綠色化學實驗研究論文

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摘要：化學教學創新教育模式中，關鍵的一環是必須盡可能讓學生在課堂上邊學邊做實驗。綠色化學實驗是化學教學中實施創新教育的重要內容和必要保證。

關鍵詞：創新教育綠色化學實驗

1999年6月13日頒布的《****中央國務院關于深化教育改革全面推進素質教育的決定》中明確指出：實施素質教育是“以培養學生的創新精神和實踐能力為重點”。化學創新教育是對學生實施素質教育的重要組成部分之一。

1化學教學中創新教育模式的研究

化學是一門以實驗為基礎的學科，在化學教學中，要把培養學生的創新精神和實踐能力作為素質教育的重點，就要改革“填鴨式”的化學教學模式，積極實行啟發式和討論式教學，激發學生獨立思考和創新的意識，切實提高教學質量。要讓學生感受、理解化學知識產生和發展的過程，培養學生的科學精神和創新思維習慣，重視培養學生收集信息的能力、獲取新知識的能力、分析問題和解決問題的能力。

培養學生的創新精神，必須遵循思維科學的規律。人的大腦兩半球基本上是以不同的方式進行思維的[1]，左腦傾向于對抽象材料（概念、數字、理論）形成概念、作出判斷、用推理的方式進行抽象思維；右腦則通過對形象材料、表象的加工改造進行形象思維。一個人的思維分為三種：抽象（邏輯）思維、形象（直覺）思維和靈感（頓悟）思維。創造思維是思維的最高形式，創造活動是通過抽象思維和形象思維協同進行的。通過對創造過程四個階段的研究結果說明，形象思維在創新過程中，起著關鍵的作用[2]。所以，我國著名科學家錢學森說[3]：“我建議把形象思維作為思維科學的突破口。”

可是在教學理論上，由于“左腦優勢”理論的長期影響，多年來化學教學一直偏重于運用左腦的功能，而忽視了右腦的開發。長期以來在化學教學中對操作性知識，主要是由老師“代勞”（演示實驗），理論知識是由課本和老師先入為主地描述給學生，這對右腦的開發和真正學好化學是無太大價值的，從而使化學教學失去了在對學生實施素質教育系統中別的學科不可替代的特殊作用。

在化學教學中實施素質教育，就要根據化學的學科特點，有意識的開發學生右腦智力，把兩種思維有機地結合起來，這樣才會使教育思想、教育方法、和教學過程發生深刻的變化。

化學教學的創新教育模式[4]中，關鍵的一環是必須盡可能讓學生在課堂上邊學邊做實驗。在教師引導下，學生自己做未知的實驗（而不是由老師進行演示實驗），強烈的好奇心和豐富多彩的實驗現象，能激發學生認真地進行實驗操作，仔細地觀察實驗現象，深入地分析和探索實驗現象的本質。在這種生動活潑的啟發式和討論式教學中，大量的實驗表象在學生的右腦里積累，能促進學生形象思維能力的發展；積極主動地對化學實驗現象本質進行探索，能促使學生左腦抽象思維能力的提高。這種左右腦協調發展，創新思維能力得到提高[5]，實踐能力得到增強的化學課堂教學，是我們在實施素質教育過程中要探索的化學教學創新教育模式的重要組成部分。

2綠色化學實驗是實施化學教學創新教育模式的重要保證

綠色化學（Greenchemistry）是一門從源頭上阻止污染的化學[6]，是可持續發展戰略在化學領域里的體現。它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、生態環境有害的化學物質的使用和產生。把綠色化學思想貫穿在化學教學的全過程中，一方面是為了從小培養有強烈環保意識的人，另一方面綠色化學實驗本身就是化學教學中實施創新教育的重要內容和必要保證。

讓學生在課堂上邊學邊做實驗，應該具備以下基本條件：

（1）有適合于學生在課堂上操作的小型、便攜、易掌握、能快捷裝配的實驗儀器；

（2）取藥品方便，實驗安全，試劑用量少，產生的廢液少，幾乎沒有毒氣污染。

我們研制的“大學中學通用化成套微型化學實驗儀器”為學生在課堂上邊學邊做實驗提供了硬件實驗設備。學生手提實驗箱進入課堂，在沒有通風設備并且坐得滿滿的課堂里邊學邊做實驗，重要的問題之一，就是學習過程幾乎得在沒有毒氣污染的環境中進行。所以，對綠色化學實驗的研究，就成為我們在實施化學創新教育過程中必須認真研究的問題。

