在教學實踐中滲透綠色化學理念——以“硫、氮及其化合物”教學為例

裴泓莉

（江蘇省昆山中學 江蘇 昆山 215300）

綠色化學又稱環(huán)境無害化學，其核心內(nèi)涵是研究和尋找能充分利用的無毒害原材料，最大程度地節(jié)約能源，盡量減少或徹底消除使用和生產(chǎn)有害物質(zhì)，即在反應過程中和化工生產(chǎn)中的各環(huán)節(jié)都實現(xiàn)零污染和零排放。綠色化學不是被動地治理環(huán)境污染，而是主動地從源頭消除化學污染，所以綠色化學是更高層次的環(huán)境友好化學。

《高中化學新課程標準》指出：高中化學課程“有利于學生形成科學的自然觀和嚴謹求實的科學態(tài)度，更深刻地認識科學、技術(shù)和社會之間的相互關(guān)系，逐步樹立可持續(xù)發(fā)展的思想”。 綠色化學正是基于人與自然和諧發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展理念，是21世紀化學發(fā)展的方向和議題。中學階段是學生形成價值觀、人生觀等優(yōu)秀品質(zhì)的重要階段，如果我們抓住這一時機，進行綠色化學知識、態(tài)度、方法等方面的培養(yǎng)與訓練，將會對學生綠色化學理念的形成奠定基礎，為學生走上社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展指明方向。因此，中學化學教師要將綠色化學理念逐步滲透于化學教學的各個環(huán)節(jié)中，做新課程改革的積極實踐者。本文試以“硫、氮及其化合物”教學為例，談談我的綠色化學教學行動。

一、整合教學內(nèi)容，突顯綠色化學理念

化學新教材中融入了不少綠色化學的內(nèi)容，教師在教學設計中應注重對教材的二次開發(fā)和利用，挖掘教材中的隱含因素，通過合理整合教學內(nèi)容，突顯綠色化學理念。

例如：在進行SO2的教學時，我先組織學生觀看有關(guān)酸雨危害人類生存環(huán)境的視頻，然后引導學生對酸雨的成因進行探究，從而導入SO2性質(zhì)和作用的學習，進一步討論如何防止硫酸型酸雨的生成，如何從源頭消除SO2（如燃料脫硫）。在學習硫酸的性質(zhì)時，引導學生注意：實驗中多余的SO2可用氫氧化鈉溶液吸收，以防止尾氣對環(huán)境的污染。另外，在接觸法制硫酸工藝流程中，提示學生體會：為了提高原料利用率，采取了循環(huán)操作（氧化）；為了防止污染，還設立了尾氣處理裝置。在教學過程中，要注重將硫酸的強氧化性和其還原產(chǎn)物SO2的污染緊密聯(lián)系，對二者的性質(zhì)合理整合。

又如：在學習氮氧化物性質(zhì)時，我先設計這樣的教學情景：汽車尾氣污染、光化學煙霧、雷雨發(fā)莊稼——然后引出了NO、NO2的毒性、性質(zhì)、致毒原理、形成的危害（如光化學污染、硝酸型酸雨、臭氧層空洞等），再根據(jù)NO、NO2的性質(zhì)，讓學生思考如何除去實驗中產(chǎn)生的NO、NO2尾氣，接著討論大氣中NO、NO2的主要來源，汽車尾氣中的NO、NO2的除去方法。在討論過程中，要引導學生從環(huán)境保護的角度將NO、NO2的性質(zhì)學以致用。

以上的教學設計，可以使學生明白化學與化工生產(chǎn)、生活實際息息相關(guān)，環(huán)境保護離不開綠色化學，人類社會要可持續(xù)發(fā)展更離不開綠色化學！

二、優(yōu)化實驗教學，落實綠色化學理念

化學新課程將化學實驗作為科學探究的主要方式，而化學實驗與綠色化學的聯(lián)系緊密而直接，因而，實驗教學是教師貫徹綠色化學理念的最佳途徑，教師要貫徹“減量、減廢、節(jié)省資源、零排放”的原則，積極開展實驗教學，切實落實綠色化學理念。

