要用相應的試劑進行尾氣處理。
3.精心設計作業,鞏固綠色化學理念。
在佈置化學作業時, 要精心選擇一些滲透綠色化學理念的習題,讓學生在練習中不斷強化綠色化學理念。如,讓學生設計製備硫酸銅的實驗,並讓學生從環保和節約藥品的角度,選擇最佳方案。同時,每次實驗課後,要求學生寫化學實驗報告,除了要求學生記錄實驗現象並進行解釋原因外,還要對實驗過程中出現的問題做進一步的思考, 並提出改進的設想和措施,以做到下次實驗的綠色化。在實驗報告中探討處理“三廢”方面可做哪些具體的工作,還可讓學生開動腦筋,設想對尾氣的處理意見和廢液的轉化利用,如何變廢為寶。
綠色化學***Green Chemistry***概念從一提出來,就明確了它的目標,是研究和尋找能充分利用的無毒害原材料,最大限度地節約了能源,在各環節都實現淨化和無汙染的反應途徑。它的過程為零排放和零汙染,具體內涵體現在五“R”上。
1.減量***Reduction***———減量是從節省資源、少汙染角度提出的,包括兩層意思:***1***減少資源用量,在保證產量的情況下如何減少用量,有效途徑之一是提高轉化率,減少損失率;***2***減少“三廢”排放量,主要是減少廢氣、廢水和廢渣***副產物***排放量,特別是排放廢水量必須降低到一定標準以下。
2. 重複使用***Reuse***———重複使用不僅是降低成本的需要,而且是減廢的需要。諸如化學工業過程中的催化劑、載體等,從一開始就應考慮有重複使用的設計。
4.再生***Regeneration***———再生是變廢為寶、節省資源能源、減少汙染的有效途徑。它要求化工產品生產在它設計的開始,就應考慮到有關原材料的再生利用,特別高分子材料的再生顯得尤為重要。
5.拒用***Rejection***———拒絕使用是杜絕汙染的最根本辦法,它是指對一些無法替代,又無法回收、再生和重複使用的藥品原料,拒絕在化學反應過程中使用。在學術界日益重視的綠色化學現代內涵已得到理解, 綠色化學概念在工業上也已日漸得到認可,但它的概念與內涵在教學中也應得到貫徹,它的應用在實驗中也應得到推廣。特別是中學化學教學,面對的是接受啟蒙化學教育的中學生,貫徹綠色化學內涵,推廣綠色化學成果顯得尤為重要。
要讓學生把綠色化學理念變為自覺的行動, 樹立正確對待環境的態度,培養學生改造和優化環境的意識和能力,就必須讓學生接受綠色化學的思想。在教學中要充分利用教材資源,有計劃、有目的地對學生進行宣傳教育。對學生進行環境教育,首先要使學生對環境保護的重要性、必要性和緊迫性有清醒的認識。環境危機意識是環境教育最適宜的切入點。利用化學學科優勢,教師可以點帶面,介紹環境汙染及其危害,逐步樹立學生的環境憂患意識, 從而培養學生的綠色化學思想及可持續發展戰略。例如:在講化學“硫和氮的氧化物”一節時,先讓學生閱讀“圖4-19空氣質量日報”,並讓學生相互討論工業生產對環境造成的汙染的嚴重性,讓其認識到保護環境、防止汙染的重要性和緊迫性。明確發展經濟不能走先汙染再治理的老路,要提倡綠色化學,從源頭上減少和消除工業生產對環境的汙染,從而樹立學生的綠色化學思想。
2.重視實驗教學,滲透綠色化學理念。
在實驗教學中貫徹綠色化學觀點, 實驗教學與綠色化學聯絡最為緊密、最為直接,在實驗教學中貫徹綠色化學思想最為重要。因此,為了適應綠色化學新要求,中學化學實驗必須進行改革。
***1***要大力推行微型實驗。要對常見實驗儀器進行微縮,對常用試劑要給出限量, 實驗中除了可使用已研製成功的井穴板等微型儀器,還可以把容量瓶、燒瓶、啟普發生器等微型化。在微型化帶來實驗現象不明顯時,可藉助現代化輔助教學手段把實驗結果放大。
***2***要努力改革實驗方式。有些顏色變化明顯的定性實驗可放在點滴板中進行, 如指示劑與酸或鹼作用實驗、Fe3+的顯色實驗等,有些定性實驗可放在濾紙上完成,如電解飽和食鹽水,檢驗醛基存在等。
***3***要設法改進和創造性演示有關實驗。課本中有些實驗仍有危險性,硝基苯及苯有毒,硝基苯、溴苯製備實驗可以用多媒體演示;在NO2製備、銅與濃硫酸反應、氯氣的製備等實驗中可以連線尾氣裝置;對H2和O2、Cl2與H2等的爆鳴實驗可以進行改進。
***4***正確處理實驗廢棄物。化學實驗產生的廢水、廢氣、廢渣等都會對周圍環境造成不同程度的汙染。如果我們對這些廢棄物進行合理利用,不僅可以減少對環境的汙染,而且可以變廢為寶。對於廢液的處理,實驗室應建有專門的廢酸槽和廢鹼槽。在實驗操作中要求學生,每次實驗完畢後的廢液,一定要在指定處傾倒。對於含貴重金屬的廢液,要經化學處理回收後再排放。比如做了銀鏡反應後,試管中的銀鏡用稀硝酸清洗後的廢液可集中收集起來, 可以回收其中的貴重金屬銀。對於廢氣的處理要做好尾氣的吸收或回收再利用。對於Cl2等有毒氣體的製取,要用相應的試劑進行尾氣處理。
3.精心設計作業,鞏固綠色化學理念。
在佈置化學作業時, 要精心選擇一些滲透綠色化學理念的習題,讓學生在練習中不斷強化綠色化學理念。如,讓學生設計製備硫酸銅的實驗,並讓學生從環保和節約藥品的角度,選擇最佳方案。同時,每次實驗課後,要求學生寫化學實驗報告,除了要求學生記錄實驗現象並進行解釋原因外,還要對實驗過程中出現的問題做進一步的思考, 並提出改進的設想和措施,以做到下次實驗的綠色化。在實驗報告中探討處理“三廢”方面可做哪些具體的工作,還可讓學生開動腦筋,設想對尾氣的處理意見和廢液的轉化利用,如何變廢為寶。