綠色化學特點范文
時間:2023-11-17 17:20:30
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篇1
初中化學是化學學習的啟蒙,要讓化學更好地發展,必須讓最先進的理念走進寄托化學發展之希望的初中學生的心靈。化學最先進的理念是什么呢?是綠色化學。如何讓它走進學生的心靈呢?
第一,必須讓學生從理念上認識綠色化學,體會到它的時代必然性和優越性。
自從化學成為一門獨立的學科之后,化學家們己創造出了許多自然界中不存在的物質,極大地豐富了人類的物質生活。人類在享用化學的先進成果的同時,也不得不面對化學帶來的污染。傳統的化學工業給環境帶來的污染已十分嚴重。化學工業能否生產出對環境無害的化學品?甚至開發出不產生廢物的工藝?有識之士提出了綠色化學的號召,并立即得到了全世界的積極響應。綠色化學不是簡單地進行環境保護,簡單地治理污染,而是要利用化學原理從源頭上消除污染。那么,什么是綠色化學呢?綠色化學又稱環境無害化學,環境友好化學或清潔化學,是指化學反應和過程以“原子經濟性”為基本原則,即在獲取新物質的化學反應中充分利用參與反應的每個原料原子,在始端就采用實現污染預防的科學手段,因而過程和終端均為零排放和零污染,是一門從源頭上阻止污染的化學。綠色化學不同于環境保護,綠色化學不是被動地治理污染,而是主動的防止化學污染,從而在根本上切斷污染源,所以綠色化學是更高層次的環境友好化學。
第二,讓學生在做化學實驗的過程中運用綠色化學理念,使綠色化學內化在學生心靈。
要運用綠色化學的理念,就必須了解綠色化學的特點。綠色化學的主要特點有:①充分利用資源和能源,采用無毒、無害的原料;②在無毒、無害的條件下進行反應,以減少向環境排放廢物;③提高原子的利用率,力圖使所有作為原料的原子都被產品所消納,實現“零排放”;④生產出有利環境保護社區安全和人體健康的環境友好的產品。
根據特點1我們可以引導初中學生在做化學實驗時充分利用身邊的用品做實驗,變廢為寶,開辟家庭小實驗和尋找某些實驗儀器和藥品的化用品活動,使身邊的資源和能源得以充分利用。
例如:①利用雞蛋殼和白醋來制取CO2
②注射器可以代替膠頭滴管取用和滴加少量液體藥品。
根據特點2我們可以指導學生做實驗時要妥善處理污染物,創造環境和條件,減少污染物排放。例如①利用白磷和氧氣反應的實驗證質量永恒定律時,將白磷放在底部鋪有細沙的錐形瓶中,錐形瓶口蓋橡皮塞,橡皮塞上安裝一根玻璃管,玻璃管上端必須系牢一個氣球,通過密封防止生成的P2O5白煙散出,污染空氣。
②在做CO還原CUO時,將尾氣CO燒掉,減少污染物向環境排放。
根據特點3,我們要充分利用原料中的原子,指導學生節約藥品,剩余藥品回收利用,生成物也要回收,廢物分類收集,力圖讓廢物也成為我們實驗所需的藥品,例如①制取CO2時,往往在實驗結束時還有大理石沒有反應完,可以回收。②做酸堿指示劑鑒別酸堿性時,藥品用量要少,否則是浪費。③有的廢液中含有CL- 、 SO2-4 ,可以作為檢驗液體中是否含有CL- 、SO2-4的樣品。
根據特點4,我們可以指導學生為什么不能用工業酒精兌酒,為什么不能用工業鹽來調味.加深化學產品對于環保,人體健康和安全的特殊要求,從而使他們以后從使化工生產有這方面的綠色化學意識.
篇2
關鍵詞:綠色有機合成 技術研究 化學
綠色有機化學的初衷是想從源頭上成功抵擋住污染。使人類在生活中,不使用、不生產有害物質,并且在后期也不用再處理產生的廢物。真正做到從原料到產品的每一個步驟,每一種物質都是安全無害的。
一、綠色有機過程中的溶劑綠色化
1.超臨界流體,這類流體的密度實際上是與液體相似的,但更確切的來說,這是一種擁有傳質速率快,本身具備的一些物理性質又對溫度等因素帶來的影響極為敏感,且粘度和擴散速度又與氣體相似的,溫度和壓力都在臨界點以上的這樣一種流體。這種流體在有機化學的應用方面能夠很好的控制反應過程中活性,調控選擇性,成功實現反應與分離能夠具有一體化的模式。
2.超臨界水作為超臨界流體中的代表被廣泛應用在反應中,因為超臨界水本身具有對一些氣體或是有機物的溶解能力,這是一般物質無可取代的。除此之外,超臨界水同樣具有通過改變一些物理性質來影響反應速率,提高選擇性。例如可以通過改變密度、粘度和介電常數,以及調控溫度和壓力。綠色有機化學中,關于超臨界水的反應有水解反應、氧化反應和重排反應。應用到現實中的有舊塑料的油化再降解。
3.離子液體,離子液體主要具有在熱的條件下仍然保持較高的穩定性,且不易揮發,通過調節組成它的陰離子和陽離子可以達到調控溶解性的效果,其次,其酸度也可以通過調節成為強酸的特點。而在概念上,離子液體被定義為由陰陽離子構成的,在接近室溫的環境中可以保持液態的液體。許多重要的有機化合反應都用到了離子液體這一介質。例如酯化反應、聚合反應、氧化還原反應和烷基化反應。將離子溶液作為反應中的介質,有利于加速反應的速率,使反應始終保持在一個溫和的環境中。
4.水溶劑,水溶劑顧名思義就是將水作為有機反應中的溶劑。因為其本身具有的疏水效應對有機轉化的整個過程是十分有利的。例如在經醛縮合反應、Michael加成反應、Diels-Alder反應和Mannish反應中,水溶劑就可以提高反應的速度和整體的選擇性。另一方面,水本身作為一種安全無害且環保的物質,逐漸的成為綠色有機化學研究中的熱點。水在化學反應的過程中,不僅作為一種溶液參與其中,它也會影響反應的進程。經過長期的研究和探索,我們發現水在某些極強的多元反應中具有加速反應的效果,并且具有易于分離的特點。
5.氯兩相體系,這種體系是由兩種溶劑構成的,它們分別是普通有機溶劑和全氟溶劑。通常的情況下,如果溫度較低,全氟溶劑與其他的普通有機溶劑就很難相溶,在這種情況下就會形成氟相和有機相的兩相體系。而此時如果外界的環境溫度上升,全氟溶劑則可以很好的與普通溶劑相溶,我們將這種溶解度隨著溫度急劇上升的情況稱為形成單一相。這種現象能夠更有利于為有機反應提供均相條件。同時,隨著反應的結束,溫度的降低,體系也會自然的恢復到兩相體系。
綠色化學中的氟兩相體系的應用也有許多,其中也分為兩種,作為有機反應介質和催化劑作用。作為催化劑參與的反應有,烯烴的氫甲酞化反應和硼氫化反應、Diels-Alder反應、烯丙位取代反應和氧化反應。而作為有機介質參與的反應有硝化反應、Swern氧化反應和Hosomic-Sakurai反應。
二、綠色有機合成中的催化劑綠色化
1.固體酸催化劑,固體酸催化劑是指金屬鹽催化劑,金屬氧化物催化劑和分子篩和雜多酸催化劑的總稱。并且其本身也具有活性高,選擇性強,反應后的產物易于分離而且也可以多次循環利用,這體現了綠色化學的主旨。
2.金屬催化劑,有機金屬配合物催化劑、金屬氧化物催化劑和金屬Pd催化劑同屬于金屬催化劑。我們通過實驗證明了金屬催化劑能夠提升催化的速率,使用浸漬法獲取1%的的Pd/Mgo,這將作為反應中的非均相催化劑,將不同性質的醇氧化,我們可以發現此催化劑具有使反應條件溫和的特點。
3.酶催化劑,酶曾被許多人認為是化學反應中一種快速且專一的催化劑,近年來,酶在有機化學中的應用日見廣泛,人們已經將它高效立體且具有靈活選擇性的性能應用在有機化合物的合成中了,此外,酶還具有水解活性高的特點。
三、綠色有機合成過程中的合成方法的綠色化
1.用物理方法來促進化學反應,物理中的光、電和熱這三種要素在化學有機反應中占有重要地位,也是我們在綠色有機合成方面的研究方向之一。例如利用微波爐的微波來促進反應速率的例子比比皆是。微波輻射條件不僅可以提升有機反應中的反應速率,也能夠提升產品的純度。在Diels-Alder反應中,微波輻射技術就被成功應用。除此之外,還有加成反應和雜環化合物的合成也作用了此項技術。例如在進行Diels-Alder成環反應實驗時,用100w的微波加熱五到二十五分鐘,產率可以高達79%到90%,而用普通的方式加熱,三個小時內僅可產生25%到60%,除了產率高這一特點外,微波方式還具有高選擇性和條件溫和的特點。另外,除了微波技術,超聲波的空化功能也可以減少廢物的排放,降低能量的損耗。
2.串聯反應,綠色化學提倡減少能耗,避免污染。但我們的實驗過程中經常會遇到提純或是分離一個分子的步驟過于繁瑣,不利于經濟和環保。因此,我們有必要考慮串聯反應在有機化學中的應用,當前串聯反應已經被應用在了不對稱合成和雜環化合物的合成過程之中,串聯效應針對光學效應的產物和分子具有特殊的優越性。
四、總結
綠色有機合成化學逐漸成為了人們生產、生活,化學學科理論和實際發展中的必然選擇。隨著時代的不斷進步,綠色有機合成化學也是我國工業化領域的大勢所趨,綠色化學除了要做到溶液綠色化,催化劑綠色化,合成方法綠色化之外,還行應用各項先進技術,將綠色化學發展到各個領域之中去,尤其是基因工程,細胞工程和微生物工程。同時引導一些新興技術的發展,例如微波技術和超聲波技術,達到綠色化學的多領域全面發展。
參考文獻
[1]劉雪暖,李玉秋.反應精餾技術的研究現狀及其應用[J].中國化工產業,2011(08).
