淺談如何基于綠色化學理念下改進中學化學實驗
環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展是當今社會的共識，綠色化學技術(shù)是化學科學研究的熱門領(lǐng)域。為了節(jié)約實驗藥品并減少環(huán)境污染，越來越多的化學教師開展了化學實驗改進的相關(guān)研究。有效開展實驗改進，有多種途徑，本文主要探討綠色化學原則在實驗改進過程中的運用。
1.1 綠色化學理念
綠色化學理念由美國環(huán)境保護總署Anastas及其合作者率先提出，其內(nèi)涵表現(xiàn)在三個方面：潔凈性，致力于從源頭防止和消除污染;原子經(jīng)濟性，在獲取新物質(zhì)轉(zhuǎn)化的實驗過程中充分利用每個原子;安全性，即在實驗過程中，盡可能不使用和不生產(chǎn)有毒有害的物質(zhì)，反應條件盡量溫和或安全。綠色化學是追求人與自然和諧發(fā)展、主動防止污染而產(chǎn)生的一門科學。
1.2 中學化學實驗綠色化
綠色化學理念的普及離不開綠色化學教育。1995年，由美國總統(tǒng)克林頓發(fā)起，美國化學學會、國家環(huán)境保護署、白宮和國家科學院共同創(chuàng)辦了每年一次的“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”。約瑟夫·布林是美國綠色化學研究所的首任負責人，在他的努力下，綠色化學研究所設(shè)立了綠色化學領(lǐng)導獎和紀念聯(lián)誼會員獎，該獎旨在促進綠色化學教育，培養(yǎng)未來的綠色化學家和領(lǐng)導人。同年，中國科學院化學部確定了《綠色化學與技術(shù)》的'院士咨詢課題。1997年，香山科學會議以“可持續(xù)發(fā)展問題對科學的挑戰(zhàn)--綠色化學”為主題，召開學術(shù)討論會，推動了我國綠色化學的發(fā)展。2003年，教育部下發(fā)“普通化學課程標準(實驗)”，要求學生應形成科學的自然觀和嚴謹求實的科學態(tài)度。綠色化學理念的普及改變了傳統(tǒng)化學教學模式，更注重培養(yǎng)學生的科學精神，是貫徹新課程理念的重要途徑。
基礎(chǔ)實驗教學在化學教學中占有重要地位，許多教學活動都是在化學實驗室中展開。由于教學用的實驗室空間較小，實驗過程中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)會污染教學環(huán)境，影響學生及教師的身體健康，產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢渣不經(jīng)處理就直接排出，小小的化學實驗室成了污染源�；谝陨�，化學實驗室的“三廢”治理勢在必行，在化學實驗教學中滲透綠色化學理念是必然要求。教材是教學內(nèi)容的載體，是提高教育質(zhì)量的基礎(chǔ)。在實驗內(nèi)容的選擇上，主要從典型性方面著手，忽略了環(huán)境污染的影響。為了使實驗過程綠色化，必須從源頭上，也就是實驗方法中，阻止污染物的產(chǎn)生。下面以乙酸乙酯制備為例，來談談化學實驗綠色化。
1.3 傳統(tǒng)乙酸乙酯制備的不足
乙酸乙酯又稱醋酸乙酯，是食品工業(yè)及化工生產(chǎn)的重要原料，與生活生產(chǎn)息息相關(guān)。乙酸乙酯的制備是中學化學實驗教學的重點。目前“人教版”化學教材中采用濃硫酸催化酯化合成乙酸乙酯，該實驗存在以下不足：實驗中以濃硫酸為催化劑，腐蝕性強，使用不安全，且不利于環(huán)境保護;傳統(tǒng)的實驗教學方法不利于激發(fā)學生的積極性及創(chuàng)新精神的培養(yǎng);實驗易發(fā)生事故，對學生的健康造成極大威脅。
2 實驗部分
2.1 實驗原理
乙酸與乙酯的反應經(jīng)歷了加成消除的過程，質(zhì)子活化的羰基被親核的醇進攻發(fā)生加成，在酸的作用下脫水成酯。由于酯化反應是可逆反應，須不斷移除生成的水才能使反應繼續(xù)進行。
2.2 實驗過程
以人教版選修四中“乙酸乙酯的制備”為對照實驗：乙酸和乙醇在110℃-120℃下，濃硫酸催化合成乙酸乙酯。
改進方案一：乙酸和乙醇在84℃-87℃下，AlCl3催化生成乙酸乙酯。
改進方案二：乙酸和乙醇在92℃-96℃下，硫酸氫鈉催化生成乙酸乙酯。
改進方案三：乙酸和乙醇在80℃-90℃下，F(xiàn)eCl3·6H2O催化生成乙酸乙酯。
2.3 實驗結(jié)果分析
取等量的原材料，通過不同的方案制備乙酸乙酯，精制產(chǎn)品，測得產(chǎn)率。將三組平行試驗取平均值后再進行對比，見下表。
表1 實驗對比
由此可知，使用無水三氯化鋁作催化劑時，反應體系呈無色透明狀，便于觀察。降低了反應的溫度，縮短了反應時間，操作安全無腐蝕，適合做演示實驗，也適合學生探究。
NaHSO4·H2O作為催化劑， 實驗準備簡單，代替濃硫酸減少副反應發(fā)生，有利于提高酯化率， 且產(chǎn)生廢酸少，利于學生環(huán)保意識的樹立。
六水三氯化鐵作催化劑，實驗現(xiàn)象更加明顯，不僅提高相對產(chǎn)率，還可降低反應溫度，節(jié)約反應時間。同時，催化劑本身用量少，可重復使用，無毒無害且不污染環(huán)境。
3 結(jié)論
本文旨在中學化學實驗教學中滲透綠色化學教育思想，從源頭上阻止污染的產(chǎn)生。遵循綠色化學原則，選取三種不同類型的催化劑，對“乙酸乙酯的制備”進行改進，從而達到實驗最優(yōu)化。實驗表明：使用無水三氯化鋁和六水三氯化鐵作催化劑，不僅能夠達到良好的實驗效果，還能減少對環(huán)境的污染，是典型的綠色實驗，與中學化學教學中滲透綠色化學教育思想是相符合的。
【淺談如何基于綠色化學理念下改進中學化學實驗】相關(guān)文章：
中學化學實驗分析03-24
如何在初中化學教學中滲透綠色化學理念02-23
中學化學演示實驗教學反思03-09
中學化學實驗知識點總結(jié)10-12
淺談化學教學過程的反思改進03-09
高校化學教學中綠色化學理念的分析03-24
如何改進初中化學概念教學模式02-24
如何設(shè)計化學實驗室02-19