1.開展微型實驗

微型化學實驗是指在微型化的儀器裝置中進行的化學實驗。這種實驗的試劑用量少，產(chǎn)生廢液廢氣少，實驗中的“三廢”處理基本得到解決。

例如：在做“銅和稀硝酸反應”的演示實驗時，我在青霉素瓶中注滿稀硝酸，蓋緊橡膠塞，放在熱水浴中約1分鐘，再用注射器從青霉素瓶中抽取一定量稀硝酸，使青霉素瓶的上部出現(xiàn)負壓，然后抽出注射器用一根銅絲沿橡膠蓋刺入青霉素瓶中，觀察實驗現(xiàn)象；過一段時間后，再用注射器向青霉素瓶中注入少量空氣，再觀察實驗現(xiàn)象；最后注入氫氧化鈉溶液處理尾氣。利用上述微型化裝置，既可以清晰地觀察到NO生成及其轉(zhuǎn)化為NO2的過程，又節(jié)省了藥品，并且有效地防止了有毒氣體對環(huán)境的污染。

2.封閉有毒實驗

對有毒氣體的制備和性質(zhì)實驗，為了避免氣體逸散或泄漏，可將其置于密閉的體系中進行。

例如：SO2的性質(zhì)實驗可以改為封閉實驗。具體做法：在若干個試管中收集好SO2氣體，并用醫(yī)用滴瓶的膠塞封住試管口，用若干個注射器分別吸取Ba（OH）2溶液、品紅溶液、酸性KMnO4溶液、溴水、H2O2溶液，分別注入收集好SO2的試管中，觀察實驗現(xiàn)象。本實驗完全在封閉的條件下進行，無有害氣體逸出，不僅獲得了更佳的實驗效果，還增強了實驗的安全性能。

3.優(yōu)化實驗裝置

新教材中的許多實驗已經(jīng)滲透了綠色化學思想，但未必是最完美最理想的，改進與創(chuàng)新的空間都還很大。對化學實驗進行改進和優(yōu)化（如原有的實驗內(nèi)容、實驗方法、實驗裝置等），可促進學生從多角度去思考問題，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

例如：在“黑面包”實驗中，傳統(tǒng)的方法是在200mL燒杯中放入20g蔗糖，加入幾滴水，攪拌均勻；然后再加入15mL濃硫酸，迅速攪拌后觀察實驗現(xiàn)象。新教材（蘇教版）對傳統(tǒng)方法進行了改進：取2g蔗糖放入大試管中，加入約5mL濃硫酸，迅速攪拌，然后塞上帶玻璃導管的橡皮塞，將導管的另一端插入盛有品紅溶液的試管中，觀察實驗現(xiàn)象。教師在實際教學過程中，還可以啟發(fā)學生思考“有無更好的方法”，然后，師生共同商討出優(yōu)化方案：在蘇教版裝置基礎上，再將實驗產(chǎn)生的氣體依次通過酸性KMnO4溶液和澄清石灰水，觀察實驗現(xiàn)象。

不難發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)方案只讓學生觀察到產(chǎn)生的氣體使蔗糖炭化形成膨松的黑面包，而未讓學生明白氣體的成分，而且反應放出大量的有刺激氣味的氣體，對空氣污染嚴重；蘇教版方案讓學生明白了氣體中有SO2，由于蔗糖和濃硫酸用量減少（減量），控制了大量刺激氣味對教室的污染，但沒有從根本上徹底消除；優(yōu)化方案可明顯觀察到蔗糖炭化的一系列過程，還可觀察到品紅溶液的褪色以及澄清石灰水變渾濁等現(xiàn)象，不僅讓學生明白氣體的成分為SO2和CO2，還消除了有毒氣體對教室的污染。

4.創(chuàng)生組合實驗

通過調(diào)整實驗次序，使一個實驗的產(chǎn)物成為下一個實驗的原料，將幾個實驗組合在一起，使本來存在幾次污染的實驗變?yōu)橐淮挝廴?，甚至沒有污染。