篇3
關鍵詞:綠色化學理念;高中化學;實驗教學;滲透方法
在現今的高中化學教材中,化學實驗內容占據著大量的篇幅。高中化學實驗教學對學生高中階段整體的化學學習有著重要的意義。隨著時代的發展,綠色化學開始被教師應用到高中化學實驗課堂上。教師們通過對化學材料地合理利用、綠色處理來減少化學實驗中有害物質的產生,進而保證高中化學實驗的環保性。這對提高學生的綠色化學實驗意識有積極的作用,也有利于建立綠色環保型的高中化學實驗課堂。
一、深刻認識化學教材,尋找綠色化學實驗的滲透點
教師在開展高中化學實驗教學時,想要更好地將綠色化學理念融入到高中化學實驗課堂上,就必須要重點關注化學實驗教學內容,即對化學教材進行深刻了解,以便從教材內容中找到綠色化學理念的滲透點,將環保理論知識與化學實驗有效結合起來,讓學生能在化學實驗課程中感受到綠色化學的理念精神。這對學生的化學實驗思想有著極大的促進作用。在開展化學實驗課程的過程中,教師要按照化學實驗內容安排各項化學試劑的使用,在保證學生順利完成實驗的基礎上,控制好試劑的用量,避免出現學生浪費化學試劑的現象。嚴格的化學試劑用量控制是綠色化學實驗課程開展的基礎,能為學生留下節約試劑、科學實驗的印象。同時,學生在進行不同的化學實驗之前,教師要提前對學生說明實驗過程中可能發生的事故情況以及處理辦法,并向學生強調化學實驗多方面需要注意的事項,以避免學生在實驗過程中出現任何的危險。這也是綠色化學教學理念下的重要內容之一。[1]例如,在開展“氯氣與鹽酸的制取”實驗時,由于氯氣具有揮發性的特點并含有劇毒,因此,教師必須要為學生強調實驗各環節的操作方法,對實驗產生尾氣的處理方法等。同時,教師要利用教材與實驗相結合的方式,將節約型化學實驗落實到實踐中,讓學生在具體的實驗過程中感受到綠色化學的魅力,并將綠色化學實驗理念融入到自身的實際操作環節中。這樣才能增加高中化學實驗的安全性和實踐性,有效提高學生的實驗意識。
二、科學采用微型化學儀器,有效降低化學有害物質的生成量
在高中化學實驗教學中,為了將綠色化學理念貫徹到底,同時也是為了確保化學實驗的安全性,教師可以在部分化學實驗中科學采用微型化學儀器,如微型滴管、微型試管等,通過控制學生的試劑取用量以及化學實驗的反應程度,來降低化學實驗中可能存在的安全風險,減少化學有害物質的產生。這也是將綠色化學實驗理念進行落實的有效手段。高中階段許多教材的實驗內容都沒有規定化學試劑的取用量。這樣是為了讓學生通過化學實驗來加強自身對化學知識的理解,提高學生的實驗動手能力,促進學生化學思維的進步。因此,教師完全可以將教材中所謂的“適量”試劑進行明確規定,在保證實驗效果的同時,降低化學試劑的使用量。一方面,這樣能規范學生的試劑取用行為,避免試劑浪費現象的發生;另一方面,這樣也能減少化學物質的產生,在廢物處理方面就能更加方便,也更能體現出綠色化學實驗的特點。例如,在開展“乙烯制備”實驗課程時,教師就可以按照教材的實驗要求,采用微型儀器實驗法,用小試管和微型滴管取用乙醇等化學試劑,讓學生能利用較少的化學原料進行乙烯制備實驗驗證。這既能讓學生對教材內容加深了解,對化學實驗更加熟悉,又能控制學生化學試劑的使用量,減少化學廢物的產生。可見,這是綠色化學教育理念滲透的最佳教學方法。
三、采用多媒體化學實驗演示法,提高實驗教學效果
在高中階段的化學實驗中,教師要幫助學生掌握多種形式的化學實驗,不僅可以通過實驗課堂的教學方法,還可以通過實驗展示法。對一些難以實際開展的化學實驗或者是難以把握開展狀況的實驗,教師通過實驗展示法既能讓學生對整個實驗流程有一個清楚地認識,對化學知識加深了解,又能節約學校的化學實驗資源,避免化學安全事故的發生。[2]可以說,實驗演示法是最安全的化學實驗教學方法。在當今這個時代,隨著網絡信息技術的不斷發展,許多化學實驗的展示都是通過網絡教學課件來進行的。教師要利用豐富的網絡資源,按照實驗內容要求以及學生個性化的喜好特點,從網絡中選取教學形式合適的實驗資源,讓學生從多媒體播放的化學實驗中學習和了解化學實驗知識。另外,課件實驗教學方法還具備其他實驗教學所沒有的優勢。在利用網絡課件開展化學實驗教學的過程中,教師可以根據學生對實驗的理解,對學生難以掌握的實驗重點進行反復播放,為學生鞏固所觀所感,提高學生對相關化學實驗的掌握程度。這種采用展示實驗法開展的高中化學實驗課程,是綠色化學理念體現的重要形式。當然,多媒體化學實驗演示法也會讓學生失去實際動手操作的機會。因此,將實驗演示法與綠色化學實驗課程教學有效結合才是當今時代提高化學實驗教學效果的最佳方法。
篇4
關鍵詞:有機化學教學;綠色化學;研究
“綠色化學”是化學界提出來的一種新觀念,主要特點就是經濟性和環保性,既要做到充分利用資源,同時又要實現“零排放”,不對環境產生任何污染[1]。將綠色化學滲透到有機化學教學中,在拓寬學生視野、知識面的基礎上還能使學生樹立環保意識。本文從有機化學教育中滲透綠色化學教育的重要意義著手,針對具體的滲透方法展開詳細的論述。
一有機化學教學中滲透綠色化學教育的重要意義
隨著經濟的快速發展和生活水平的逐步提高,當前社會環境污染問題越來越嚴重,人們對于綠色生活的呼聲也越來越高。在這種背景下,綠色教育也受到了社會、學校以及各級政府的重視,當前開展綠色教育的高校數量也在與日俱增,有機化學教學中也逐漸開始滲透綠色化學教育[2]。高校肩負著培養人才的重任,在培養目標上要以創新型、實用性人才為主,并且培養出來的人才要有可持續發展觀念,不僅要處理好人與人之間的關系,還要處理好人與自然之間的關系,能夠運用科學技術等手段使人和自然和諧相處。當前高校存在課時短、任務重等特點,這些特點導致綠色化學很難作為一門專業的獨立學科開進行教學。而有機化學是公共基礎課,在高校的開課面比較廣,將綠色化學滲透到有機化學課程之中具有可行性和現實意義。這樣不僅可以豐富有機化學教學內容,還能降低學生的學習負擔。化學老師在進行有機化學教學的時候,若是涉及到了綠色化學內容,可以進行針對性講解,并且適當加深和更新知識內容并對學生的思維進行拓展。在化學教學課堂上引用實例進行講解,不僅可以拓寬學生的視野和知識面,還能使化學教學內容活潑、生動、有趣,學生在不知不覺中接受了綠色化學教育。這種滲透式的教學方法,既不會造成課時緊張,又激發了學生的學習興趣,一舉兩得。
二有機化學教學中進行綠色化學教育的策略
(一)加強化學教材的建設
