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绿色化学在初中化学教学中的应用
2008级
化学
方建丽
0850810011
摘要:绿色化学又称 “环境友好化学”,是利用化学知识来防治污染的一门科学。绿色化学包括所有可以降低对人类健康与环境产生负面影响的化学方法、技术与过程。绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。初中化学教学中我们通过不同途径,可以让学生对绿色化学有初步的印象。
关键词:绿色化学 化学实验 渗透
一、感受绿色化学的内涵
绿色化学,又称环境友好化学,它的主要特点是:
1、充分利用资源和能源,采用无毒、无害的原料;
2、在无毒、无害的条件下进行反应,以减少向环境排放废物;
3、提高原子的利用率,力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳,实现“零排放”;
4、生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好产品。
绿色化学的提出给化学家提出了一项新的挑战,其核心就是要利用化学原理从源头消除污染,绿色化学必将使世界变得更加绚丽多彩。然而,传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重。目前全世界每年产生的有害废物达3亿~4亿吨,给环境造成严重危害,威胁着人类的生存。“绿色化学”的提出,立即得到全世界人民的积极响应。绿色化学的教育理念在初中化学中也得到了一定的渗透,现举几例进行浅析。
二、绿色化学在初中新课程教材中的介入
1、绿色化学理念的渗透
在新教材的绪言(p4)第二单元课题一的选修部分——化学·技术·社会(p32)中,详细解读了绿色化学的特点及其核心,指出绿色化学将使化学工业改变面貌,为子孙后代造福。
2、绿色化学在实验教学中的体现
在做红磷燃烧测定空气中氧气体积含量时,为防止产生的五氧化二磷白烟逸出污染大气,事先在集气瓶底留少量水,便于吸收产生的白烟。做硫在氧气中燃烧实验时,为了防止生成的二氧化硫污染大气,开始时就指出在燃烧匙中放少量硫,并且预先在瓶底放少量水,吸收产生的二氧化硫,尽量减少污染。在做体现分子不断运动实验时,浓氨水是被罩在大烧杯内的。在利用CO充当还原剂炼铁、炼铜时,都会将多余的尾气烧掉。在做碘受热实验时,一改往常直接在试管敞口加热的操作,改用碘量瓶观察碘的颜色、状态和光泽。取内装碘晶体且预先密封好的碘量瓶用酒精灯微热玻璃管盛碘的一端,受热升华成碘蒸气,遇冷又凝华成碘固体。不污染大气且可循环使用,符合绿色化学的理念。
3、资源和能源的利用和保护方面
在水资源保护方面,强调工业“三废”一定要经过处理达标后再排放,禁止使用含磷洗衣粉,合理使用农药和化肥,生活污水也应逐步实现集中处理和排放。在能源方面提倡尽量减少使用煤、石油和天然气等化石燃料,更多利用太阳能、风能、地热能、氢能源等清洁能源,减少大气污染和温室效应等不良影响。为了减少汽车尾气对空气的污染,在燃料使用和汽车制造技术方面还提出了一些改造措施,如:改进发动机的燃料燃烧方式,能使汽油充分燃烧;使用催化净化装置,使有害气体转化为无害物质,使用无铅汽油,禁止含铅物质的排放等。
同时还提出了解决“白色污染”的一些有效措施,比如布袋代替塑料袋,重复使用某些塑料制品,使用一些新型的、可降解的塑料,回收各种废弃塑料等。
三、应用绿色化学理念,对初中化学实验教学设计的改进
