绿色化学特点范文
时间:2023-11-17 17:20:30
导语:如何才能写好一篇绿色化学特点,这就需要搜集整理更多的资料和文献,欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文,供你借鉴。
篇1
初中化学是化学学习的启蒙,要让化学更好地发展,必须让最先进的理念走进寄托化学发展之希望的初中学生的心灵。化学最先进的理念是什么呢?是绿色化学。如何让它走进学生的心灵呢?
第一,必须让学生从理念上认识绿色化学,体会到它的时代必然性和优越性。
自从化学成为一门独立的学科之后,化学家们己创造出了许多自然界中不存在的物质,极大地丰富了人类的物质生活。人类在享用化学的先进成果的同时,也不得不面对化学带来的污染。传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重。化学工业能否生产出对环境无害的化学品?甚至开发出不产生废物的工艺?有识之士提出了绿色化学的号召,并立即得到了全世界的积极响应。绿色化学不是简单地进行环境保护,简单地治理污染,而是要利用化学原理从源头上消除污染。那么,什么是绿色化学呢?绿色化学又称环境无害化学,环境友好化学或清洁化学,是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放和零污染,是一门从源头上阻止污染的化学。绿色化学不同于环境保护,绿色化学不是被动地治理污染,而是主动的防止化学污染,从而在根本上切断污染源,所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。
第二,让学生在做化学实验的过程中运用绿色化学理念,使绿色化学内化在学生心灵。
要运用绿色化学的理念,就必须了解绿色化学的特点。绿色化学的主要特点有:①充分利用资源和能源,采用无毒、无害的原料;②在无毒、无害的条件下进行反应,以减少向环境排放废物;③提高原子的利用率,力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳,实现“零排放”;④生产出有利环境保护社区安全和人体健康的环境友好的产品。
根据特点1我们可以引导初中学生在做化学实验时充分利用身边的用品做实验,变废为宝,开辟家庭小实验和寻找某些实验仪器和药品的化用品活动,使身边的资源和能源得以充分利用。
例如:①利用鸡蛋壳和白醋来制取CO2
②注射器可以代替胶头滴管取用和滴加少量液体药品。
根据特点2我们可以指导学生做实验时要妥善处理污染物,创造环境和条件,减少污染物排放。例如①利用白磷和氧气反应的实验证质量永恒定律时,将白磷放在底部铺有细沙的锥形瓶中,锥形瓶口盖橡皮塞,橡皮塞上安装一根玻璃管,玻璃管上端必须系牢一个气球,通过密封防止生成的P2O5白烟散出,污染空气。
②在做CO还原CUO时,将尾气CO烧掉,减少污染物向环境排放。
根据特点3,我们要充分利用原料中的原子,指导学生节约药品,剩余药品回收利用,生成物也要回收,废物分类收集,力图让废物也成为我们实验所需的药品,例如①制取CO2时,往往在实验结束时还有大理石没有反应完,可以回收。②做酸碱指示剂鉴别酸碱性时,药品用量要少,否则是浪费。③有的废液中含有CL- 、 SO2-4 ,可以作为检验液体中是否含有CL- 、SO2-4的样品。
根据特点4,我们可以指导学生为什么不能用工业酒精兑酒,为什么不能用工业盐来调味.加深化学产品对于环保,人体健康和安全的特殊要求,从而使他们以后从使化工生产有这方面的绿色化学意识.
篇2
关键词:绿色有机合成 技术研究 化学
绿色有机化学的初衷是想从源头上成功抵挡住污染。使人类在生活中,不使用、不生产有害物质,并且在后期也不用再处理产生的废物。真正做到从原料到产品的每一个步骤,每一种物质都是安全无害的。
一、绿色有机过程中的溶剂绿色化
1.超临界流体,这类流体的密度实际上是与液体相似的,但更确切的来说,这是一种拥有传质速率快,本身具备的一些物理性质又对温度等因素带来的影响极为敏感,且粘度和扩散速度又与气体相似的,温度和压力都在临界点以上的这样一种流体。这种流体在有机化学的应用方面能够很好的控制反应过程中活性,调控选择性,成功实现反应与分离能够具有一体化的模式。
2.超临界水作为超临界流体中的代表被广泛应用在反应中,因为超临界水本身具有对一些气体或是有机物的溶解能力,这是一般物质无可取代的。除此之外,超临界水同样具有通过改变一些物理性质来影响反应速率,提高选择性。例如可以通过改变密度、粘度和介电常数,以及调控温度和压力。绿色有机化学中,关于超临界水的反应有水解反应、氧化反应和重排反应。应用到现实中的有旧塑料的油化再降解。
3.离子液体,离子液体主要具有在热的条件下仍然保持较高的稳定性,且不易挥发,通过调节组成它的阴离子和阳离子可以达到调控溶解性的效果,其次,其酸度也可以通过调节成为强酸的特点。而在概念上,离子液体被定义为由阴阳离子构成的,在接近室温的环境中可以保持液态的液体。许多重要的有机化合反应都用到了离子液体这一介质。例如酯化反应、聚合反应、氧化还原反应和烷基化反应。将离子溶液作为反应中的介质,有利于加速反应的速率,使反应始终保持在一个温和的环境中。
4.水溶剂,水溶剂顾名思义就是将水作为有机反应中的溶剂。因为其本身具有的疏水效应对有机转化的整个过程是十分有利的。例如在经醛缩合反应、Michael加成反应、Diels-Alder反应和Mannish反应中,水溶剂就可以提高反应的速度和整体的选择性。另一方面,水本身作为一种安全无害且环保的物质,逐渐的成为绿色有机化学研究中的热点。水在化学反应的过程中,不仅作为一种溶液参与其中,它也会影响反应的进程。经过长期的研究和探索,我们发现水在某些极强的多元反应中具有加速反应的效果,并且具有易于分离的特点。
5.氯两相体系,这种体系是由两种溶剂构成的,它们分别是普通有机溶剂和全氟溶剂。通常的情况下,如果温度较低,全氟溶剂与其他的普通有机溶剂就很难相溶,在这种情况下就会形成氟相和有机相的两相体系。而此时如果外界的环境温度上升,全氟溶剂则可以很好的与普通溶剂相溶,我们将这种溶解度随着温度急剧上升的情况称为形成单一相。这种现象能够更有利于为有机反应提供均相条件。同时,随着反应的结束,温度的降低,体系也会自然的恢复到两相体系。
绿色化学中的氟两相体系的应用也有许多,其中也分为两种,作为有机反应介质和催化剂作用。作为催化剂参与的反应有,烯烃的氢甲酞化反应和硼氢化反应、Diels-Alder反应、烯丙位取代反应和氧化反应。而作为有机介质参与的反应有硝化反应、Swern氧化反应和Hosomic-Sakurai反应。
二、绿色有机合成中的催化剂绿色化
1.固体酸催化剂,固体酸催化剂是指金属盐催化剂,金属氧化物催化剂和分子筛和杂多酸催化剂的总称。并且其本身也具有活性高,选择性强,反应后的产物易于分离而且也可以多次循环利用,这体现了绿色化学的主旨。
2.金属催化剂,有机金属配合物催化剂、金属氧化物催化剂和金属Pd催化剂同属于金属催化剂。我们通过实验证明了金属催化剂能够提升催化的速率,使用浸渍法获取1%的的Pd/Mgo,这将作为反应中的非均相催化剂,将不同性质的醇氧化,我们可以发现此催化剂具有使反应条件温和的特点。
3.酶催化剂,酶曾被许多人认为是化学反应中一种快速且专一的催化剂,近年来,酶在有机化学中的应用日见广泛,人们已经将它高效立体且具有灵活选择性的性能应用在有机化合物的合成中了,此外,酶还具有水解活性高的特点。
三、绿色有机合成过程中的合成方法的绿色化
1.用物理方法来促进化学反应,物理中的光、电和热这三种要素在化学有机反应中占有重要地位,也是我们在绿色有机合成方面的研究方向之一。例如利用微波炉的微波来促进反应速率的例子比比皆是。微波辐射条件不仅可以提升有机反应中的反应速率,也能够提升产品的纯度。在Diels-Alder反应中,微波辐射技术就被成功应用。除此之外,还有加成反应和杂环化合物的合成也作用了此项技术。例如在进行Diels-Alder成环反应实验时,用100w的微波加热五到二十五分钟,产率可以高达79%到90%,而用普通的方式加热,三个小时内仅可产生25%到60%,除了产率高这一特点外,微波方式还具有高选择性和条件温和的特点。另外,除了微波技术,超声波的空化功能也可以减少废物的排放,降低能量的损耗。
2.串联反应,绿色化学提倡减少能耗,避免污染。但我们的实验过程中经常会遇到提纯或是分离一个分子的步骤过于繁琐,不利于经济和环保。因此,我们有必要考虑串联反应在有机化学中的应用,当前串联反应已经被应用在了不对称合成和杂环化合物的合成过程之中,串联效应针对光学效应的产物和分子具有特殊的优越性。
四、总结
绿色有机合成化学逐渐成为了人们生产、生活,化学学科理论和实际发展中的必然选择。随着时代的不断进步,绿色有机合成化学也是我国工业化领域的大势所趋,绿色化学除了要做到溶液绿色化,催化剂绿色化,合成方法绿色化之外,还行应用各项先进技术,将绿色化学发展到各个领域之中去,尤其是基因工程,细胞工程和微生物工程。同时引导一些新兴技术的发展,例如微波技术和超声波技术,达到绿色化学的多领域全面发展。
参考文献
[1]刘雪暖,李玉秋.反应精馏技术的研究现状及其应用[J].中国化工产业,2011(08).