教材是教學的根本,也是學生學習的主要資料。在有機化學教學中進行綠色化學教學,首先要從教材著手。前文中也已經提到,在當前高校課時原本就緊張的情況下,單獨開設一門綠色化學專業不切實際,化學老師進行有機化學教學的時候,在涉及到綠色化學教育內容時可以針對這部分內容進行深入講解,因此,加強教材的建設應當作為滲透教學的第一步驟。“綠色化學”是化學界提出來的一個新觀念,這個領域的發展時間并不長,綠色化學的內容在化學教材中并未做具體詳細的闡述,很多有關于綠色化學的內容都并未在教材中突出來。因此,在有機化學教學中進行綠色化學教育,第一步就是調整化學教材。遵循綠色化學基本原則并以此為出發點,更新和選擇一些與綠色化學有關并且具有時代性的化學內容,例如洗滌劑無磷化、汽油無鉛化等,采用新技術和新試劑開發環境友好工藝[3]。舉個簡單的例子,在化學教材中,有一節內容是介紹烴類烷基化反反應,在這類反應中使用的催化劑一般是三氯化鋁和氫氟酸,這些催化劑屬于液體酸類,具有較強的腐蝕性,能夠腐蝕相關的化學設備,并且還會污染環境,對人體也有一定的危害。為了保護環境,降低污染和對人體的危害,近年來,國內外都在對新型催化劑進行研究,從超強酸、雜多酸以及分子篩等新型催化材料中對烴類烷基化反應的催化劑進行探索,并且已經取得的一定的成果。其中用生產線性烷基苯催化劑代替傳統的氫氟酸催化劑,可以有效降低環境污染,改善環境,目前已經實現工業化。還有一種乙苯液相烴化技術在化學界也引起了高度的關注,這種技術來自于新型分子篩催化劑,這種催化劑具有很高的選擇性,催化的壽命比較長,而且乙苯質量回收率比較高,據資料顯示,已經超過99.6%。類似這樣的綠色化學研究,將其整合到化學教材之中,就可以讓學生對綠色化學有了更清楚的認識,而不是僅僅停留在表面的認知上。化學老師在進行有機化學教學的時候,涉及到了這方面的內容,可以進行深入分析,讓學生了解到當前綠色化學的最新發展和最新成果,并且知道了新的應用方法和應用材料。除此之外,還可以在將綠色化學的一些基本原則等以專題化形式納入到化學教材的后面,豐富教材的內容。在教材的整改和編寫中,要實現教材內容由傳統化學到綠色化學的轉變,但是不能對傳統的化學采用完全否定的態度,而是采取“取其精華去其糟粕”的調整思想,將綠色化學中概念、原理和新思維有效凸現出來。
(二)精簡課堂教學內容
教學內容是決定課堂教學效率的關鍵因素之一。有機化學在高校無論是一門公共課還是一門基礎課,教材的篇幅和學時都會受到了一定的限制,化學老師在進行有機化學教學的時候滲透綠色化學教學,面臨著諸多挑戰和難以克服的困難。因此,化學老師要選擇合適的教學內容,并結合學生的專業,對化學教學內容作適當的調整,即精簡教學內容,讓學生學習到的化學知識都是有用的,能夠和專業其他學科實現有效整合。例如,園林專業或者農學專業的有機化學教學,農藥是有機化學中的重點教學內容,農業與園林和農學都是息息相關,因此老師可以將關注點放在這一方面,并在這方面教學中滲透綠色化學教育,對農藥知識進行深入分析。農藥的發展過程就是不斷降低副作用、提高藥效的過程。例如艾氏劑、六六六,這種毒藥的毒性可以不斷累積,內吸磷,這種毒藥有嚴重的急性毒性,還有二溴路丙烷、殺蟲脒等,這類毒藥有致癌作用。這些毒藥具有多樣性,而且在殺蟲方面也有一定的成效,但是對環境造成了嚴重的污染,對人體也有很大的危害,在全世界范圍內,已經被先后禁用。隨著科學技術的不斷發展,近十幾年,人們對于新型農藥的研究步伐也在不斷加快,并且取得了一定的成效。有一些生物活性很高的農藥,在殺毒的時候只是針對靶標,而對于非靶標的生物基本無害無毒,還有一些除草劑和殺菌劑等,也具有特別的作用機制,此外還有一些昆蟲生長調節劑,都是新型的農藥品種,這些新研發的農藥和試劑,既起到了殺菌殺蟲的目的,又無害于環境和人體。除此之外,化學防治概念也在最近幾年得到了重視,以前人們對于有害生物,采取消滅和殺害的態度,而現在更多的采取是控制措施,隨著綠色化學的研究發展,化學農藥也逐漸成為綠色農藥,可以被直接應用在綠色植物和相關的綠色農產品上。除了園林和農學專業,還有很多專業也涉及到有機化學教學,老師在教學有家化學教學的時候,要結合學生的專業實際情況對綠色化學教育內容選擇性滲透。還有一些專業的學生,例如獸醫、食品等,這些專業的學生很少涉及到這方面的知識,化學老師在教學過程中可以適當減少綠色化學的教學內容,采取少講或者不講的方式。對教學內容進行精簡,既可以讓學生學習到有用的知識,又節約了教學時間,提高了教學效率。
(三)采用合適的教學方式
教學方式在很大程度上決定了課堂教學質量,在有機化學教學中滲透綠色化學教學,適合采用誘導式和啟發式教學方式。當前的教育是以素質教育為主,老師不能采用傳統的灌輸式教學方式對學生進行教學,而應該將啟發學生思維作為主要的教學目標,對學生的思維進行啟發,指導學生自主探索,發現問題并解決問題,從而加深對綠色化學的認識。例如,在講解“原子利用率”這個綠色化學概念的時候,老師可以適當引入兩個案例,一個是利用現代催化氧化法制取環氧乙烷,還有一個是利用氯乙醇法制取環氧乙烷,通過讓學生比較這兩種方法制取環氧乙烷的優勢和劣勢,指導學生掌握“原子利用率”的基本概念。在講解類似酯縮合等縮合反應以及狄艾反應等加成反應時,化學老師可以讓學生對原子利用率進行計算,加深學生對“原子利用率”的理解,并學會用這一新型概念去體會有機合成中不同反應的環保意義和經濟價值。
(四)充分利用多媒體教學資源
相對于傳統的板書教書,多媒體教學擁有更多的教學優勢,化學老師可以利用投影儀和計算機等現代教學設備在課堂上進行教學,與傳統的黑板加粉筆相比,這種利用多媒體進行教學的方式能夠在同樣的時間內給學生傳遞更多的知識點,有效緩解高校課時緊的問題。除此之外,采用多媒體進行教學,可以將抽象的化學知識以圖片、視頻等方式立體化展現給學生,加強學生的理解,幫助學生快速消化,還能激發學生的學習興趣和學習積極性。
篇5
關鍵詞:分析化學 綠色化 重要性 原理 方法
隨著人類環保意識的增強,經濟發展越來越追求綠色化,而分析化學的綠色化旨在化學分析過程及技術設計過程中進行綠色化學原理的應用,以最大程度地降低分析化學對周圍環境所帶來的污染,因而是未來分析化學發展的一個主要方向,下文分別就分析化學綠色化的重要性、原理、特點及其方法進行了探討。
一、分析化學綠色化的重要性
作為我國的一項基本國策之一,環境保護一直都是分析化學研究人員環境科研的一個重要方向,特別是近些年來,隨著人們環保意識的普遍增強,分析化學作為環境污染排放的重要來源之一本身也越來越受到關注。例如液液萃取過程中所使用的有機溶劑中,有許多諸如二氯甲烷、氯仿及四氯化碳等等都具有極強的毒性,不僅會對環境還會對人體健康造成危害。再如某些氯代烴甚至會對大氣臭氧層造成破壞,這些明顯都違背了環境保護的宗旨。有毒溶劑的使用不僅危害了分析化學研究工作人員的身體健康,還大大增加了樣品測試的成本,有些溶劑的廢液處理也是一個棘手的問題。分析化學自上世紀60年代以來已經成為環境科學的重要的中心學科之一,不少環境分析化學研究工作人員都在從事著同環境樣品相關的分析化驗工作內容,以便于為環境科研、管理及其治理提供有力的科學依據。如今對于許多領域而言,環保活動及進步同分析化學的發展息息相關,只有通過分析化學相關技術手段才可以有效識別環境中污染物化及其代謝物的遷移過程或者所發生的形態變化,然后才能采取相應地措施對污染源進行有效地控制。由此可見,分析化學是大氣及水資源環境保護的基礎學科。
