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在化学教学中渗透绿色化学教育

2009-4-3 10:40:39  来源:高中化学网  作者:www.gzhxw.cn  【 】  浏览:

     “绿色化学”是指在反应过程和化工生产中,尽量减少或彻底消除使用和产生有害物质。将绿色化学知识自然、生动地渗透到化学教学中,使学生牢固树立起绿色化学和环境保护的意识,关注绿色化学,推动绿色化学事业的发展。

 

关键词   绿色化学    教育    教学

 

化学研究与应用的一个重要目标就是开发和利用自然界的一切可能的物质资源和能量资源,为人类生存和社会发展提供必要的物质和能源基础;这一过程必须同自然环境相互协调,走可持续发展的道路。实施清洁生产既能满足人们的物质需求又可以合理使用自然资源,同时又可以保护环境。绿色化学的核心就是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。因此,绿色化学有利于保护人类赖以生存的环境,实现人类社会的可持续发展。作为化学教育工作者,我们有必要在中学化学教学中对学生进行绿色化学教育,使绿色化学的观点与新课标的教学融合在一起,进一步培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力。怎样对学生进行绿色化学教育呢?

 

一、绿色化学教育体现新课标素质教育的要求

 

在我国环境保护的教育已纳入化学新课标的基本理念及教材之中。解决化学污染,最根本的问题就是培养具有环境保护意识的人,需要将绿色化学思想贯穿于中学化学教育的全过程,尤其是在化学实验中贯穿绿色化学思想。

 

绿色化学又称为环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。其理想在于不再使用有毒、有害的物质,不再产生废物。从化学科学观点来看,绿色化学是化学科学基础内容的更新;从环境观点来看,它强调从源头上消除污染;从经济观点来看,它提倡合理利用资源和能源,降低生产成本,这是符合可持续发展要求的。所以,对学生进行绿色化学教育不仅是现实所迫,也是迎合新课标素质教育的要求。那么,怎样对学生进行绿色化学教育呢?笔者认为主要有以下几个方面:一是以点带面,逐步树立学生的环境忧患意识。二是见缝插针,在化学教学中渗透绿色化学知识。三是学以致用,用绿色化学观点改进中学化学实验。

 

二、化学教学中如何对学生进行绿色化学教育

 

(一)以点带面逐步树立学生的环境忧患意识

 

对学生进行环境教育,首先要使学生对环境保护的重要性、必要性和紧迫性有清醒的认识。环境危机意识是环境教育最适宜的切入点。利用化学学科优势,教师可以以点带面,介绍环境污染及其危害,逐步树立学生的环境忧患意识,从而培养学生的绿色化学思想及可持续发展战略。

 

例如:在讲化学“硫和氮的氧化物”一节时,先让学生阅读“图4-19  空气质量日报”,并由学生相互讨论工业生产对环境造成的污染的严重性。进而有的放矢地讲述了世界环境污染最著名的“八大公害”和“十大事件”,让学生认识到保护环境、防止污染的重要性和紧迫性。

 

又如在讲“化学与资源综合利用、环境保护”一节时,采用分组进行探究性学习的教学方法,课后提出3个探究问题——①通过网络查找资料或走访专家、学者,了解绿色化学的含义并体会绿色化学对人类可持续发展的重要性。②对中央电视台7台报道中的污水对农业生产的影响、垃圾污染对居民日常生活的影响等问题,谈谈防止污染的重要性并探讨应采取的措施,写出一篇小论文。③怎样应对塑料快餐盒的方便性、低成本和环境污染的矛盾?——这样既可以调动学生的积极性,又可以鼓励学生的自主参与意识。让学生明确化学资源利用和环境保护的重要性,明确发展经济不能走先污染再治理的老路,要提倡绿色化学,从源头上减少和消除工业生产对环境的污染,从而树立学生的绿色化学思想。

 

(二)在化学教学中渗透绿色化学内容

 