篇3
关键词:绿色化学理念;高中化学;实验教学;渗透方法
在现今的高中化学教材中,化学实验内容占据着大量的篇幅。高中化学实验教学对学生高中阶段整体的化学学习有着重要的意义。随着时代的发展,绿色化学开始被教师应用到高中化学实验课堂上。教师们通过对化学材料地合理利用、绿色处理来减少化学实验中有害物质的产生,进而保证高中化学实验的环保性。这对提高学生的绿色化学实验意识有积极的作用,也有利于建立绿色环保型的高中化学实验课堂。
一、深刻认识化学教材,寻找绿色化学实验的渗透点
教师在开展高中化学实验教学时,想要更好地将绿色化学理念融入到高中化学实验课堂上,就必须要重点关注化学实验教学内容,即对化学教材进行深刻了解,以便从教材内容中找到绿色化学理念的渗透点,将环保理论知识与化学实验有效结合起来,让学生能在化学实验课程中感受到绿色化学的理念精神。这对学生的化学实验思想有着极大的促进作用。在开展化学实验课程的过程中,教师要按照化学实验内容安排各项化学试剂的使用,在保证学生顺利完成实验的基础上,控制好试剂的用量,避免出现学生浪费化学试剂的现象。严格的化学试剂用量控制是绿色化学实验课程开展的基础,能为学生留下节约试剂、科学实验的印象。同时,学生在进行不同的化学实验之前,教师要提前对学生说明实验过程中可能发生的事故情况以及处理办法,并向学生强调化学实验多方面需要注意的事项,以避免学生在实验过程中出现任何的危险。这也是绿色化学教学理念下的重要内容之一。[1]例如,在开展“氯气与盐酸的制取”实验时,由于氯气具有挥发性的特点并含有剧毒,因此,教师必须要为学生强调实验各环节的操作方法,对实验产生尾气的处理方法等。同时,教师要利用教材与实验相结合的方式,将节约型化学实验落实到实践中,让学生在具体的实验过程中感受到绿色化学的魅力,并将绿色化学实验理念融入到自身的实际操作环节中。这样才能增加高中化学实验的安全性和实践性,有效提高学生的实验意识。
二、科学采用微型化学仪器,有效降低化学有害物质的生成量
在高中化学实验教学中,为了将绿色化学理念贯彻到底,同时也是为了确保化学实验的安全性,教师可以在部分化学实验中科学采用微型化学仪器,如微型滴管、微型试管等,通过控制学生的试剂取用量以及化学实验的反应程度,来降低化学实验中可能存在的安全风险,减少化学有害物质的产生。这也是将绿色化学实验理念进行落实的有效手段。高中阶段许多教材的实验内容都没有规定化学试剂的取用量。这样是为了让学生通过化学实验来加强自身对化学知识的理解,提高学生的实验动手能力,促进学生化学思维的进步。因此,教师完全可以将教材中所谓的“适量”试剂进行明确规定,在保证实验效果的同时,降低化学试剂的使用量。一方面,这样能规范学生的试剂取用行为,避免试剂浪费现象的发生;另一方面,这样也能减少化学物质的产生,在废物处理方面就能更加方便,也更能体现出绿色化学实验的特点。例如,在开展“乙烯制备”实验课程时,教师就可以按照教材的实验要求,采用微型仪器实验法,用小试管和微型滴管取用乙醇等化学试剂,让学生能利用较少的化学原料进行乙烯制备实验验证。这既能让学生对教材内容加深了解,对化学实验更加熟悉,又能控制学生化学试剂的使用量,减少化学废物的产生。可见,这是绿色化学教育理念渗透的最佳教学方法。
三、采用多媒体化学实验演示法,提高实验教学效果
在高中阶段的化学实验中,教师要帮助学生掌握多种形式的化学实验,不仅可以通过实验课堂的教学方法,还可以通过实验展示法。对一些难以实际开展的化学实验或者是难以把握开展状况的实验,教师通过实验展示法既能让学生对整个实验流程有一个清楚地认识,对化学知识加深了解,又能节约学校的化学实验资源,避免化学安全事故的发生。[2]可以说,实验演示法是最安全的化学实验教学方法。在当今这个时代,随着网络信息技术的不断发展,许多化学实验的展示都是通过网络教学课件来进行的。教师要利用丰富的网络资源,按照实验内容要求以及学生个性化的喜好特点,从网络中选取教学形式合适的实验资源,让学生从多媒体播放的化学实验中学习和了解化学实验知识。另外,课件实验教学方法还具备其他实验教学所没有的优势。在利用网络课件开展化学实验教学的过程中,教师可以根据学生对实验的理解,对学生难以掌握的实验重点进行反复播放,为学生巩固所观所感,提高学生对相关化学实验的掌握程度。这种采用展示实验法开展的高中化学实验课程,是绿色化学理念体现的重要形式。当然,多媒体化学实验演示法也会让学生失去实际动手操作的机会。因此,将实验演示法与绿色化学实验课程教学有效结合才是当今时代提高化学实验教学效果的最佳方法。
篇4
关键词:有机化学教学;绿色化学;研究
“绿色化学”是化学界提出来的一种新观念,主要特点就是经济性和环保性,既要做到充分利用资源,同时又要实现“零排放”,不对环境产生任何污染[1]。将绿色化学渗透到有机化学教学中,在拓宽学生视野、知识面的基础上还能使学生树立环保意识。本文从有机化学教育中渗透绿色化学教育的重要意义着手,针对具体的渗透方法展开详细的论述。
一有机化学教学中渗透绿色化学教育的重要意义
随着经济的快速发展和生活水平的逐步提高,当前社会环境污染问题越来越严重,人们对于绿色生活的呼声也越来越高。在这种背景下,绿色教育也受到了社会、学校以及各级政府的重视,当前开展绿色教育的高校数量也在与日俱增,有机化学教学中也逐渐开始渗透绿色化学教育[2]。高校肩负着培养人才的重任,在培养目标上要以创新型、实用性人才为主,并且培养出来的人才要有可持续发展观念,不仅要处理好人与人之间的关系,还要处理好人与自然之间的关系,能够运用科学技术等手段使人和自然和谐相处。当前高校存在课时短、任务重等特点,这些特点导致绿色化学很难作为一门专业的独立学科开进行教学。而有机化学是公共基础课,在高校的开课面比较广,将绿色化学渗透到有机化学课程之中具有可行性和现实意义。这样不仅可以丰富有机化学教学内容,还能降低学生的学习负担。化学老师在进行有机化学教学的时候,若是涉及到了绿色化学内容,可以进行针对性讲解,并且适当加深和更新知识内容并对学生的思维进行拓展。在化学教学课堂上引用实例进行讲解,不仅可以拓宽学生的视野和知识面,还能使化学教学内容活泼、生动、有趣,学生在不知不觉中接受了绿色化学教育。这种渗透式的教学方法,既不会造成课时紧张,又激发了学生的学习兴趣,一举两得。
二有机化学教学中进行绿色化学教育的策略
(一)加强化学教材的建设