正是由于這些原因,近些年來相關研究工作者都致力于研究和發展綠色分析化學技術,盡可能少用甚至不用有污染的溶劑或其他有機化學試劑。作為綠色化學的一個主要構成方面,綠色分析化學已經成為分析化學未來發展的主要方向。
二、分析化學綠色化原理及其特點
近些年來,綠色分析化學的研究多數是圍繞著催化劑、化學反應、原料、溶劑及其產品綠色化等方面而開展的。因而無論是從原理上還是從方法上都為傳統的分析化學行業帶來了巨大的改變。例如,可通過新型化工方法或新產品的過程中運用原子經濟反應、無毒性原料、催化劑以及溶劑等實現化工的綠色生產過程,并通過所獲得的新型綠色產品為人們的身體健康、環境保護等方面帶來有利影響。
綠色分析化學研究的主要核心問題如下:一是確保所選擇的起始原料及其試劑的綠色化;二是確保所選擇的溶劑、反應條件及其催化劑的綠色化;三是確保所設計產品、目標分子及其化學品的綠色化和安全化。如今,綠色分析化學已經興起,其要求進行化學分析的整個過程中都必須始終將環境保護作為一個前提或目標,最大程度地減少甚至不產生環境污染物質,確保分析過程本身盡可能地減少或消除對環境的影響,這即為綠色分析化學的最主要特征。除此之外,綠色分析化學的另一個主要特征還表現在其過程分析中,通常來說,環境分析主要是出現了環境問題之后進行毒物的監測及其分類的過程,而分析化學則是將分析重點放在了化學過程當中,主要是通過傳感器的使用實現對整個化學反應過程監測的實時性,這樣可以了解環境污染物形成的全過程,進而即可實現對痕量有害環境污染物的有效控制,并從源頭上實現對污染物阻止的目的。整個化學反應過程中,若因溫度、壓力、原料劑量、時間改變進而導致污染物的形成,傳感器會及時地將整個過程的參數進行調整,這樣就可通過整個過程中參數的改變而實現對污染物產生全過程的有效控制,同時還提高了產品的質量極其純度。因此,綠色分析化學可以對污染物進行防治和即時控制。
三、分析化學綠色化的發展方法
通常而言,分析方法是通過精密度、靈敏度、準確度、分析的速度及其校準曲線線性范圍等等的多項指標來進行評價。對于分析化學的綠色化而言,除去上述指標之外,還需將其對于環境的影響程度作為首要指標進行考慮。
為了實現整個分析過程中分析化學綠色化的實現,必須將重點放在如何最大程度地減少甚至取消環境污染物的使用及其產生,可考慮如下方面:1)整個分析系統的微型化,這樣可以大幅度減少試劑及其載體的流耗量,實現污染的降低,還更加經濟。2)對于不得不使用大量樣品進行分析的系統而言,可借助于數理統計及化學計量學等理論,盡可能實現對采樣點數目優化的目的,這樣就可以最大程度地減少分析過程中測量的次數及其相關試劑的使用量,實現減少環境污染物使用的目的。3)通過試劑固定化等技術實現非消耗性及微消耗性等試劑的重復使用,這樣即可大幅度減少有害試劑的使用量及其有害物產生。4)通過無毒無害試劑的使用,例如,超臨界流體的開發,尤其可以將超臨界二氧化碳流體作為溶劑,其不僅具有常規流體都具有的良好的溶解性,同時還擁有氣體所具有的相當高的傳質速度,因此,借助于這種無毒無害的試劑即可實現原有毒性有機化合物的替代。5)將某些無試劑新型分析化學技術,諸如超聲、微波等技術等應用到分析化學的過程當中去,例如超聲萃取法、微波萃取及其消解等方法;6)有些待分析樣品組成相當復雜,因而測定過程中不可避免會有干擾的出現,此時可以借助于儀器掩蔽法來實現對原有化學掩蔽法的替代,例如,可通過借助于導數以及雙波長分光光度法,結合零交技術及其等吸收點法,即可在完全無任何化學試劑條件下實現對干擾的消除;7)若很難完全取代有毒試劑時,應盡量采用微型化或者使用具有較小毒性的試劑對由原有的大毒性試劑進行替代,例如,將有機相的測定方法改變為水相測定方法,以最大程度減小分析過程中自身對于環境所帶來的影響。事實證明,分析化學綠色化最基本的要求及其特征已經在如今的一些分析方法中體現了出來,例如固相萃取技術、高壓流體萃取技術、固相微萃取技術、微型液-液萃取技術、免疫分析技術、x射線熒光金屬分析技術、超臨界流體萃取技術、自動索格利特萃取技術、微萃取技術、揮發性有機化合物真空蒸餾技術及其表面聲波測定技術等等,此類方法都是在測量、監測及其識別過程中,對過程中所用試劑及其所產生的產物進行控制,以最大程度地減少環境污染物的釋放,因而沒有造成不良的環境污染問題,所以應盡可能采用此類綠色分析化學方法進行分析。如今,分析化學正朝著綜合性邊緣學科方向發展,隨著物理學、數學、電子學及激光技術、微波技術、分子束及計算機等的不斷發展,為新型儀器分析方法奠定了基礎,并為進一步實現綠色分析化學的發展提供了良好的技術及其方法支撐,如激光技術已經用于了光譜分析中,并形成了多達數十種方法,有些相當快,可實現瞬態分析。
四、結論
作為可持續發展戰略的一個重要方面,綠色分析化學是解決未來環境保護及其資源短缺問題其中的一個根本出路。因此,必須制定一系列鼓勵政策以支持綠色分析化學的發展,在新分析方法及其技術設計手段中應用綠色分析化學原理。分析化學綠色化的發展逐漸朝著微型化和儀器化方向進行發展。但是,應當了解的是我國如今的分析化學儀器制造科研力量仍相對較弱,因此必須以戰略眼光對待綠色分析化學的進一步發展及其教育,結合我國國情,注重分析化學綠色化的研究,積極探索綠色少污染甚至無污染的分析方法及其技術,并將其應用到實際的分析檢測中。
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篇6
在高校化學教學中,綠色與可持續性教育非常重要,并且逐漸成為化學教學教師的共識。本文指出了當前高校化學教學存在的問題及特點,并且深入剖析了綠色與可持續性化學教育的滲透和具體滲透措施,并將學科知識轉變為實踐能力,創新化學人才培養模式。
關鍵詞:
綠色;可繼續性;高校化學
0引言
高校化學教學過程中,綠色與可持續性教育能夠培養學生的環保綠色能力以及可持續發展能力,并且善于發現有價值的新方法、新事物以及新知識,掌握基本規律,具備相應能力。其次,化學在當前的社會發展過程中發揮著重要作用,當然,化學對環境的影響也備受矚目,如何正確應用綠色化學已是當前重要的化學教學組成部分。
1當前高校化學教學存在的問題及特點
1.1高校化學教學存在的問題
縱觀如今高校的化學教學,均普遍存在以下幾方面的問題:缺乏創造性、重結果輕過程、重智輕能等,盡管倡導學生積極獲取知識,但是實際教學過程中依舊難以擺脫教師為中心的現象。化學教師不僅僅決定學生的學習,還對存在差異的學生盲目用統一標準評價,不利于發揮學生的主動性,也有悖于素質教育的要求。