毋庸置疑绿色化学的理念在初中化学中已明显得以渗透,然而我们教师在化学教学中仍可对教材进行二次开发,挖掘出教材中的隐含因素,把绿色化学作为一个重要的研究内容,使其和我们的化学教学更加紧密联系起来,在化学教学中进一步渗透绿色化学的教学理念。初中化学实验中虽然没有太多的有毒、有害物质,但仍存在一些能产生污染的物质。只要我们积极探索,对实验进行稍加改进,那么有些污染是完全可以避免的。同时还可以让学生对绿色化学有更深刻的理解。下面以几个初中基础实验为例,探究如何将绿色化学更好地渗透到我们的化学教学中。
(一)空气中氧气含量测定实验
人教版九年级《化学》(2006年4月第二版)上册第27页图2-3 “测定空气里氧气含量”实验,其原理是通过可燃物红磷燃烧消耗氧气使集气瓶内压强减少,当装置冷却后打开止水夹,水就会进入集气瓶中,根据水进入集气瓶中的量来推测空气中氧气的含量。前面提到,该实验已经注意产物的吸收,事先在瓶中留有少量水,但此实验在实际操作中还会存在下列问题:①用酒精灯点燃红磷时,不可避免有少量P2O5污染空气;②将盛有燃着红磷的燃烧匙伸入到集气瓶中时易使少量热空气外逸,使结果产生偏差。产生的P2O5以白烟形式逸散,属于颗粒污染。为了避免P2O5逸出污染大气,更好地体现绿色化学的理念,可将实验进行如下改进,水浴加热法。将教材中带有刻度的集气瓶改为锥形瓶,将烧杯改为注射器,红磷改为白磷。实验前先将锥形瓶中装满水,用量筒测量出锥形瓶的容积,再将白磷放入干燥的锥形瓶中,锥形瓶中事先装入少量干燥的细沙,加紧止水夹,注射器中盛放一定量的红墨水,水浴加热锥形瓶,待白磷燃烧熄灭后冷却至室温,打开止水夹,读出注射器内红墨水减少的体积数。该装置的优点就是可以避免白磷燃烧产生的污染物释放到大气中去。
(二)氧气化学性质探究
初中阶段有关氧气的重要化学性质就是氧气的助燃性,因此在学习氧气化学性质时必做碳、硫、磷、铁丝在氧气中的燃烧实验。但在做硫、磷燃烧实验时,由于燃烧产物有一定的毒性而且会污染空气。因此在教师做演示实验或做学生实验时可以根据绿色化学理念对实验进行进一步改进,书本上强调硫的用量要少,事先在集气瓶底留有少量的水,但实验过程中还会有少量SO2的逸出,SO2是大气中主要污染物之一,是酸雨形成的重要因素。为了避免SO2散逸到空气中引起空气污染,体现绿色化学理念,我们可以将瓶底的水替换成氢氧化钠等碱液,同时在燃烧匙上事先放置一用氢氧化钠溶液浸泡过的硬纸片,不仅可将整个集气瓶口封死,还可吸收多余的SO2,确保SO2无法逸散污染大气。
(三)一氧化碳还原性实验
CO是大气中常见的污染物之一,俗称煤气,是无色、无味气体,有剧毒。CO主要来源是碳元素不完全燃烧的产物。据估计,全世界每年排入空气中CO量达3亿6千万吨以上,占总毒气量 1/3以上。CO是通过呼吸道进入人体而引起中毒。因此在涉及到CO的实验时为了避免CO产生的污染,体现绿色化学的理念,在实验装置中都应有尾气燃烧的处理装置。取两支具支试管,其中一支管底盛氧化铜粉末,管口用带导管的单孔橡皮塞塞紧,在其分支处连另一具支试管,内装澄清石灰水,实验开始时通入CO,待CO把两管中的空气排净后再点燃尖嘴导管,以防爆炸。开始给氧化铜加热,可见氧化铜被还原成红色铜,澄清石灰水变浑浊。最后应把还原出的铜冷却,将尖嘴移到酒精灯焰上,以便把多余CO的气点燃掉,减小污染。同时使生成的铜在还原性气氛中冷却。实验中在尖嘴管内放细丝团可防回火。此实验装置即检验了CO的还原性又充分利用了CO的可燃性,利用了它的可燃性的同时避免了多余的CO扩散引起的污染和危险,还可节约燃料,充分体现节能、环保。
主要参考资料:
1、人教版九年级化学上、下册,北京:人民教育出版社,2006.2、王国峥.空气组成测定实验的改进.化学教学,2009.3、人教版九年级化学下册,北京:人民教育出版社,2006.4、江苏省中小学实验教学研究网----《探究可燃物燃烧条件》的实验改进。