化学实验设计的绿色化和环境保护.docx
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1、摘 要化学最基本的教学方案是用实验进行理解的学科,实验可以激发学生的理解意识、实践操作、主动创新的能力。但是多数的化学实验所使用的原料以及产生的废水、废气、废渣往往会对环境造成污染。因此本文对化学实验设计的绿色化进行研究,通过网上资料和相关文献的阅读,了解了绿色化学的思想和化学实验存在的问题,为实验设计的绿色化提供了可靠的依据。文中简述了化学实验的绿色化,介绍了绿色化的实验设计的重要流程,并论述了学生环保意识的树立有利于推进实验的绿色化。通过对绿色化学实验设计的研究,总结不同情况下绿色化的实验设计的优势。希望本论文的研究能为减少今后的化学实验的环境问题提供一定的帮助。关键词:绿色化;实验设计;
2、环境保护AbstractThe most basic teaching plan of chemistry is the subject of understanding through experiments. Experiments can stimulate students understanding consciousness, practical operation, and initiative innovation ability. However, the raw materials used in most chemical experiments and the gene
3、rated waste water, exhaust gas, and waste residues often cause pollution to the environment. Therefore, this article studies the greening of chemical experiment design. Through reading online materials and related literature, we understand the ideas of green chemistry and the problems of chemical ex
4、periments, which provide a reliable basis for the greening of experimental design. The article briefly describes the greening of chemical experiments, introduces the important process of greening experimental design, and discusses the establishment of students environmental awareness to promote the
5、greening of experiments. Through the research on the experimental design of green chemistry, the advantages of green experimental design in different situations are summarized. I hope that the research in this paper can provide some help for reducing the environmental problems of future chemical exp
6、eriments.Keywords: Green; experiment design;Environmental protection目 录1 引言11.1 中国环境现状11.2 绿色化学的产生与内涵11.3 化学实验的现状22 化学实验的绿色化32.1 规范实验操作32.2 减少试剂的用量、合理更换实验药品32.3 合理处理“三废”33 实验设计绿色化的重要流程54 学生环保意识的推进65 学生分组实验绿色化设计66 绿色化学实验设计的研究76.1 案例一76.2 案例二86.3 案例三97 展望10参考文献11致谢12化学实验设计的绿色化和环境保护1 引言1.1 中国环境现状近些年,在社
7、会经济的迅速发展下,人们的日常生活水平相比提高了不少。但是,接踵而至的环境污染问题也日益严重。中国的环境现状是在特定的历史条件和社会背景下产生,长时间积累所导致的,问题较为复杂多样1。较为严重的主要有以下几种问题:1.水环境污染问题。在工业发展时代下,因生产过程中从排泄管流出的“三废”是我国水污染的重要因素,这些污染物流经地表时会再次渗入到地下造成二次污染。另外随着城市经济的发展状况,导致人口不断扩张,污水处理不及时,疏通管道设施不够完善的情况下,城市生活污水慢慢泛滥成灾。农村的污水更是不容小觑,来自农村农业的污染物源头数以万计,农村的技术以及管理设备能力上差距较大,很多水质中含有大量有毒物质
8、,因此水中生物因没有足量氧气导致死亡。水资源以及鱼类资源给人类在一定程度上造成了巨大的经济损失。水是我们日常必需品,水环境污染问题提醒人类要高度重视2。2.大气污染问题严峻。由于城市机动车辆大量增加,汽车排放的尾气污染也逐渐加重,汽车尾气造成大城市的NOx、CO、臭氧放量数据日益增多,大多数城市普遍存在的现象就是总悬浮微粒(TSP)超标。随着现代工业的发展,人类生产活动规模的扩大和人类生活需求的升高,向大气释放的二氧化碳等温室气体不断增加,导致大气的组成发生变化。大气质量受到威胁,气候有逐渐变暖的趋势3。3.固体废物污染。随着化学工业的发展,有毒有害固体废物也在增加。有毒有害固体废弃物大部分都
9、是未曾经过严格的无害化和科学的安全处置,这存在严重潜在性危害的环境问题,必须引起重视及时处理。同时,国外工业废物逐步引进中国加工,这必会加重中国的环境问题4。1.2 绿色化学的产生与内涵绿色化学起源于美国,它是在20世纪90年代由耶鲁大学教授提出的。它的英文名为Green chemistry,也被称为清洁化学或环境友好化学。顾名思义,它是一门对环境更友善,更安全的新兴化学分支,涉及各类学科比如有分析化学、有机合成等等,内容广泛。绿色化学的理想是在生产的一开始就预防污染,在原料的选择上始终坚持使用无毒,无害的原则,在整个合成和生产过程中实现零排放或零污染,即没有废物的产生,也不需要在利用科学技术