1.2高校化學教學特點
一般而言,高校化學的主要研究對象包括有機物和無機物的變化規律、性質、結構、組成,并且在高校的自然科學領域中有極其重要的地位。化學和人們的日常生活息息相關,比如科學技術、工業生產、農業生產、醫療衛生以及衣食住行等領域均發揮著重要作用,所以,高校化學教學需要重視物質結構,并且將“化學與生命”、“化學與材料”以及“化學與生活”等[1]內容有機滲透到教學過程中,并且摒棄傳統“純化學”模式,促使不同層次的學生主動的融入到實踐學習中,并且在積累知識的同時能夠鍛煉技能和方法,為終身教育奠定良好的基礎。化學的本質在于實踐性和真實性,學生在學習過程中利用自身的體驗與感悟,內化價值感和情感態度,尊重和理解化學的本質,全面提高學生的科學素質。
2綠色與可持續性化學教育的滲透措施
(1)實現環保課程模塊的構建。
傳統化學教育中極少會涉及到生態環境的保護及資源開發的效率,因此,學校改革人才培養方案時,需要著重實現環保課程模塊的構建,并且將其作為工程專業的選修課,培養學生“綠色環保”理念[2]。
(2)優化課程體系。
利用新型的生產工藝和生產技術融入傳統產業技術的創新和改造,實現緩解和改善社會發展過程中經濟發展和環境保護的矛盾。因此,學校應當縮減高污染和高能耗的傳統專業課程,并且重視清潔生產工藝及最新生產技術的課程等,為實現經濟綠色發展奠定人才基礎。在有機反應中絕大多數物質反應均在官能團上,有機物“成鍵”和“斷鍵”規律至關重要,例如氫氣和烯烴反應,其本質便是烯烴官能團中碳碳雙鍵共價鍵破壞后各加一個氫原子。通過此原理,以此類推,便能夠方便快捷的了解氫氣和烯烴的加成反應方程式。當然,如果根據烯烴加成后反應后產物推出原碳碳雙鍵可能位置則更好。
(3)更新教學內容。
為了提高學生的社會責任感及環保意識,學校應將綠色環保內容有機融入當前教學內容中,并且在實際教學過程中,整合生產技術和生產工藝對生態環境影響的案例,并且統籌分析關于化學專業的法律法規。例如制備ZnO納米材料[3],列舉影響納米粉顆粒的條件:攪拌速度、滴加速度、滴加順序、反應溫度以及反應物濃度等,選擇其中的一項或幾項,將其設置為可控制變量,利用實驗對其予以實驗分析,通過固體漫反射光譜及激光粒度測定等方法探析制備ZnO納米材料的最佳條件,繼而培養高效學生的化學研究思維。
(4)創新實踐教學。
與企業深度合作,將“環保綠色”理念滲透到實踐教學過程中。學習專業化學前,學校應安排為期一周的“環保知行周”,促使學生明確關于生產工藝和生產技術對環境造成的影響,企業實習過程中,應當加設環境保護的實踐內容,畢業設計工程中,學校應當對學生開放工程學院的實驗室,讓學生更加深入了解化學專業有關的污染治理措施以及環境工程設計等方面的知識。
(5)促使“產學研”合作。
為促進環保產業發展,學校應整合電氣、機械、材料、化工以及環境等學科的科研團隊,并且提高“產學研”的合作力度,為環保企業主動服務,秉承“綠色環保”理念,探索出具有綠色化學教育的創新模式。
(6)立足于生活實際。
化學原理教學應當立足于生活實際,并且緊密圍繞生活現象進行解釋,在實際教學過程中,可以創設生活情境,旨在學生可以簡單理解并且利用,減弱知識的系統性,降低學習難度,擴寬學習廣度,促使學生能夠在有限的時間內獲取有價值的化學信息。目前,化學在農業現代化、新材料制作、藥物合成以及環境污染治理中起著重要作用,所以化學專業教學時要結合生活實習,引導學生的學習興趣,正確分析有爭議的生活現象,比如“蘇丹紅”事件,教師介紹食品添加劑過程中不僅要說明其如何提高食物的色香味,更要分析其化學性質和成分,讓學生用辯證的思想了解化學品并且合理利用,最后通過化學方法將其予以改良。例如從洗衣粉中引出問題:什么是“酶”?有什么作用?隨后將學生分成小組,小組間進行實驗探討。用1/2/3標明3支試管,并且滴入2mlH2O2溶液,試管1為對照組,試管2/3分別置入火柴及豬肝小塊。實驗現象:試管1無現象,試管2少量氣泡,試管3大量氣泡。教師詢問:氣泡中含有氣體?如何鑒定?小組間討論后給出實驗方案,試管加蓋,收集一定氣體后置入快熄滅的火柴。結果:快熄滅的火柴會重新燃起,化學反應式如下:2H2O2=O2+2H2O討論:火柴和豬肝均具有催化作用,且豬肝催化作用高于火柴。豬肝的催化物質稱為過氧化氫。
3總結
綜上所述,綠色化學是當今時展的主流,更是消除污染、保護生態環境重要途徑,高校化學教學中,要重視創新的教學形式和表現方法,重視學生個體,促使綠色與可持續化學的教學質量。
作者:王桂林 單位:運城學院物理與電子工程系
參考文獻:
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“綠色化學”可以詮釋為環境友好化學,它的核心是指在反應過程中和化工生產中,盡量減少或徹底消除有害物質的生成.作為化學教育工作者,有責任將綠色化學知識自然生動地滲透到化學教學中,培養學生以“科技與社會”之間和諧發展為基礎的道德、倫理和科學價值觀,讓學生牢固樹立起綠色化學和環境保護的意識,并關注綠色化學,推動綠色化學事業的發展.
在教學中,為了更好地滲透“綠色化學”理念,可以從以下幾個方面嘗試.
一、立足課堂,滲透綠色化學知識
化學學科的特點,決定了化學教育在培養學生環保意識中占有重要地位.它同物理、生物等都是對學生進行環保教育的主要學科.許多污染物的成分、特性、形成過程、對人類生產生活的危害以及如何防治等,都與化學教學內容有著密切的聯系.初中、高中化學教學課標中也明確提出,化學教育應培養學生關心自然、關心社會的情感,對學生進行環境保護意識的教育.我們應立足課堂,充分挖掘教材中的環保知識內容,采取滲透的方式,適時適當地將其穿插在有關知識的教授中,“潤物細無聲”,讓學生增強環保意識.
二、立足實驗,培養綠色化學習慣
化學是一門以實驗為基礎的自然科學,實驗是化學教學的重要環節,也是進行綠色化學教學的最好時機.新教材更注重學生實驗能力的培養,增加了學生自主探究實驗.化學教學可以立足實驗,培養學生綠色化學習慣.
1.改進某些教材實驗,消除實驗污染源
教師可針對某些造成環境污染的實驗進行改進,引導學生思考改進的目的和改進的方法,通過改進增強學生的環保意識.
2.精心整合教材實驗,減少污染次數
例如,在無機化學學習中, 多數教師和學生所做的實驗,均為“一個實驗只用來說明物質的某一個性質”,要想完整地學習某一物質的整體知識,就必須通過若干個這樣的單一實驗來進行.這樣做不僅多損耗了藥品,浪費了時間,而且還增加了有毒物質擴散到環境中的機會.組裝整合實驗后,就可以較好地解決上述問題.
3.推行微型化學實驗,控制環境污染
微型化學實驗與常規實驗相比具有節省實驗藥品、實驗現象明顯、污染程度低或沒有、安全等優點.開展微型化學實驗充分體現了現代綠色化學教育觀念.