教材是教学的根本,也是学生学习的主要资料。在有机化学教学中进行绿色化学教学,首先要从教材着手。前文中也已经提到,在当前高校课时原本就紧张的情况下,单独开设一门绿色化学专业不切实际,化学老师进行有机化学教学的时候,在涉及到绿色化学教育内容时可以针对这部分内容进行深入讲解,因此,加强教材的建设应当作为渗透教学的第一步骤。“绿色化学”是化学界提出来的一个新观念,这个领域的发展时间并不长,绿色化学的内容在化学教材中并未做具体详细的阐述,很多有关于绿色化学的内容都并未在教材中突出来。因此,在有机化学教学中进行绿色化学教育,第一步就是调整化学教材。遵循绿色化学基本原则并以此为出发点,更新和选择一些与绿色化学有关并且具有时代性的化学内容,例如洗涤剂无磷化、汽油无铅化等,采用新技术和新试剂开发环境友好工艺[3]。举个简单的例子,在化学教材中,有一节内容是介绍烃类烷基化反反应,在这类反应中使用的催化剂一般是三氯化铝和氢氟酸,这些催化剂属于液体酸类,具有较强的腐蚀性,能够腐蚀相关的化学设备,并且还会污染环境,对人体也有一定的危害。为了保护环境,降低污染和对人体的危害,近年来,国内外都在对新型催化剂进行研究,从超强酸、杂多酸以及分子筛等新型催化材料中对烃类烷基化反应的催化剂进行探索,并且已经取得的一定的成果。其中用生产线性烷基苯催化剂代替传统的氢氟酸催化剂,可以有效降低环境污染,改善环境,目前已经实现工业化。还有一种乙苯液相烃化技术在化学界也引起了高度的关注,这种技术来自于新型分子筛催化剂,这种催化剂具有很高的选择性,催化的寿命比较长,而且乙苯质量回收率比较高,据资料显示,已经超过99.6%。类似这样的绿色化学研究,将其整合到化学教材之中,就可以让学生对绿色化学有了更清楚的认识,而不是仅仅停留在表面的认知上。化学老师在进行有机化学教学的时候,涉及到了这方面的内容,可以进行深入分析,让学生了解到当前绿色化学的最新发展和最新成果,并且知道了新的应用方法和应用材料。除此之外,还可以在将绿色化学的一些基本原则等以专题化形式纳入到化学教材的后面,丰富教材的内容。在教材的整改和编写中,要实现教材内容由传统化学到绿色化学的转变,但是不能对传统的化学采用完全否定的态度,而是采取“取其精华去其糟粕”的调整思想,将绿色化学中概念、原理和新思维有效凸现出来。
(二)精简课堂教学内容
教学内容是决定课堂教学效率的关键因素之一。有机化学在高校无论是一门公共课还是一门基础课,教材的篇幅和学时都会受到了一定的限制,化学老师在进行有机化学教学的时候渗透绿色化学教学,面临着诸多挑战和难以克服的困难。因此,化学老师要选择合适的教学内容,并结合学生的专业,对化学教学内容作适当的调整,即精简教学内容,让学生学习到的化学知识都是有用的,能够和专业其他学科实现有效整合。例如,园林专业或者农学专业的有机化学教学,农药是有机化学中的重点教学内容,农业与园林和农学都是息息相关,因此老师可以将关注点放在这一方面,并在这方面教学中渗透绿色化学教育,对农药知识进行深入分析。农药的发展过程就是不断降低副作用、提高药效的过程。例如艾氏剂、六六六,这种毒药的毒性可以不断累积,内吸磷,这种毒药有严重的急性毒性,还有二溴路丙烷、杀虫脒等,这类毒药有致癌作用。这些毒药具有多样性,而且在杀虫方面也有一定的成效,但是对环境造成了严重的污染,对人体也有很大的危害,在全世界范围内,已经被先后禁用。随着科学技术的不断发展,近十几年,人们对于新型农药的研究步伐也在不断加快,并且取得了一定的成效。有一些生物活性很高的农药,在杀毒的时候只是针对靶标,而对于非靶标的生物基本无害无毒,还有一些除草剂和杀菌剂等,也具有特别的作用机制,此外还有一些昆虫生长调节剂,都是新型的农药品种,这些新研发的农药和试剂,既起到了杀菌杀虫的目的,又无害于环境和人体。除此之外,化学防治概念也在最近几年得到了重视,以前人们对于有害生物,采取消灭和杀害的态度,而现在更多的采取是控制措施,随着绿色化学的研究发展,化学农药也逐渐成为绿色农药,可以被直接应用在绿色植物和相关的绿色农产品上。除了园林和农学专业,还有很多专业也涉及到有机化学教学,老师在教学有家化学教学的时候,要结合学生的专业实际情况对绿色化学教育内容选择性渗透。还有一些专业的学生,例如兽医、食品等,这些专业的学生很少涉及到这方面的知识,化学老师在教学过程中可以适当减少绿色化学的教学内容,采取少讲或者不讲的方式。对教学内容进行精简,既可以让学生学习到有用的知识,又节约了教学时间,提高了教学效率。
(三)采用合适的教学方式
教学方式在很大程度上决定了课堂教学质量,在有机化学教学中渗透绿色化学教学,适合采用诱导式和启发式教学方式。当前的教育是以素质教育为主,老师不能采用传统的灌输式教学方式对学生进行教学,而应该将启发学生思维作为主要的教学目标,对学生的思维进行启发,指导学生自主探索,发现问题并解决问题,从而加深对绿色化学的认识。例如,在讲解“原子利用率”这个绿色化学概念的时候,老师可以适当引入两个案例,一个是利用现代催化氧化法制取环氧乙烷,还有一个是利用氯乙醇法制取环氧乙烷,通过让学生比较这两种方法制取环氧乙烷的优势和劣势,指导学生掌握“原子利用率”的基本概念。在讲解类似酯缩合等缩合反应以及狄艾反应等加成反应时,化学老师可以让学生对原子利用率进行计算,加深学生对“原子利用率”的理解,并学会用这一新型概念去体会有机合成中不同反应的环保意义和经济价值。
(四)充分利用多媒体教学资源
相对于传统的板书教书,多媒体教学拥有更多的教学优势,化学老师可以利用投影仪和计算机等现代教学设备在课堂上进行教学,与传统的黑板加粉笔相比,这种利用多媒体进行教学的方式能够在同样的时间内给学生传递更多的知识点,有效缓解高校课时紧的问题。除此之外,采用多媒体进行教学,可以将抽象的化学知识以图片、视频等方式立体化展现给学生,加强学生的理解,帮助学生快速消化,还能激发学生的学习兴趣和学习积极性。
篇5
关键词:分析化学 绿色化 重要性 原理 方法
随着人类环保意识的增强,经济发展越来越追求绿色化,而分析化学的绿色化旨在化学分析过程及技术设计过程中进行绿色化学原理的应用,以最大程度地降低分析化学对周围环境所带来的污染,因而是未来分析化学发展的一个主要方向,下文分别就分析化学绿色化的重要性、原理、特点及其方法进行了探讨。
一、分析化学绿色化的重要性
作为我国的一项基本国策之一,环境保护一直都是分析化学研究人员环境科研的一个重要方向,特别是近些年来,随着人们环保意识的普遍增强,分析化学作为环境污染排放的重要来源之一本身也越来越受到关注。例如液液萃取过程中所使用的有机溶剂中,有许多诸如二氯甲烷、氯仿及四氯化碳等等都具有极强的毒性,不仅会对环境还会对人体健康造成危害。再如某些氯代烃甚至会对大气臭氧层造成破坏,这些明显都违背了环境保护的宗旨。有毒溶剂的使用不仅危害了分析化学研究工作人员的身体健康,还大大增加了样品测试的成本,有些溶剂的废液处理也是一个棘手的问题。分析化学自上世纪60年代以来已经成为环境科学的重要的中心学科之一,不少环境分析化学研究工作人员都在从事着同环境样品相关的分析化验工作内容,以便于为环境科研、管理及其治理提供有力的科学依据。如今对于许多领域而言,环保活动及进步同分析化学的发展息息相关,只有通过分析化学相关技术手段才可以有效识别环境中污染物化及其代谢物的迁移过程或者所发生的形态变化,然后才能采取相应地措施对污染源进行有效地控制。由此可见,分析化学是大气及水资源环境保护的基础学科。