10、手段去处理废物。绿色化学从社会的可持续发展道路出发,研究对环境没有任何副作用的化学试剂,化学制品,化学工艺。它利用化学技术和原理降低或消除那些对人类健康和生态环境产生不利影响的化学物质,从源头上阻止污染物的产生5。绿色化学的出现让我们懂得向“先污染后治理”坚决地说不,也让我们看到了化学工作者从化学的角度对保护环境做出贡献。1.3 化学实验的现状由于展开化学实验所需要的各种化学药品相比来说比较多。各种化学实验发生之后,在过程中难免会产生新物质,对这些新产生化学物质还得进一步提取化验,有可能是有毒物质,从而对环境造成了影响。化学实验涉及的问题较多,包括材料筛选、药品的提取、用量和加热、废弃物的处理
11、。从一个角度来看,学生在实验操作过程中,没有养成良好的操作习惯以及反应不够及时经常会出现各种各样的问题:比如错误地认为填加的原料越多对反应进行越有利,导致药品成本多数浪费影响环境,增加了能源的使用。从另一个角度来看,大多数院校的实验内容不够完善,基础课及专业课实验大都以基础实验、验证型实验为主。由于外加经费有限,对于比较昂贵的实验器材无法进购,甚者有些化学设施还相对的陈旧落后。学生实验结束后的废渣及废液通常是倒入水槽中用大量的水冲掉或者倒入指定的“废液桶”中,而“废液桶”大多是由值日学生清理倾倒至“规定场所”,没有经过专业人员的检测及处理,依然对环境有着严重的污染。虽然每个实验室产生的污染物的
12、量不多,但设想下这种“集腋成裘”的污染方式无不疑会对环境造成不可忽视的破坏效应6。为了保护我们的环境与试验者健康,化学实验的绿色化设计与环保知识教育必须攻克。对于实验的设计,应从原料开始到实验的过程以及产生的物质,做到零污染,绿色化,以保护环境为首要条件,这需要长时间的不断进行优化。在不断实践中进行改良,并且要严格要求自己,培养严谨的实验意识,一丝不苟的完成实验并按规定要求处理废弃物,长此以往,我们就能在安全的环境中完成实验,学到知识。2 化学实验的绿色化我们不应被动地治理环境污染,而应积极主动地防止污染。在实际工作中,我们应该科学实行化学实验,强化环保意识,采取得力措施,妥善处理好实验中的“
13、三废”,努力实现化学溶剂绿色化、试剂微量化、过程绿色化、实验微型化,以减少对环境的污染,从而达到保护环境的目的7。2.1 规范实验操作化学实验过程中一定会触及和使用化学试剂,且实验室的试剂有些是有毒、有腐蚀性,有些在实验的反应过程中还会产生有毒气体,对人体会造成危害。因此,必须严格要求学生实验操作规范。在实验操作前,要求学生认真阅读实验步骤、强调正确适当的取用药品、设计最简的实验装置、合理修正实验方案设计,对待实验中产生的污染物要科学认真地处理,既能防止实验危险事件的发生,同时又能在某种意义上避免化学原料和能源的浪费、污染环境8。要求学生严格遵守实验操作,不仅是确保自己和周围人安全所必需的,而
14、且具有环境保护的意义。2.2 减少试剂的用量、合理更换实验药品众所周知,环境一旦形成污染就需要耗费很大的人力物力加以控制和处理,不然将会破坏环境的稳定性,危害人类的健康和生活并导致难以估量的损失9。为此,这就需要我们将预防化学污染的理念运用到实验中来。为了避免或减少使用和降低向环境排放物质就必须用绿色化学方法。在实验中我们可以从适当降低药品的浓度,减少试剂的用量,更换无毒无害的实验药品,改进实验装置方便操作,发展微型化实验10,力求消除或减少污染源,在实验的设计、操作过程中真正感受到保护环境的重要性,感受到优先选择预防污染而不是后果发生后找到解决污染方法的优点。2.3 合理处理“三废”在化学实
15、验课程安排中,重视培养和训练学生的基础操作技能,却很少涉及到有关“三废”的处理及对环境的影响。因而,这将促使学生形成一个错误的认识化学本身或工业生产一定会对环境造成污染和破坏,这种破坏和污染是人类无法避免的。废气的处理:在实验中,当产生有害气体时,应加强尾气吸收。尾气吸收常用方法有:点燃法:对于像一氧化碳等易燃性气体,可在尾气出口处放一点燃的酒精灯。吸收法:根据气体的性质不同选择不同的溶剂进行溶解和吸收。比如氨气、氯化氢、溴化氢、碘化氢气体可以直接用水进行溶解;而像硫化氢、氯气、二氧化硫、三氧化硫和二氧化氮等气体可用氢氧化钠溶液吸收。转化法:采用一定的方法,使有毒的气体转化为另一种或几种对环境
16、无污染的或者污染小的物质。如:一氧化氮能转化为氮气即可排放。废液的处理:分类处理实验产生的废液,是绿色化达标的重要环节。可从以下几个方面对废液进行无污染处理:(1)酸液和碱液分开收集:实验中,经常使用到酸性或碱性试剂,这些试剂较易残留在试管中变成废液,而这些废液可以分类回收,在对实验没有妨碍的作用下可以直接利用,不能直接使用的还可用于尾气吸收,这有利于实验室废液的管治工作。(2)学生实验废液的利用:学生进行个人实验时,每个实验桌上都有摆放各自药品,一不注意取用药品量就过了,造成更多的废液产生,在这种问题下就更需要进行处理反复利用。这不仅是降低成本的需要,更是减废的需要。(3)演示实验废液的回收
17、:虽然演示实验产生的废液较少,但积少成多,每次实验收集的废液有的可以直接利用到下次实验,有的需要经过处理才能重复利用11。废渣的处理:残渣是多数化学实验会产生的,而这些残渣可能是反应产物可能是反应没有完全的或者仅仅只是改变反应速率的物质。若残留的物质有较强毒性,不对其进行处理将会污染环境、危害身体健康,有的还有再次利用的可能,如:属于重金属类化合物的二氧化锰,在过氧化锰分解实验中充当着催化剂,直接扔掉会造成污染,可以通过过滤、洗涤干燥这些处理步骤后再重新使用;有一类残渣虽没有毒性,但还有利用的价值,因此这样的残留物也要处理回收循环利用,增强了实验药品的使用率。化害为利,变废为宝,懂得科学合理地
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- 化学 实验设计 绿色 环境保护
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