微型實驗也可以用廢棄的物品開展實驗.
4.開發原子經濟性反應,選擇合理物質制備路線
原子經濟性反應是綠色化學的重要內容之一,這一反應已成為現代合成化學中人們關注的熱點.原子經濟性反應是原料分子中的原子百分之百地轉變成產物,不產生副產物或廢物,實現廢物的“零排放”. 綠色化學的原子經濟性的反應有兩個顯著優點:一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地減少了廢物的排放.在新課程教學過程中可以借助一些實驗方案評價與設計類試題為學生逐步滲透綠色化學理念.
三、立足課外,提高學生綠色化學素質
1.專題講座
對教材中講的少而對環保具有重大意義的內容,可以以專題講座的形式向學生介紹.專題內容如酸雨的形成、危害以及防治,傳統有機溶劑的危害及綠色溶劑,赤潮和水華現象及形成的原因……通過這些信息的介紹,使學生從自身做起,節約用水、少使用一次性餐具、少用化學用品,以減少污染,為保護環境而改變生活習慣.
2.通過化學課外興趣小組,開展環境保護活動
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關鍵詞:中職;綠色化學;化學學科
一、綠色化學在中職化學教學中滲透的意義
(一)貫徹綠色化學的核心理念
隨著人類生存環境逐年遭到破壞,人們逐漸意識到了可持續發展的環境對以后生活的重要性,這也是發展綠色化學的重要目的。如何更好地將綠色理念滲透中職化學教育中,將是未來學校和教師共同面臨的實際問題。因此教師應把綠色理念應用于基礎知識和技能的傳授中,讓學生能夠把綠色化學思維貫穿于整個專業的學習,以便更好地在以后的工作中將綠色主題應用于實踐。伴隨著科學和社會經濟的發展,人們已經不僅僅追求物質上的滿足,更多的是希望生活質量的提高。人們關注綠色、可持續的能源和材料,可持續可循環將是當今社會發展的必然趨勢,因此,綠色化工的工業理念勢在必行[1]。對于我國來說,存在資源缺乏、生態失衡等問題,推廣綠色化學工業已經迫在眉睫。所以教師應該大力推廣綠色的工業模式,提升學生的社會責任感和創新理念,這是素質教育倡導的重要教育思想。作為國家未來的技術人員,關注人類生存發展的化學問題,提升中職學生的綠色環保意識,對化學化工的創新思維進行專項的教育訓練,有利于讓學生從科學的角度對綠色化學有深刻的認識,發揮技術人才的優勢,降低化工行業的危害,從而使綠色化學能夠可持續發展。
(二)提高學生的環保意識
綠色化學和環境保護有著密不可分的聯系,是社會實現可持續發展,防止環境破壞的重要理念。作為以后社會的建造者,學生應從根本上認識到綠色化學對于化工行業的意義,提高自身環保的意識,提高對中職化學學科的學習熱情。教師可以通過對教學內容的研究解讀,利用化學知識中蘊含的生活元素,合理地添加綠色知識的教學,這有利于調動課堂氣氛,對于學生學習和探索化學奧秘有著深刻意義。教師還可以利用社會熱點、生活經歷等學生感興趣的話題和現象,讓學生發現和探索其中的綠色化學因素,從而更好地運用身邊的事物對知識進行理解,更清楚地理解可循環和可持續發展的工業發展理念。通過師生互動的教學方法讓課堂的氛圍得到充分的調動,還能讓學生對知識的探索欲望得到激發,學生通過對知識點的提問和探討,產生主動了解綠色化學的熱情。
二、綠色化學在中職化學教學中的滲透
(一)利用實驗教學滲透綠色理念
中職課堂教師要注重培養學生的動手能力,對于化學學科更是如此。化學本身有著深奧抽象的專業特點,需要教師利用大量的化學實驗引導學生從本質上學習理論知識。同樣,在中職化學教學過程中,教師可以通過結合實驗的方式,將綠色化學理念滲透給學生。教師在不降低實驗效果的前提下,合理地減少化學物質和能源的用量,同時采用通風通氣等裝置,避免實驗產生的不良氣體污染和傷害,對實驗產生的有害氣體要注意收集,避免造成污染的同時能實現再回收利用,以此讓學生的綠色化學意識不斷強化,讓學生在學習的過程中認識綠色化工生產的重要性。同時教師可以利用社會實踐活動,定期帶領學生參觀化工廠,讓學生了解工廠的生產理念和存在的不足,并針對綠色化學的先進技術和缺點進行總結。教師還可以組織學生開展環保宣傳活動,提高學生環保意識的同時加強學生的動手動腦和溝通能力。學校定期開展環保主題的討論,讓學生主動參與課堂教學中來,也可以利用評比等形式展開環保教學,讓學生從身邊的小事學習到環保知識,并明確綠色化學的重要性[2]。
(二)利用多媒體滲透綠色化學知識
隨著科技的發展,多媒體互聯網技術應用到教學事業中,利用投影、幻燈片、視頻動畫等方式,提高了教學質量,引發學生對綠色化學知識的興趣。在化學課堂上,教師利用多媒體課件中的視頻及動畫效果,可以有效地解決教學中出現的難點,而對于大多數中職學生的化學基礎不是很好的情況,如何重拾起學生的學習興趣和對化學學科的熱情將是教師要研究解決的問題。究其原因是學生對化學科目里涉及的一些抽象知識不能理解性記憶,靠死記硬背又不能將知識運用到實際中去,所以如何讓學生通過理解的方式記憶知識成為中職化學教學的難點。運用多媒體等方式對化學實驗和習題進行講解,讓多媒體作為輔助教學,學生能夠更清晰地觀察到實驗的過程和結論,解除了一些化學實驗帶來的危險性。并且有些化學實驗的現象不明顯且反應速度快,不能很清楚地觀察到實驗的本質,所以教師采用多媒體的方式將化學過程清晰完整地展示在學生面前,活躍了課堂的學習氣氛,激發了學生的思考能力,提高了課堂上的互動性。教師要注意增加學生討論研究的環節,不要一味地采用灌輸式的教學方式,應該讓學生從不同的視角進行討論總結,鍛煉學生的語言表達能力和總結歸納能力。教師要將綠色化學理念和現今學生個性相融合,要鼓勵學生敢說敢做不怕錯的探索創新精神。多媒體技術教學有利于激發學生的學習興趣,利用多媒體的獨特和新穎的特點培養學生主動學習的欲望,把原本枯燥難理解的知識點轉化為有趣又簡單的動畫形式,進而將學習過程變成了一種樂趣[3]。教師可以通過鮮明逼真的畫面,形象地展示模擬的化學現象,讓學生更清晰地觀察到化學反應產生的有害物質,從中懂得綠色化學展開的必要性。
(三)通過化學習題滲透綠色理念
教師在化學課堂上要結合習題進行所學知識的鞏固教學,在習題鍛煉中滲透綠色化學的概念。教師在選擇習題和布置作業時候,要選擇和綠色化學相結合的、有代表性的題目,對題目進行加深和擴展,解除學生做題時枯燥乏味的感覺。通過加強習題的鍛煉,引導學生主動對身邊的化學現象進行觀察探索,發現周圍化工廠存在的環保問題,從而鍛煉了學生自主的觀察和動腦能力[4]。對于生活周圍存在的綠色化學缺陷,教師應讓學生自主設計解決方案,通過討論交換彼此的意見,然后教師在講解過程中滲透綠色化學的概念,這樣既鍛煉了學生的思考和表達能力,還將綠色化學知識在生活中得到鍛煉,讓學生更好地體會到環保的重要性。
篇9
關鍵詞:綠色化學;有機化學;教學
中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)51-0250-02
一、引言