正是由于这些原因,近些年来相关研究工作者都致力于研究和发展绿色分析化学技术,尽可能少用甚至不用有污染的溶剂或其他有机化学试剂。作为绿色化学的一个主要构成方面,绿色分析化学已经成为分析化学未来发展的主要方向。
二、分析化学绿色化原理及其特点
近些年来,绿色分析化学的研究多数是围绕着催化剂、化学反应、原料、溶剂及其产品绿色化等方面而开展的。因而无论是从原理上还是从方法上都为传统的分析化学行业带来了巨大的改变。例如,可通过新型化工方法或新产品的过程中运用原子经济反应、无毒性原料、催化剂以及溶剂等实现化工的绿色生产过程,并通过所获得的新型绿色产品为人们的身体健康、环境保护等方面带来有利影响。
绿色分析化学研究的主要核心问题如下:一是确保所选择的起始原料及其试剂的绿色化;二是确保所选择的溶剂、反应条件及其催化剂的绿色化;三是确保所设计产品、目标分子及其化学品的绿色化和安全化。如今,绿色分析化学已经兴起,其要求进行化学分析的整个过程中都必须始终将环境保护作为一个前提或目标,最大程度地减少甚至不产生环境污染物质,确保分析过程本身尽可能地减少或消除对环境的影响,这即为绿色分析化学的最主要特征。除此之外,绿色分析化学的另一个主要特征还表现在其过程分析中,通常来说,环境分析主要是出现了环境问题之后进行毒物的监测及其分类的过程,而分析化学则是将分析重点放在了化学过程当中,主要是通过传感器的使用实现对整个化学反应过程监测的实时性,这样可以了解环境污染物形成的全过程,进而即可实现对痕量有害环境污染物的有效控制,并从源头上实现对污染物阻止的目的。整个化学反应过程中,若因温度、压力、原料剂量、时间改变进而导致污染物的形成,传感器会及时地将整个过程的参数进行调整,这样就可通过整个过程中参数的改变而实现对污染物产生全过程的有效控制,同时还提高了产品的质量极其纯度。因此,绿色分析化学可以对污染物进行防治和即时控制。
三、分析化学绿色化的发展方法
通常而言,分析方法是通过精密度、灵敏度、准确度、分析的速度及其校准曲线线性范围等等的多项指标来进行评价。对于分析化学的绿色化而言,除去上述指标之外,还需将其对于环境的影响程度作为首要指标进行考虑。
为了实现整个分析过程中分析化学绿色化的实现,必须将重点放在如何最大程度地减少甚至取消环境污染物的使用及其产生,可考虑如下方面:1)整个分析系统的微型化,这样可以大幅度减少试剂及其载体的流耗量,实现污染的降低,还更加经济。2)对于不得不使用大量样品进行分析的系统而言,可借助于数理统计及化学计量学等理论,尽可能实现对采样点数目优化的目的,这样就可以最大程度地减少分析过程中测量的次数及其相关试剂的使用量,实现减少环境污染物使用的目的。3)通过试剂固定化等技术实现非消耗性及微消耗性等试剂的重复使用,这样即可大幅度减少有害试剂的使用量及其有害物产生。4)通过无毒无害试剂的使用,例如,超临界流体的开发,尤其可以将超临界二氧化碳流体作为溶剂,其不仅具有常规流体都具有的良好的溶解性,同时还拥有气体所具有的相当高的传质速度,因此,借助于这种无毒无害的试剂即可实现原有毒性有机化合物的替代。5)将某些无试剂新型分析化学技术,诸如超声、微波等技术等应用到分析化学的过程当中去,例如超声萃取法、微波萃取及其消解等方法;6)有些待分析样品组成相当复杂,因而测定过程中不可避免会有干扰的出现,此时可以借助于仪器掩蔽法来实现对原有化学掩蔽法的替代,例如,可通过借助于导数以及双波长分光光度法,结合零交技术及其等吸收点法,即可在完全无任何化学试剂条件下实现对干扰的消除;7)若很难完全取代有毒试剂时,应尽量采用微型化或者使用具有较小毒性的试剂对由原有的大毒性试剂进行替代,例如,将有机相的测定方法改变为水相测定方法,以最大程度减小分析过程中自身对于环境所带来的影响。事实证明,分析化学绿色化最基本的要求及其特征已经在如今的一些分析方法中体现了出来,例如固相萃取技术、高压流体萃取技术、固相微萃取技术、微型液-液萃取技术、免疫分析技术、x射线荧光金属分析技术、超临界流体萃取技术、自动索格利特萃取技术、微萃取技术、挥发性有机化合物真空蒸馏技术及其表面声波测定技术等等,此类方法都是在测量、监测及其识别过程中,对过程中所用试剂及其所产生的产物进行控制,以最大程度地减少环境污染物的释放,因而没有造成不良的环境污染问题,所以应尽可能采用此类绿色分析化学方法进行分析。如今,分析化学正朝着综合性边缘学科方向发展,随着物理学、数学、电子学及激光技术、微波技术、分子束及计算机等的不断发展,为新型仪器分析方法奠定了基础,并为进一步实现绿色分析化学的发展提供了良好的技术及其方法支撑,如激光技术已经用于了光谱分析中,并形成了多达数十种方法,有些相当快,可实现瞬态分析。
四、结论
作为可持续发展战略的一个重要方面,绿色分析化学是解决未来环境保护及其资源短缺问题其中的一个根本出路。因此,必须制定一系列鼓励政策以支持绿色分析化学的发展,在新分析方法及其技术设计手段中应用绿色分析化学原理。分析化学绿色化的发展逐渐朝着微型化和仪器化方向进行发展。但是,应当了解的是我国如今的分析化学仪器制造科研力量仍相对较弱,因此必须以战略眼光对待绿色分析化学的进一步发展及其教育,结合我国国情,注重分析化学绿色化的研究,积极探索绿色少污染甚至无污染的分析方法及其技术,并将其应用到实际的分析检测中。
参考文献
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篇6
在高校化学教学中,绿色与可持续性教育非常重要,并且逐渐成为化学教学教师的共识。本文指出了当前高校化学教学存在的问题及特点,并且深入剖析了绿色与可持续性化学教育的渗透和具体渗透措施,并将学科知识转变为实践能力,创新化学人才培养模式。
关键词:
绿色;可继续性;高校化学
0引言
高校化学教学过程中,绿色与可持续性教育能够培养学生的环保绿色能力以及可持续发展能力,并且善于发现有价值的新方法、新事物以及新知识,掌握基本规律,具备相应能力。其次,化学在当前的社会发展过程中发挥着重要作用,当然,化学对环境的影响也备受瞩目,如何正确应用绿色化学已是当前重要的化学教学组成部分。
1当前高校化学教学存在的问题及特点
1.1高校化学教学存在的问题
纵观如今高校的化学教学,均普遍存在以下几方面的问题:缺乏创造性、重结果轻过程、重智轻能等,尽管倡导学生积极获取知识,但是实际教学过程中依旧难以摆脱教师为中心的现象。化学教师不仅仅决定学生的学习,还对存在差异的学生盲目用统一标准评价,不利于发挥学生的主动性,也有悖于素质教育的要求。