化学不仅在资源开发上能发挥重要作用,在资源的综合利用以及环境保护方面同样大有用武之地。现行的中学化学教材已经融入了绿色化学知识,教学中要时刻体现出绿色化学的原则,渗透绿色化学教育。例如:在讲“化学反应及其能量变化”时说说能量的开发与利用、能源的合理开发与利用;“卤素”中氯气用于自来水消毒的利弊、氟利昂对臭氧层的破坏与保护等;“硫和氮的氧化物”中讲讲酸雨的危害与防治、大气的污染与防治等;“硅和硅酸盐工业”中说说传统建筑材料、装饰材料的危害及为何提倡使用绿色建筑材料等;讲“氮的氧化物”时,穿插汽车尾气的排放、氮氧化物造成的光化学烟雾、水中氮磷过多造成富氧化而形成赤潮等的危害;讲“金属的化学性质”时,插入铝对人体的危害与应用、金属矿物的合理开发利用等;“烃与烃的衍生物”中讲讲生态环境的破坏与保护、室内化学物质的污染与健康、农药与化学、毒品与化学、白色污染与综合治理等知识。使学生意识到应如何合理应用化学,用绿色化学观点防治污染、保护环境,为人类能生存在一个绿色的地球上做出自己的贡献。

 

(三)在实验教学中渗透绿色化学思想

 

在新课标化学教材中实验所占的比重很大,实验过程中往往会产生、排放大量的有毒有害物质,这些物质的产生排放给环境造成了危害。用绿色化学观点改进中学化学实验,是培养学生绿色化学思想又一重要的教育方法。同时,实验又是绿色化学教育中不可缺少的组成部分。对中学化学实验进行微型实验,使其向无污染方向发展,这是当今中学化学实验的发展方向。实验主要通过以下步骤实施:⑴发展微型实验;⑵改进实验及仪器装置;⑶处理化学实验的废弃物。

 

1.剂量最小化,最大限度减少污辱源

 

要大力推行微型实验,即对一些常见实验仪器进行微缩,对常用试剂药进行限量。传统的中学化学实验对环境的危害性极大。本人曾对学生进行过关于化学实验的问卷调查,结果显示约有52%的学生认为做化学实验不安全;对于一些有污染的实验,约有46%的学生表示不想做。可见常规实验的不足,因此,用绿色化学的新理念对化学实验进行微型化,发展微型化学实验,利用微型仪器、尽可能少的试剂进行实验,能减少中间生成物的转移过程和试剂在器皿中的附着量,从而减少实验中的“三废”。它具有现象明显、效果良好、节约实验材料和时间、减少污染、安全、便携等优点,受到广大师生的欢迎。

 

实践证明:就常规化学实验而言,在无机和有机性质实验中,质量取0.11 g、溶液取25 mL是属于常量法;在微型化学实验中,性质实验的药品、试剂用量仅需要常规实验用量的10%~30%左右。以下的两组就是常规实验与微型实验的相互比较实验:

 

实验名称

药品用量

实验条件与结果

药品

常规实验

微型实验

常规实验

微型实验

苯的硝

 

化反应

浓硝酸

1.5 mL

0.3 mL

水浴加热8分钟制得2.0 mL淡黄色油状物

水浴加热6分钟制得1.0 mL淡黄色油状物

浓硫酸

2.0 mL

0.4 mL

1.0 mL

0.2 mL

酯化反应

乙醇

3.0 mL

0.7 mL

加热5分钟得乙酸乙酯3.5 mL

加热2分钟得乙酸乙酯1.0 mL

冰醋酸

2.0 mL

0.5 mL

浓硫酸

2.0 mL

0.5 mL

浓硫酸

6.0 mL

1.5 mL

 

由此看出:微型实验与常规实验一样,可得出相同的实验结果,但它们的药品用量是常规实验的1/31/5左右。既节省了药品的用量,也减少了对环境的污染。因此,微型化学实验不是常规实验的简单微缩,它是在绿色化学思想下用预防化学污染的新实验思想、新方法和新技术对常规实验进行的改革和发展。尽可能小剂量试剂是微型化学实验的核心,“尽可能小剂量实验”是化学实验教育的思维方向,为追求“尽可能小剂量实验”,推动化学实验的改进和完善,这是化学实验改革和发展的动力之一,绿色化学思想在化学实验中的具体体现。

 

2.改进化学实验,减少环境污染

 

化学实验总伴随着气体、液体或固体物质的生成,这些产物中许多是有毒或有害物质,会造成环境污染。在不影响实验结果、观察效果的前提下,改进实验内容及仪器装置,或变化实验程序,从而尽量减少实验试剂和实验产物对环境的污染。