例如：濃硫酸和銅的反應可以和SO2的性質(zhì)實驗連到一起做，實驗裝置如圖所示，實驗步驟如下：

（1）向Y形試管中分別加入濃硫酸和銅絲（左）、水（右）。

（2）在干燥管中自下而上塞入如圖所示的脫脂棉，塞緊膠塞。

（3）將加入濃硫酸和銅絲的支管（左）加熱，至溶液沸騰。

（4）將冷卻的酸液倒入有水的支管（右），再將右側(cè)液體倒入左側(cè)支管。觀察左側(cè)支管中硫酸銅溶液的顏色和干燥管中脫脂棉顏色的變化。

這種做法不僅節(jié)約時間、藥品，而且連續(xù)、便捷，一次性完成濃硫酸的氧化性、酸性，以及產(chǎn)物SO2的漂白性、還原性、酸性氧化物的性質(zhì)。既能讓學生看到明顯有趣的實驗現(xiàn)象，增加好奇心和學習興趣，激發(fā)求知欲，還能讓學生更好的體驗綠色化學實質(zhì)。

三、設計典型例題，深化綠色化學理念

在化學習題教學中，教師要結(jié)合有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)，創(chuàng)新習題的內(nèi)容和方式，巧借習題深化學生的綠色化學理念。

1.啟發(fā)學生設計“綠色化學方案”

例如：以銅、濃硝酸、水、空氣為原料，設計實驗方案制取硝酸銅。學生主要設計出以下三種方案：

①Cu＋4HNO3（濃）＝Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O

②3Cu＋8HNO3（稀）＝3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

哪種方法最好呢？經(jīng)過討論，學生一致認為方案③最好。因為制備相同物質(zhì)的量的Cu（NO3）2時，方案③消耗的硝酸最少（節(jié)約），而且沒有氮氧化物產(chǎn)生（環(huán)保、零排放）。

2.引導學生體驗“綠色生產(chǎn)工藝”

例如：煤和石油中的硫燃燒產(chǎn)生的二氧化硫是形成硫酸型酸雨的主要因素。因此，需要對煤、石油等燃料進行脫硫處理。燃煤煙氣脫硫的方法很多，常用石灰石—石膏法、氨水法等。請用化學方程式書寫這兩種脫硫原理。

通過這樣的練習，學生認識到：這種綠色處理方法既可消除燃煤煙氣中的二氧化硫，同時還可得到副產(chǎn)品石膏和硫酸銨，變廢為寶。

四、開展綜合實踐，強化綠色化學理念

讓學生形成綠色化學理念，僅依靠科學知識的傳播是不夠的，還需要在多角度的綜合社會實踐活動中探索內(nèi)化。通過綜合實踐活動，讓學生把平時所學知識用到實踐中，進而真正體會到綠色化學的價值和時代內(nèi)涵，有利于強化學生的綠色化學理念。

例如：建立興趣小組開展研究性學習，組織學生收集當?shù)氐挠晁畼悠罚y定其pH；如果是酸雨，可走訪環(huán)保部門，了解其產(chǎn)生的原因及有關(guān)的防治措施。另外，還可以組織學生參觀化工廠（如硫酸廠），了解對排放液的治理情況以及處理裝置。這樣讓學生更多的接觸生產(chǎn)生活實際而有所感受，有助于堅定學生愛護環(huán)境的信念。

又如：鼓勵學生上網(wǎng)查閱資料展開討論研究，如調(diào)查硝酸型酸雨的產(chǎn)生和危害、光化學污染、氮氧化物對臭氧層的破壞，并以此為主題撰寫小論文等。隨著私家車的快速增多，汽車排放的尾氣不容忽視，如何將尾氣中的一氧化碳和一氧化氮轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氮氣？讓學生通過生活中的事例去親身實踐領悟綠色化學實質(zhì)。

綜上所述，將綠色化學融合于中學化學新課程教學中不但十分必要，而且切實可行。一線教師要以身作則，把綠色化學理念貫穿于化學教學的始終，從小事做起，從細微處著手，言傳身教，使學生在潛移默化中增強環(huán)保意識和創(chuàng)新意識，養(yǎng)成綠色化學思維習慣，不斷提高綠色化學素養(yǎng)。

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