1.2高校化学教学特点
一般而言,高校化学的主要研究对象包括有机物和无机物的变化规律、性质、结构、组成,并且在高校的自然科学领域中有极其重要的地位。化学和人们的日常生活息息相关,比如科学技术、工业生产、农业生产、医疗卫生以及衣食住行等领域均发挥着重要作用,所以,高校化学教学需要重视物质结构,并且将“化学与生命”、“化学与材料”以及“化学与生活”等[1]内容有机渗透到教学过程中,并且摒弃传统“纯化学”模式,促使不同层次的学生主动的融入到实践学习中,并且在积累知识的同时能够锻炼技能和方法,为终身教育奠定良好的基础。化学的本质在于实践性和真实性,学生在学习过程中利用自身的体验与感悟,内化价值感和情感态度,尊重和理解化学的本质,全面提高学生的科学素质。
2绿色与可持续性化学教育的渗透措施
(1)实现环保课程模块的构建。
传统化学教育中极少会涉及到生态环境的保护及资源开发的效率,因此,学校改革人才培养方案时,需要着重实现环保课程模块的构建,并且将其作为工程专业的选修课,培养学生“绿色环保”理念[2]。
(2)优化课程体系。
利用新型的生产工艺和生产技术融入传统产业技术的创新和改造,实现缓解和改善社会发展过程中经济发展和环境保护的矛盾。因此,学校应当缩减高污染和高能耗的传统专业课程,并且重视清洁生产工艺及最新生产技术的课程等,为实现经济绿色发展奠定人才基础。在有机反应中绝大多数物质反应均在官能团上,有机物“成键”和“断键”规律至关重要,例如氢气和烯烃反应,其本质便是烯烃官能团中碳碳双键共价键破坏后各加一个氢原子。通过此原理,以此类推,便能够方便快捷的了解氢气和烯烃的加成反应方程式。当然,如果根据烯烃加成后反应后产物推出原碳碳双键可能位置则更好。
(3)更新教学内容。
为了提高学生的社会责任感及环保意识,学校应将绿色环保内容有机融入当前教学内容中,并且在实际教学过程中,整合生产技术和生产工艺对生态环境影响的案例,并且统筹分析关于化学专业的法律法规。例如制备ZnO纳米材料[3],列举影响纳米粉颗粒的条件:搅拌速度、滴加速度、滴加顺序、反应温度以及反应物浓度等,选择其中的一项或几项,将其设置为可控制变量,利用实验对其予以实验分析,通过固体漫反射光谱及激光粒度测定等方法探析制备ZnO纳米材料的最佳条件,继而培养高效学生的化学研究思维。
(4)创新实践教学。
与企业深度合作,将“环保绿色”理念渗透到实践教学过程中。学习专业化学前,学校应安排为期一周的“环保知行周”,促使学生明确关于生产工艺和生产技术对环境造成的影响,企业实习过程中,应当加设环境保护的实践内容,毕业设计工程中,学校应当对学生开放工程学院的实验室,让学生更加深入了解化学专业有关的污染治理措施以及环境工程设计等方面的知识。
(5)促使“产学研”合作。
为促进环保产业发展,学校应整合电气、机械、材料、化工以及环境等学科的科研团队,并且提高“产学研”的合作力度,为环保企业主动服务,秉承“绿色环保”理念,探索出具有绿色化学教育的创新模式。
(6)立足于生活实际。
化学原理教学应当立足于生活实际,并且紧密围绕生活现象进行解释,在实际教学过程中,可以创设生活情境,旨在学生可以简单理解并且利用,减弱知识的系统性,降低学习难度,扩宽学习广度,促使学生能够在有限的时间内获取有价值的化学信息。目前,化学在农业现代化、新材料制作、药物合成以及环境污染治理中起着重要作用,所以化学专业教学时要结合生活实习,引导学生的学习兴趣,正确分析有争议的生活现象,比如“苏丹红”事件,教师介绍食品添加剂过程中不仅要说明其如何提高食物的色香味,更要分析其化学性质和成分,让学生用辩证的思想了解化学品并且合理利用,最后通过化学方法将其予以改良。例如从洗衣粉中引出问题:什么是“酶”?有什么作用?随后将学生分成小组,小组间进行实验探讨。用1/2/3标明3支试管,并且滴入2mlH2O2溶液,试管1为对照组,试管2/3分别置入火柴及猪肝小块。实验现象:试管1无现象,试管2少量气泡,试管3大量气泡。教师询问:气泡中含有气体?如何鉴定?小组间讨论后给出实验方案,试管加盖,收集一定气体后置入快熄灭的火柴。结果:快熄灭的火柴会重新燃起,化学反应式如下:2H2O2=O2+2H2O讨论:火柴和猪肝均具有催化作用,且猪肝催化作用高于火柴。猪肝的催化物质称为过氧化氢。
3总结
综上所述,绿色化学是当今时展的主流,更是消除污染、保护生态环境重要途径,高校化学教学中,要重视创新的教学形式和表现方法,重视学生个体,促使绿色与可持续化学的教学质量。
作者:王桂林 单位:运城学院物理与电子工程系
参考文献:
[1]周静,王珏.绿色与可持续性化学教育在高校化学教学中的渗透[J].黔南民族师范学院学报,2014,34(01):69-73.
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“绿色化学”可以诠释为环境友好化学,它的核心是指在反应过程中和化工生产中,尽量减少或彻底消除有害物质的生成.作为化学教育工作者,有责任将绿色化学知识自然生动地渗透到化学教学中,培养学生以“科技与社会”之间和谐发展为基础的道德、伦理和科学价值观,让学生牢固树立起绿色化学和环境保护的意识,并关注绿色化学,推动绿色化学事业的发展.
在教学中,为了更好地渗透“绿色化学”理念,可以从以下几个方面尝试.
一、立足课堂,渗透绿色化学知识
化学学科的特点,决定了化学教育在培养学生环保意识中占有重要地位.它同物理、生物等都是对学生进行环保教育的主要学科.许多污染物的成分、特性、形成过程、对人类生产生活的危害以及如何防治等,都与化学教学内容有着密切的联系.初中、高中化学教学课标中也明确提出,化学教育应培养学生关心自然、关心社会的情感,对学生进行环境保护意识的教育.我们应立足课堂,充分挖掘教材中的环保知识内容,采取渗透的方式,适时适当地将其穿插在有关知识的教授中,“润物细无声”,让学生增强环保意识.
二、立足实验,培养绿色化学习惯
化学是一门以实验为基础的自然科学,实验是化学教学的重要环节,也是进行绿色化学教学的最好时机.新教材更注重学生实验能力的培养,增加了学生自主探究实验.化学教学可以立足实验,培养学生绿色化学习惯.
1.改进某些教材实验,消除实验污染源
教师可针对某些造成环境污染的实验进行改进,引导学生思考改进的目的和改进的方法,通过改进增强学生的环保意识.
2.精心整合教材实验,减少污染次数
例如,在无机化学学习中, 多数教师和学生所做的实验,均为“一个实验只用来说明物质的某一个性质”,要想完整地学习某一物质的整体知识,就必须通过若干个这样的单一实验来进行.这样做不仅多损耗了药品,浪费了时间,而且还增加了有毒物质扩散到环境中的机会.组装整合实验后,就可以较好地解决上述问题.