 

在现行化学教材中,有些实验指明了药品浓度,有些实验没有指明药品浓度,对许多涉及药品浓度的实验探索和改进,既节约了药品保证实验效果,又减少了环境污染。如铜与稀、浓硝酸的反应,教材中都有演示实验和学生实验,如果按教材中做,不仅浪费药品,而且产生释放出NONO2等有害气体。实践中可把演示实验和学生实验进行合并,利用废医用一次性注射器作实验仪器,拔掉针头,按上橡胶塞,药品是浓硝酸、铜片和NaOH溶液。又如:氯气与金属钠反应的实验。

 

实验操作:钠与氯气反应的装置可作如下改进(图1):将一根玻璃管与氯气发生器相连,玻璃管内放一块黄豆粒大的金属钠(已吸净煤油),玻璃管尾部塞一团浸有NaOH的棉花球。先给钠预热,到钠熔融成圆球时,撤火,通入氯气,即可见钠着火燃烧,生成大量白烟。

 

    

 

 

 

1

 

 

 原课本中氯气与金属的反应是在敞开的装置下进行,把盛满氯气的集气瓶扣在加热过的金属钠上,由于反应后有氯气剩余,给师生和环境带来了危害。改进后的实验装置则基本制止多余氯气的外泄。在实验工作中,用绿色化学的思想来指导,更能有效地防止污染。

3.实验操作规范化,妥善处理实验废弃物,减少对环境的污染

 

全国的中学每天在做各种不同的化学实验。大部分实验的药品用量在课本中都没有明确给出限量,如果把药品规定用量和浓度,既方便施教,又方便操作。特别是像制备氯气、硫化氢、二氧化硫等气体,做铜与硝酸、浓硫酸的反应,乙烯乙炔的制备实验等,往往会毒化教室,直接影响师生健康。因此,我们必须清醒的意识到减少化学实验污染以及对污染物进行处理的紧迫性。通过相应的试剂将实验产生的污染物作化学处理,以消除或减少污染物地排放。

 

例如对CCl4的回收利用,在中学化学实验中四氯化碳是一种重要的有机溶剂,萃取实验中经常用到。以CCl4为代表的氯代烃作为一类耐生物降解的有机化合物,是饮用水源中倍受关注的污染物。它具有一定的水溶性和挥发性,同时又有较强的溶脂性,能在人体内得到生物富集进而严重危害人体健康,此类物质多数已被确定或被认为是高度可疑的致癌物质。高中一年级化学①就有一个用CCl4萃取碘水的实验,使用过的CCl4要求回收,进行再生利用,具有一定的经济价值。

 

现介绍“镁粉再生法”回收CCl4,具体方法如下:萃取后的CCl4因溶解了碘而呈红色,加入镁粉后,充分搅拌,直至CCl4红色褪尽,过滤就得到无色透明的CCl4。发生如下的反应: Mg + I2 = MgI2       

 

也可以用锌粉代替镁粉与CCl4反应:每100 mL CCl4需要用0.025 g锌粉,但是为了加快反应速度,提高几倍镁或者锌粉用量。

 

上述重点从三个主要方面阐述了在化学教学中如何对学生进行绿色化学教育,除此之外,还可以结合习题教学及实践活动进行绿色化学教育。

 

三、在化学教学中进行绿色化学教育的意义

 

现代教育提倡的是素质教育,绿色化学思想的教育有助于培养学生的创新精神和社会责任感,是实施素质教育的重要途径。绿色化学不是一门独立的学科,它是一种战略、一种方针、一种指导思想、一种研究策略。不久的将来,重大的绿色化学研究成果不但是科学文献,也将进入教科书,走进我们的生活。这种预防化学污染的新理念和新实践正日益被人们认识、接受和重视。绿色化学不能取代系统教学,但必须融合其中,如此便对教师提出了更高的要求:一是更新观念;二是教师本身要进行终身教育,这样才能不断充实自己的知识结构和能力结构。

 

 

参考资料

 

朱清时 .绿色化学. [J]  化学近展 . 2000.  124):410414

 

徐光宪今日化学何去何从. [J] 大学化学.  2003,(1    

 

 

 

 

 

 

 


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