“綠色化學”又稱環境無害化學、環境友好化學、清潔化學,是設計研究沒有或盡可能少的環境負作用,并在技術上、經濟上可行的化學品和化學過程,包括原料和試劑在反應中的充分利用。它是實現化學污染防治的基本方法和科學手段,是一門從源頭上阻止污染的化學。綠色化學適用各種化學領域,是用化學的技術和方法去減少或消滅那些對人類健康、社區安全、生態環境有害的原料、催化劑、溶劑、試劑和產物、副產物等的使用和產生。
有機化學是化學的重要組成部分,有機化學實驗是高校化學化工、環境、醫學、農學等專業重要的基礎課,對學生掌握有機化學知識,培養思維能力有著十分重要的作用。有機合成化學實驗中使用的許多試劑、溶劑、催化劑以及排放的廢料,都易對環境產生污染,影響實驗者的健康,所以在有機化學實驗教學中實行綠色化學教育,培養學生的綠色化和環保意識有十分重要的意義,也是高校有機化學實驗教學改革的重點,因此,實現有機化學實驗綠色化教學勢在必行。作為多年從事有機化學實驗教學的教師,結合實際教學情況和體會,對有機化學實驗的綠色化,提出了一些想法,并進行了初步的實踐。現將我們在有機化學實驗教學過程中的一些經驗總結如下。
二、合理設計實驗,體現綠色化學思想
在保證達到實驗教學目的和使學生能夠掌握基本操作技能的前提下,有機化學實驗要盡力遵循綠色化的途徑。實驗內容應盡量選用毒性小、廢棄物少、污染輕的實驗。例如:“己二酸的制備”實驗,可以采用高錳酸鉀替代硝酸做氧化劑,避免實驗中產生大量有毒的氮氧化物氣體和使用硝酸帶來的強腐蝕性。又如:利用液溴制備溴苯的實驗,液溴有毒,腐蝕性大,可以選用低毒高活性的溴化劑N-溴代丁二酰亞胺代替。
三、綠色化學理念在實驗過程中的滲透
我們在有機化學實驗教學中盡可能地實現實驗內容的綠色化,注意培養學生的綠色化學意識。結合學校的實際情況,合理選擇有機化學實驗內容,不選用苯、甲苯、二氯甲烷、硝基苯、苯胺等毒性較大的試劑作為溶劑、原料和產品進行實驗。總之,在有機化學實驗的操作過程中,要把綠色化學的理念貫穿到整個有機化學實驗的教學之中。
(一)試劑的選擇
時至今日,人們己形成了一種固定思維模式,習慣地將有機反應放在溶劑中進行。在傳統的有機合成中,有機溶劑是最常見的反應介質,因為他們能很好地溶解有機物,保證物料混合均勻和熱量交換穩定,但有機溶劑的毒性和難以回收又成為對環境造成污染的主要因素。隨著綠色化學的發展,新的綠色合成技術和合成方法不斷涌現,這為有機實驗的綠色化提供了很多有效途徑。近年來無溶劑、綠色溶劑(離子液體、超臨界流體、水)在有機合成中的應用得到了空前的發展,這些手段對于加快反應速度、減少能耗、減小污染有很重要的作用。
1.無溶劑的化學合成。在過去的近30年中,無溶劑化學合成得到很大發展。在合成中通常需要使用一些助劑,如催化劑或固體載體,也可能用到光、研磨、微波加熱和超聲波等方法。例如:苯基環己酮與查爾酮的Michael加成反應,可以使用溴化四丁胺為催化劑,在室溫下用研磨的方法合成。又如:2-苯基四氫喹唑啉的合成,可以在無溶劑條件下由2-氨基苯胺與苯甲醛的縮合,轉化率很高。
2.選用水為介質的合成。以水為介質的有機反應是“與環境友好的合成反應”的一個重要組成部分。水相中的有機反應具有許多優點:操作簡便、安全,沒有有機溶劑的易燃、易爆等問題。在有機合成方面,可以省略許多諸如官能團的保護和去保護等的合成步驟。水的資源豐富,成本低廉,不會污染環境,因此是潛在的“與環境友善”的反應介質。
3.選用綠色溶劑的化學合成。綠色溶劑被認為是綠色化學中很有前景的一類反應介質,尤其是離子液體。離子液體的研究是近年來綠色化學領域的研究熱點之一,室溫離子液體是一類特殊的液體熔融鹽,具有優良的物理化學性質及可修飾、調變的陰陽離子結構,且可循環使用,被認為是替代常用揮發性有機溶劑的新型綠色溶劑。近幾年來,離子液體作為一種綠色溶劑及催化劑在有機合成中發揮了獨特的作用,受到人們越來越多的關注。因此,在離子液體中進行有機反應成為化學研究的一個重要領域。例如:在芳醛與丙烯酸甲醋的不對稱Baylis-Hillman合成反應中,用季銨鹽型離子液體作為溶劑,產率很高。又如:在離子液體中進行的Suzuki交叉偶合反應與傳統方法相比具有諸多優勢:少量的催化劑即可使反應活性明顯提高;無副產物產生,產物純凈且容易分離;反應可以在空氣中進行,產率不降低,催化劑不分解;催化體系可以重復使用。
(二)積極開展微量或半微量實驗,減少試劑消耗和污染
傳統的常量實驗具有現象明顯、操作方便的優點,但消耗多、污染大,不利于環境友好。微量或半微量實驗推廣已有十幾年,逐漸引起各國化學教育界的廣泛重視,已成為國際趨勢,成為化學實驗改革的方向之一。目前我國已有數百所大中學校開始在化學教學中采用微型實驗,取得了很好的社會與經濟效益。微型化學實驗主要有以下幾方面的特點:節約藥品、節省能源、降低實驗成本;實驗迅速;減少環境污染,避免不安全隱患;能激發學生學習的興趣,提高學生實驗技能。例如:2-甲基-2-己醇的制備、乙酰乙酸乙酯的制備、肉桂酸的制備等實驗,按照實驗教材藥品用量的■進行實驗。在同樣可以達到實驗目的同時,減少了廢棄物的排放量,保護了環境。總之,微型化學實驗不僅有利于培養學生的創新能力、提高教學質量,也有利于師生的身心健康以及培養環保意識和綠色化學的理念。
(三)綠色催化劑的選擇
催化劑在化學合成中起著十分重要的作用,每種新型催化劑的發現及催化工藝的研制成功,都會引起化學工業的重大革新。綠色催化自然是綠色化學研究的另一個重要內容。少量、高效催化劑的加入可以大大加快反應的速率、提高反應的選擇性及降低副反應的產生。綠色催化劑還應該具備清潔無毒和可循環使用的特點。目前有機合成中使用的綠色催化劑主要包括固體酸、固體堿、晶格氧選擇氧化催化劑等非均相催化劑以及生物催化劑(酶催化劑)。例如:在傳統的有機合成中,烷基化、酯化、水合、酰化、烴類異構化反應一般使用氫氟酸、硫酸、三氯化鋁等液體酸催化劑,這些催化劑在工藝上難以連續生產,不易分離,對設備腐蝕嚴重,危害人體健康,產生廢液廢渣,污染環境。而我們可以選擇分子篩、雜多酸、超強酸等新型催化劑。又如異丁烷與丁烯的烷基化反應原來使用氫氰酸或硫酸作催化劑,現在可用新開發的負載型磺酸鹽/SiO2催化劑代替。
(四)目標產物的綠色化
綠色產品,應具有合理的使用功能及使用壽命,產品易于回收、利用和再生,在使用過程中和使用后不會危害生態環境和人體健康,報廢后易于處置,在環境條件下容易降解。在有機實驗中聯系實際,如目前大量使用的聚苯乙烯發泡塑料快餐盒,使用以后成為垃圾,在自然條件下,需數百年才能降解,對環境帶來嚴重的影響。為了加速它的自然降解,我們生產時可以在其中加入光敏劑、化學助劑等,使其在使用后幾個月內即分解成無害物質。
(五)廢棄物的回收利用
有機化學實驗過程中使用的有機溶劑,一般毒性較大、難處理,隨意倒掉這些有機溶劑,不僅對環境造成嚴重污染,還會造成藥品的浪費。基于綠色化學原則,處理這些有機溶劑,應進行重新蒸餾后利用,或在實驗中重復再次使用。對于在實驗過程中產生的有毒物質也要積極處理,例如:在制備正溴丁烷的實驗中會產生腐蝕性氣體溴化氫,要使用氫氧化鈉溶液進行吸收處理,對水銀溫度計破損灑出的汞認真進行收集,并撒硫磺粉進行處理,盡可能減少對學生的危害。對于某些數量較少、濃度較高確實無法回收使用的有機廢液,可采用活性炭吸附法、過氧化氫氧化法處理,或在燃燒爐中供給充分的氧氣使其完全燃燒。對實驗中產生的廢酸、廢堿,要指導學生倒入相應容器中,經中和至近中性(pH=6-9)時方可排放。通過有機化學實驗綠色化實踐,有效地做到實驗藥品循環使用,減少環境污染,使綠色化學教育在實驗教學中對學生起到潛移默化的作用,提高了學生的環保意識。