3.推行微型化学实验,控制环境污染
微型化学实验与常规实验相比具有节省实验药品、实验现象明显、污染程度低或没有、安全等优点.开展微型化学实验充分体现了现代绿色化学教育观念.
微型实验也可以用废弃的物品开展实验.
4.开发原子经济性反应,选择合理物质制备路线
原子经济性反应是绿色化学的重要内容之一,这一反应已成为现代合成化学中人们关注的热点.原子经济性反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不产生副产物或废物,实现废物的“零排放”. 绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点:一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地减少了废物的排放.在新课程教学过程中可以借助一些实验方案评价与设计类试题为学生逐步渗透绿色化学理念.
三、立足课外,提高学生绿色化学素质
1.专题讲座
对教材中讲的少而对环保具有重大意义的内容,可以以专题讲座的形式向学生介绍.专题内容如酸雨的形成、危害以及防治,传统有机溶剂的危害及绿色溶剂,赤潮和水华现象及形成的原因……通过这些信息的介绍,使学生从自身做起,节约用水、少使用一次性餐具、少用化学用品,以减少污染,为保护环境而改变生活习惯.
2.通过化学课外兴趣小组,开展环境保护活动
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关键词:中职;绿色化学;化学学科
一、绿色化学在中职化学教学中渗透的意义
(一)贯彻绿色化学的核心理念
随着人类生存环境逐年遭到破坏,人们逐渐意识到了可持续发展的环境对以后生活的重要性,这也是发展绿色化学的重要目的。如何更好地将绿色理念渗透中职化学教育中,将是未来学校和教师共同面临的实际问题。因此教师应把绿色理念应用于基础知识和技能的传授中,让学生能够把绿色化学思维贯穿于整个专业的学习,以便更好地在以后的工作中将绿色主题应用于实践。伴随着科学和社会经济的发展,人们已经不仅仅追求物质上的满足,更多的是希望生活质量的提高。人们关注绿色、可持续的能源和材料,可持续可循环将是当今社会发展的必然趋势,因此,绿色化工的工业理念势在必行[1]。对于我国来说,存在资源缺乏、生态失衡等问题,推广绿色化学工业已经迫在眉睫。所以教师应该大力推广绿色的工业模式,提升学生的社会责任感和创新理念,这是素质教育倡导的重要教育思想。作为国家未来的技术人员,关注人类生存发展的化学问题,提升中职学生的绿色环保意识,对化学化工的创新思维进行专项的教育训练,有利于让学生从科学的角度对绿色化学有深刻的认识,发挥技术人才的优势,降低化工行业的危害,从而使绿色化学能够可持续发展。
(二)提高学生的环保意识
绿色化学和环境保护有着密不可分的联系,是社会实现可持续发展,防止环境破坏的重要理念。作为以后社会的建造者,学生应从根本上认识到绿色化学对于化工行业的意义,提高自身环保的意识,提高对中职化学学科的学习热情。教师可以通过对教学内容的研究解读,利用化学知识中蕴含的生活元素,合理地添加绿色知识的教学,这有利于调动课堂气氛,对于学生学习和探索化学奥秘有着深刻意义。教师还可以利用社会热点、生活经历等学生感兴趣的话题和现象,让学生发现和探索其中的绿色化学因素,从而更好地运用身边的事物对知识进行理解,更清楚地理解可循环和可持续发展的工业发展理念。通过师生互动的教学方法让课堂的氛围得到充分的调动,还能让学生对知识的探索欲望得到激发,学生通过对知识点的提问和探讨,产生主动了解绿色化学的热情。
二、绿色化学在中职化学教学中的渗透
(一)利用实验教学渗透绿色理念
中职课堂教师要注重培养学生的动手能力,对于化学学科更是如此。化学本身有着深奥抽象的专业特点,需要教师利用大量的化学实验引导学生从本质上学习理论知识。同样,在中职化学教学过程中,教师可以通过结合实验的方式,将绿色化学理念渗透给学生。教师在不降低实验效果的前提下,合理地减少化学物质和能源的用量,同时采用通风通气等装置,避免实验产生的不良气体污染和伤害,对实验产生的有害气体要注意收集,避免造成污染的同时能实现再回收利用,以此让学生的绿色化学意识不断强化,让学生在学习的过程中认识绿色化工生产的重要性。同时教师可以利用社会实践活动,定期带领学生参观化工厂,让学生了解工厂的生产理念和存在的不足,并针对绿色化学的先进技术和缺点进行总结。教师还可以组织学生开展环保宣传活动,提高学生环保意识的同时加强学生的动手动脑和沟通能力。学校定期开展环保主题的讨论,让学生主动参与课堂教学中来,也可以利用评比等形式展开环保教学,让学生从身边的小事学习到环保知识,并明确绿色化学的重要性[2]。
(二)利用多媒体渗透绿色化学知识
随着科技的发展,多媒体互联网技术应用到教学事业中,利用投影、幻灯片、视频动画等方式,提高了教学质量,引发学生对绿色化学知识的兴趣。在化学课堂上,教师利用多媒体课件中的视频及动画效果,可以有效地解决教学中出现的难点,而对于大多数中职学生的化学基础不是很好的情况,如何重拾起学生的学习兴趣和对化学学科的热情将是教师要研究解决的问题。究其原因是学生对化学科目里涉及的一些抽象知识不能理解性记忆,靠死记硬背又不能将知识运用到实际中去,所以如何让学生通过理解的方式记忆知识成为中职化学教学的难点。运用多媒体等方式对化学实验和习题进行讲解,让多媒体作为辅助教学,学生能够更清晰地观察到实验的过程和结论,解除了一些化学实验带来的危险性。并且有些化学实验的现象不明显且反应速度快,不能很清楚地观察到实验的本质,所以教师采用多媒体的方式将化学过程清晰完整地展示在学生面前,活跃了课堂的学习气氛,激发了学生的思考能力,提高了课堂上的互动性。教师要注意增加学生讨论研究的环节,不要一味地采用灌输式的教学方式,应该让学生从不同的视角进行讨论总结,锻炼学生的语言表达能力和总结归纳能力。教师要将绿色化学理念和现今学生个性相融合,要鼓励学生敢说敢做不怕错的探索创新精神。多媒体技术教学有利于激发学生的学习兴趣,利用多媒体的独特和新颖的特点培养学生主动学习的欲望,把原本枯燥难理解的知识点转化为有趣又简单的动画形式,进而将学习过程变成了一种乐趣[3]。教师可以通过鲜明逼真的画面,形象地展示模拟的化学现象,让学生更清晰地观察到化学反应产生的有害物质,从中懂得绿色化学展开的必要性。
(三)通过化学习题渗透绿色理念
教师在化学课堂上要结合习题进行所学知识的巩固教学,在习题锻炼中渗透绿色化学的概念。教师在选择习题和布置作业时候,要选择和绿色化学相结合的、有代表性的题目,对题目进行加深和扩展,解除学生做题时枯燥乏味的感觉。通过加强习题的锻炼,引导学生主动对身边的化学现象进行观察探索,发现周围化工厂存在的环保问题,从而锻炼了学生自主的观察和动脑能力[4]。对于生活周围存在的绿色化学缺陷,教师应让学生自主设计解决方案,通过讨论交换彼此的意见,然后教师在讲解过程中渗透绿色化学的概念,这样既锻炼了学生的思考和表达能力,还将绿色化学知识在生活中得到锻炼,让学生更好地体会到环保的重要性。
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关键词:绿色化学;有机化学;教学
中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)51-0250-02
一、引言
“绿色化学”又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学,是设计研究没有或尽可能少的环境负作用,并在技术上、经济上可行的化学品和化学过程,包括原料和试剂在反应中的充分利用。它是实现化学污染防治的基本方法和科学手段,是一门从源头上阻止污染的化学。绿色化学适用各种化学领域,是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂和产物、副产物等的使用和产生。
有机化学是化学的重要组成部分,有机化学实验是高校化学化工、环境、医学、农学等专业重要的基础课,对学生掌握有机化学知识,培养思维能力有着十分重要的作用。有机合成化学实验中使用的许多试剂、溶剂、催化剂以及排放的废料,都易对环境产生污染,影响实验者的健康,所以在有机化学实验教学中实行绿色化学教育,培养学生的绿色化和环保意识有十分重要的意义,也是高校有机化学实验教学改革的重点,因此,实现有机化学实验绿色化教学势在必行。作为多年从事有机化学实验教学的教师,结合实际教学情况和体会,对有机化学实验的绿色化,提出了一些想法,并进行了初步的实践。现将我们在有机化学实验教学过程中的一些经验总结如下。
二、合理设计实验,体现绿色化学思想
在保证达到实验教学目的和使学生能够掌握基本操作技能的前提下,有机化学实验要尽力遵循绿色化的途径。实验内容应尽量选用毒性小、废弃物少、污染轻的实验。例如:“己二酸的制备”实验,可以采用高锰酸钾替代硝酸做氧化剂,避免实验中产生大量有毒的氮氧化物气体和使用硝酸带来的强腐蚀性。又如:利用液溴制备溴苯的实验,液溴有毒,腐蚀性大,可以选用低毒高活性的溴化剂N-溴代丁二酰亚胺代替。
三、绿色化学理念在实验过程中的渗透
我们在有机化学实验教学中尽可能地实现实验内容的绿色化,注意培养学生的绿色化学意识。结合学校的实际情况,合理选择有机化学实验内容,不选用苯、甲苯、二氯甲烷、硝基苯、苯胺等毒性较大的试剂作为溶剂、原料和产品进行实验。总之,在有机化学实验的操作过程中,要把绿色化学的理念贯穿到整个有机化学实验的教学之中。
(一)试剂的选择
时至今日,人们己形成了一种固定思维模式,习惯地将有机反应放在溶剂中进行。在传统的有机合成中,有机溶剂是最常见的反应介质,因为他们能很好地溶解有机物,保证物料混合均匀和热量交换稳定,但有机溶剂的毒性和难以回收又成为对环境造成污染的主要因素。随着绿色化学的发展,新的绿色合成技术和合成方法不断涌现,这为有机实验的绿色化提供了很多有效途径。近年来无溶剂、绿色溶剂(离子液体、超临界流体、水)在有机合成中的应用得到了空前的发展,这些手段对于加快反应速度、减少能耗、减小污染有很重要的作用。
1.无溶剂的化学合成。在过去的近30年中,无溶剂化学合成得到很大发展。在合成中通常需要使用一些助剂,如催化剂或固体载体,也可能用到光、研磨、微波加热和超声波等方法。例如:苯基环己酮与查尔酮的Michael加成反应,可以使用溴化四丁胺为催化剂,在室温下用研磨的方法合成。又如:2-苯基四氢喹唑啉的合成,可以在无溶剂条件下由2-氨基苯胺与苯甲醛的缩合,转化率很高。
2.选用水为介质的合成。以水为介质的有机反应是“与环境友好的合成反应”的一个重要组成部分。水相中的有机反应具有许多优点:操作简便、安全,没有有机溶剂的易燃、易爆等问题。在有机合成方面,可以省略许多诸如官能团的保护和去保护等的合成步骤。水的资源丰富,成本低廉,不会污染环境,因此是潜在的“与环境友善”的反应介质。
3.选用绿色溶剂的化学合成。绿色溶剂被认为是绿色化学中很有前景的一类反应介质,尤其是离子液体。离子液体的研究是近年来绿色化学领域的研究热点之一,室温离子液体是一类特殊的液体熔融盐,具有优良的物理化学性质及可修饰、调变的阴阳离子结构,且可循环使用,被认为是替代常用挥发性有机溶剂的新型绿色溶剂。近几年来,离子液体作为一种绿色溶剂及催化剂在有机合成中发挥了独特的作用,受到人们越来越多的关注。因此,在离子液体中进行有机反应成为化学研究的一个重要领域。例如:在芳醛与丙烯酸甲醋的不对称Baylis-Hillman合成反应中,用季铵盐型离子液体作为溶剂,产率很高。又如:在离子液体中进行的Suzuki交叉偶合反应与传统方法相比具有诸多优势:少量的催化剂即可使反应活性明显提高;无副产物产生,产物纯净且容易分离;反应可以在空气中进行,产率不降低,催化剂不分解;催化体系可以重复使用。
(二)积极开展微量或半微量实验,减少试剂消耗和污染
传统的常量实验具有现象明显、操作方便的优点,但消耗多、污染大,不利于环境友好。微量或半微量实验推广已有十几年,逐渐引起各国化学教育界的广泛重视,已成为国际趋势,成为化学实验改革的方向之一。目前我国已有数百所大中学校开始在化学教学中采用微型实验,取得了很好的社会与经济效益。微型化学实验主要有以下几方面的特点:节约药品、节省能源、降低实验成本;实验迅速;减少环境污染,避免不安全隐患;能激发学生学习的兴趣,提高学生实验技能。例如:2-甲基-2-己醇的制备、乙酰乙酸乙酯的制备、肉桂酸的制备等实验,按照实验教材药品用量的■进行实验。在同样可以达到实验目的同时,减少了废弃物的排放量,保护了环境。总之,微型化学实验不仅有利于培养学生的创新能力、提高教学质量,也有利于师生的身心健康以及培养环保意识和绿色化学的理念。
(三)绿色催化剂的选择
催化剂在化学合成中起着十分重要的作用,每种新型催化剂的发现及催化工艺的研制成功,都会引起化学工业的重大革新。绿色催化自然是绿色化学研究的另一个重要内容。少量、高效催化剂的加入可以大大加快反应的速率、提高反应的选择性及降低副反应的产生。绿色催化剂还应该具备清洁无毒和可循环使用的特点。目前有机合成中使用的绿色催化剂主要包括固体酸、固体碱、晶格氧选择氧化催化剂等非均相催化剂以及生物催化剂(酶催化剂)。例如:在传统的有机合成中,烷基化、酯化、水合、酰化、烃类异构化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸催化剂,这些催化剂在工艺上难以连续生产,不易分离,对设备腐蚀严重,危害人体健康,产生废液废渣,污染环境。而我们可以选择分子筛、杂多酸、超强酸等新型催化剂。又如异丁烷与丁烯的烷基化反应原来使用氢氰酸或硫酸作催化剂,现在可用新开发的负载型磺酸盐/SiO2催化剂代替。
(四)目标产物的绿色化
绿色产品,应具有合理的使用功能及使用寿命,产品易于回收、利用和再生,在使用过程中和使用后不会危害生态环境和人体健康,报废后易于处置,在环境条件下容易降解。在有机实验中联系实际,如目前大量使用的聚苯乙烯发泡塑料快餐盒,使用以后成为垃圾,在自然条件下,需数百年才能降解,对环境带来严重的影响。为了加速它的自然降解,我们生产时可以在其中加入光敏剂、化学助剂等,使其在使用后几个月内即分解成无害物质。
(五)废弃物的回收利用
有机化学实验过程中使用的有机溶剂,一般毒性较大、难处理,随意倒掉这些有机溶剂,不仅对环境造成严重污染,还会造成药品的浪费。基于绿色化学原则,处理这些有机溶剂,应进行重新蒸馏后利用,或在实验中重复再次使用。对于在实验过程中产生的有毒物质也要积极处理,例如:在制备正溴丁烷的实验中会产生腐蚀性气体溴化氢,要使用氢氧化钠溶液进行吸收处理,对水银温度计破损洒出的汞认真进行收集,并撒硫磺粉进行处理,尽可能减少对学生的危害。对于某些数量较少、浓度较高确实无法回收使用的有机废液,可采用活性炭吸附法、过氧化氢氧化法处理,或在燃烧炉中供给充分的氧气使其完全燃烧。对实验中产生的废酸、废碱,要指导学生倒入相应容器中,经中和至近中性(pH=6-9)时方可排放。通过有机化学实验绿色化实践,有效地做到实验药品循环使用,减少环境污染,使绿色化学教育在实验教学中对学生起到潜移默化的作用,提高了学生的环保意识。