(六)多媒體在有機實驗教學中的應用
隨著科技的發展和計算機普及,多媒體已成為化學實驗教學發展的趨勢和必然,將多媒體技術引入實驗教學,對提高學生化學實驗操作技能和對實驗的理解起著重要的作用。例如:像易燃易爆等危險性較大的實驗、毒性較大且不易控制的實驗,可使用多媒體教學輔助手段來代替此類實驗,既保證了學生的安全,保護了環境,又達到了良好的教學效果。例如:在制備亞磷酸二苯酯的實驗中,反應出來的粗品需進行減壓蒸餾,如反應瓶溫度達到250℃,體系中存在微量的氧,亞磷酸將會冒煙,發生爆炸。
四、學生綠色化學意識的加強
我國綠色化學教育還處于起步階段,但化學實驗綠色化已經成為化學教學改革發展的必然趨勢,將成為培養學生的綠色化學觀念和創新能力的重要途徑。有機化學實驗教學不僅需要培養學生的基本化學實驗技能,同時應把綠色化學思想融于實驗教學之中,讓學生了解綠色化學,樹立起綠色意識。
實踐證明,在有機化學實驗教學中滲透綠色化學教育是可行的。
參考文獻:
篇10
關鍵詞:新課改 高中化學 綠色化學 教育理念
新課改進一步提升了“綠色化學”教育理念的地位。面對綠色化學新理念、新要求,如何結合當前的素質教育和創新教育,把綠色化學理念貫穿于高中化學新課程教學的全過程中,是一個非常值得我們深思的問題。
一、在課堂教學中滲透綠色化學理念
1.剖析教材內容(知識點),尋找結合點,滲透綠色化學理念。教材是教學過程中知識的載體。在我們目前所用教材中,涉及了許多有關環境保護、綠色化學的知識點,比如環境污染、三廢、大氣污染物、酸雨、溫室效應、光化學煙霧、固體廢棄物、重金屬污染等,緊密聯系生活實際,強調走綠色化學之路的必然性和重要性。
2.結合綠色化工原理,正反對比,凸顯綠色化學理念。化學教師的綠色意識是綠色化學走進課堂,潛移默化地傳遞給學生的前提,在課堂教學過程中,以目標物質在化工生產中的某一作用為切入點,通過尋找替代物質,并進行有針對性的對比,用事實凸顯綠色工藝的優勢。例如在介紹氯氣的化學性質及其用途時,可以對比雙氧水,在造紙工業中對于紙漿的漂白,雙氧水等綠色氧化劑將逐漸取代氯氣。因為使用雙氧水做漂白劑,不會產生一些含氯的有毒有害物質,對環境比較有益。
二、在化學實驗中踐行綠色化學理念
化學是一門以實驗為基礎的科學,而化學實驗往往存在“三廢”的問題,面對綠色化學的新理念,我們可以從以下幾個方面入手。
1.化學實驗微型化。化學實驗微型化是在滿足獲取化學信息目標的前提下,對化學實驗進行重新設計與探索,使其盡可能減少化學試劑的用量。儀器裝置小、化學試劑用量少是微型化學實驗的兩個基本特點。微型化學實驗的試劑用量一般只為常規實驗用量的幾十分之一乃至幾千分之一,能改善實驗室環境,大幅度減少實驗室空氣和水體的排放污染,具有操作方便、節約藥品、減少污染的優點,代表了綠色實驗發展的方向。對氯氣的性質實驗進行改進后,可以將氯氣的制備通過漂白液與稀硫酸在培養皿中反應制得,此反應生成的氯氣迅速擴散到培養皿中的其他液滴里進行反應,具有生成的氯氣量少、環境污染小、實驗效果明顯,且可同時驗證多個性質的優點。
2.化學實驗操作規范化。化學實驗操作有非常嚴格的標準,比如藥品的稱量、試劑的取用、三廢的處理等等,各個操作步驟必須嚴格按照標準來進行,否則,不但會造成藥品、能源的浪費,污染環境,有時候還可能會發生比較嚴重的實驗事故,給師生的人身安全及生活環境造成比較大的傷害。比如在進行化學實驗時,實驗“三廢”必須嚴格按照標準無害化處理后排放。通過規范化的實驗操作,培養學生的安全意識和綠色化學意識。
3.化學實驗藥品無害化。進行化學實驗的目的是為了更直觀地將一些實驗現象或實驗原理展示給學生,培養學生通過實驗探索科學、獲取知識的興趣。能展示同一實驗原理或實驗現象的化學試劑可能并不唯一,通過對實驗步驟或反應途徑進行設計,盡可能選擇一些對環境友好的原料、催化劑等。比如我們常用白磷來展示“自燃”這個實驗現象,但有很多缺點,白磷毒性較大,且產物對環境污染也比較嚴重,此時我們可以用Mg2Si水解產生的SiH4在水面上自燃代替白磷,實驗過程無毒無污染,體現了綠色化學的理念。
4.“三廢”處理標準化。“三廢”處理是化學實驗過程中的重要組成部分,針對“三廢”種類的不同,處理方法多種多樣,但“無害化”是共同的標準。在實驗過程中,作為教師應積極引導學生將各種廢液、廢渣按照處理方法不同,分門別類倒入各自的回收容器內,然后采用相應的處理方法,比如中和、分解、吸收、燃燒、回收循環利用等對其進行處理。
5.計算機輔助模擬高危實驗。個別化學實驗在操作過程中涉及到的有毒有害物質比較多,或危險系數比較大(易燃、易爆等),既對環境造成的污染比較大,又給師生身體安全及健康帶來極大的危害,這些與綠色化學的目標和原則相違背,在這種情況下,采用計算機模擬就顯得尤為重要。利用計算機技術對實驗原理、實驗設備、工藝流程進行模擬,使學生在仿真操作過程中有一種身臨其境的感受,這樣既有助于學生理解、掌握理論知識,又減少了“三廢”污染。
三、在課外實踐中延伸綠色化學理念
化學是一門與生活聯系緊密的科學,讓學生將課堂上所學的化學知識融入到生活當中,培養學生利用化學知識發現、解決生活中各種問題的能力,利用課外活動和社會實踐來延伸學生的綠色化學理念。
1.設計實踐性調研課題,調動學生求知的積極性。利用假期時間,帶領學生調查本地區生活垃圾的分類、回收及循環利用的問題。比如廢舊電池是如何處理的,如果處理不當會給我們的生活帶來怎樣的危害;家用洗衣粉的常用品牌、主要化學成分、對環境有何影響;“白色污染”的來源及可行的解決方法等,通過這些與化學有關的社會生活現象,讓學生自己發現問題,提出自己的看法或解決方法,調動學生學習化學的積極性,樹立正確的、綠色的化學理念。
2.開展綠色化學專題活動,引導學生樹立綠色化學意識。邀請相關專家進入校園舉辦有關綠色化學的知識講座、科普宣傳等,并結合化學競賽、化學板報,積極引導學生樹立綠色化學的意識,同時,也可以組織學生對身邊的一些污染現象進行調查,比如生活垃圾、造紙廢水等,明確這些污染物的產生、危害及處理方法,使學生在課堂所學的化學知識進一步得到深化,培養其學習化學的濃厚興趣,增強實踐能力,最終提升學生的綠色化學理念。
四、結束語
總之,綠色化學是未來化學發展的必然趨勢,也是我們人類生存、與自然和諧相處的根本保證,而高中教育是圍繞全民族素質提高進行的教育,在高中化學教育中引入綠色化學的理念,使學生樹立牢固的綠色化學觀,引導他們成為有責任感的新時期社會主義接班人,對于中華民族的可持續性發展,具有非常重要的意義。
參考文獻:
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