(六)多媒体在有机实验教学中的应用
随着科技的发展和计算机普及,多媒体已成为化学实验教学发展的趋势和必然,将多媒体技术引入实验教学,对提高学生化学实验操作技能和对实验的理解起着重要的作用。例如:像易燃易爆等危险性较大的实验、毒性较大且不易控制的实验,可使用多媒体教学辅助手段来代替此类实验,既保证了学生的安全,保护了环境,又达到了良好的教学效果。例如:在制备亚磷酸二苯酯的实验中,反应出来的粗品需进行减压蒸馏,如反应瓶温度达到250℃,体系中存在微量的氧,亚磷酸将会冒烟,发生爆炸。
四、学生绿色化学意识的加强
我国绿色化学教育还处于起步阶段,但化学实验绿色化已经成为化学教学改革发展的必然趋势,将成为培养学生的绿色化学观念和创新能力的重要途径。有机化学实验教学不仅需要培养学生的基本化学实验技能,同时应把绿色化学思想融于实验教学之中,让学生了解绿色化学,树立起绿色意识。
实践证明,在有机化学实验教学中渗透绿色化学教育是可行的。
参考文献:
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关键词:新课改 高中化学 绿色化学 教育理念
新课改进一步提升了“绿色化学”教育理念的地位。面对绿色化学新理念、新要求,如何结合当前的素质教育和创新教育,把绿色化学理念贯穿于高中化学新课程教学的全过程中,是一个非常值得我们深思的问题。
一、在课堂教学中渗透绿色化学理念
1.剖析教材内容(知识点),寻找结合点,渗透绿色化学理念。教材是教学过程中知识的载体。在我们目前所用教材中,涉及了许多有关环境保护、绿色化学的知识点,比如环境污染、三废、大气污染物、酸雨、温室效应、光化学烟雾、固体废弃物、重金属污染等,紧密联系生活实际,强调走绿色化学之路的必然性和重要性。
2.结合绿色化工原理,正反对比,凸显绿色化学理念。化学教师的绿色意识是绿色化学走进课堂,潜移默化地传递给学生的前提,在课堂教学过程中,以目标物质在化工生产中的某一作用为切入点,通过寻找替代物质,并进行有针对性的对比,用事实凸显绿色工艺的优势。例如在介绍氯气的化学性质及其用途时,可以对比双氧水,在造纸工业中对于纸浆的漂白,双氧水等绿色氧化剂将逐渐取代氯气。因为使用双氧水做漂白剂,不会产生一些含氯的有毒有害物质,对环境比较有益。
二、在化学实验中践行绿色化学理念
化学是一门以实验为基础的科学,而化学实验往往存在“三废”的问题,面对绿色化学的新理念,我们可以从以下几个方面入手。
1.化学实验微型化。化学实验微型化是在满足获取化学信息目标的前提下,对化学实验进行重新设计与探索,使其尽可能减少化学试剂的用量。仪器装置小、化学试剂用量少是微型化学实验的两个基本特点。微型化学实验的试剂用量一般只为常规实验用量的几十分之一乃至几千分之一,能改善实验室环境,大幅度减少实验室空气和水体的排放污染,具有操作方便、节约药品、减少污染的优点,代表了绿色实验发展的方向。对氯气的性质实验进行改进后,可以将氯气的制备通过漂白液与稀硫酸在培养皿中反应制得,此反应生成的氯气迅速扩散到培养皿中的其他液滴里进行反应,具有生成的氯气量少、环境污染小、实验效果明显,且可同时验证多个性质的优点。
2.化学实验操作规范化。化学实验操作有非常严格的标准,比如药品的称量、试剂的取用、三废的处理等等,各个操作步骤必须严格按照标准来进行,否则,不但会造成药品、能源的浪费,污染环境,有时候还可能会发生比较严重的实验事故,给师生的人身安全及生活环境造成比较大的伤害。比如在进行化学实验时,实验“三废”必须严格按照标准无害化处理后排放。通过规范化的实验操作,培养学生的安全意识和绿色化学意识。
3.化学实验药品无害化。进行化学实验的目的是为了更直观地将一些实验现象或实验原理展示给学生,培养学生通过实验探索科学、获取知识的兴趣。能展示同一实验原理或实验现象的化学试剂可能并不唯一,通过对实验步骤或反应途径进行设计,尽可能选择一些对环境友好的原料、催化剂等。比如我们常用白磷来展示“自燃”这个实验现象,但有很多缺点,白磷毒性较大,且产物对环境污染也比较严重,此时我们可以用Mg2Si水解产生的SiH4在水面上自燃代替白磷,实验过程无毒无污染,体现了绿色化学的理念。
4.“三废”处理标准化。“三废”处理是化学实验过程中的重要组成部分,针对“三废”种类的不同,处理方法多种多样,但“无害化”是共同的标准。在实验过程中,作为教师应积极引导学生将各种废液、废渣按照处理方法不同,分门别类倒入各自的回收容器内,然后采用相应的处理方法,比如中和、分解、吸收、燃烧、回收循环利用等对其进行处理。
5.计算机辅助模拟高危实验。个别化学实验在操作过程中涉及到的有毒有害物质比较多,或危险系数比较大(易燃、易爆等),既对环境造成的污染比较大,又给师生身体安全及健康带来极大的危害,这些与绿色化学的目标和原则相违背,在这种情况下,采用计算机模拟就显得尤为重要。利用计算机技术对实验原理、实验设备、工艺流程进行模拟,使学生在仿真操作过程中有一种身临其境的感受,这样既有助于学生理解、掌握理论知识,又减少了“三废”污染。
三、在课外实践中延伸绿色化学理念
化学是一门与生活联系紧密的科学,让学生将课堂上所学的化学知识融入到生活当中,培养学生利用化学知识发现、解决生活中各种问题的能力,利用课外活动和社会实践来延伸学生的绿色化学理念。
1.设计实践性调研课题,调动学生求知的积极性。利用假期时间,带领学生调查本地区生活垃圾的分类、回收及循环利用的问题。比如废旧电池是如何处理的,如果处理不当会给我们的生活带来怎样的危害;家用洗衣粉的常用品牌、主要化学成分、对环境有何影响;“白色污染”的来源及可行的解决方法等,通过这些与化学有关的社会生活现象,让学生自己发现问题,提出自己的看法或解决方法,调动学生学习化学的积极性,树立正确的、绿色的化学理念。
2.开展绿色化学专题活动,引导学生树立绿色化学意识。邀请相关专家进入校园举办有关绿色化学的知识讲座、科普宣传等,并结合化学竞赛、化学板报,积极引导学生树立绿色化学的意识,同时,也可以组织学生对身边的一些污染现象进行调查,比如生活垃圾、造纸废水等,明确这些污染物的产生、危害及处理方法,使学生在课堂所学的化学知识进一步得到深化,培养其学习化学的浓厚兴趣,增强实践能力,最终提升学生的绿色化学理念。
四、结束语
总之,绿色化学是未来化学发展的必然趋势,也是我们人类生存、与自然和谐相处的根本保证,而高中教育是围绕全民族素质提高进行的教育,在高中化学教育中引入绿色化学的理念,使学生树立牢固的绿色化学观,引导他们成为有责任感的新时期社会主义接班人,对于中华民族的可持续性发展,具有非常重要的意义。
参考文献:
[1]李思思.基于绿色化学理念的实验改进[J].成功(教育).2011(10)
[2]冷平.浅谈化学教学中的绿色化学教育[J].辽宁教育行政学院学报.2010(04)
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