2．1綠色化學實驗的研究

化學教學中綠色化學實驗的研究，涉及到實驗指導思想、實驗內容選擇、實驗儀器研制、化學反應過程、實驗裝置和步驟的設計等實驗各方面綠色化的研究。目前我們主要在以下方面進行了初步的研究與教學實踐：

（1）研究新的綠色的化學實驗：根據化學教學需要，發現、設計或選擇沒有污染和安全的實驗取代那些污染嚴重或危險性大的實驗。

（2）深入對微型化學實驗的研究：在能獲取所需化學實驗信息的前提下，采用“盡可能少劑量實驗”，以減少或消除實驗廢物。

其中，加強對無毒氣污染實驗的研究是綠色化學實驗研究的一個重點，因為，消除了有毒氣體的污染就是消除了基礎化學實驗中最大的污染源。我們在采用微型化學實驗進行“化學教育中的創新教育模式”實驗班的教學實踐中，對綠色化學實驗問題進行了初步的研究與實踐，營造了較為良好的課堂實驗教學環境。

2．2綠色化學實驗研究實例

不同濃度的HNO3與Cu的反應，是證實不同濃度的HNO3氧化性不同的典型實驗，在高中和大學的化學實驗里都有。實驗中，濃烈的有刺激氣味的NO2毒氣，彌漫在實驗場所，嚴重地影響著師生的身體健康。為了能保留這一典型實驗，又不污染環境，我們進行了無毒氣污染的Cu與HNO3反應實驗研究，并在貴陽清華中學高一年級57人的實驗班中進行了教學實踐檢驗。

2．2．1實驗過程

銅與硝酸反應

我們使用的是由教育部中國教學儀器設備上海公司推廣的大中學校通用化成套微型化學實驗儀器。

儀器：微型化學實驗操作臺120mm×200mm、10mL的雙頸燒瓶、小胖肚滴管(每毫升約20滴)、連接管、U形管反應器。

試劑：濃HNO3（0.5mL）、細銅屑（芝麻大小的約6粒）。

材料：PH試紙（0.5cm2）。

學生在1分鐘內安裝好了實驗裝置（如圖1所示）。向雙頸燒瓶內放入4粒左右的銅屑；將吸入了濃HNO3的小胖肚滴管緊塞在雙頸燒瓶的左頸上；把2粒銅屑放入U形管反應器的彎管處，并向彎管處滴入約6滴蒸餾水（水剛好封住彎管）；把潤濕的PH試紙放在U形管反應器的右管口（只留約0.2mm的縫）。

向雙頸燒瓶內先滴入約4滴濃HNO3，Cu與濃HNO3反應，雙頸燒瓶內立即充滿了紅棕色的NO2氣體：

Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

NO2氣體經連接管進入U形管彎管處的水里，并與水反應，生成HNO3和HNO2:

2NO2+H2O=HNO3+HNO2

在室溫下HNO2迅速歧化，因而總反應是：

3NO2+H2O=2HNO3+NO

當雙頸燒瓶內的反應減緩時，可以再逐滴滴入4滴濃HNO3，使不斷產生的少量NO2氣體，能緩緩通入U形管中的水里，充分與水反應，生成稀HNO3。

在這過程中，我們可以明顯地觀察到：起初放入U型管內水中的銅屑，沒有與水反應，但當NO2通人水中后，慢慢地發現銅的表面產生了氣泡，生成的氣體是無色的NO氣體：

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

NO氣體升到U形管管口，被空氣中的氧氣氧化：

2NO+O2=2NO2

生成的NO2氣體與U形管管口上潤濕的PH試紙里的水反應，生成HNO3，使PH試紙變紅。當PH試紙變紅后，可以把用水或堿液潤濕的小棉花球放在U形管管口上，把產生的剩余NO2吸收掉。

為了驗證是NO2與水生成HNO3使PH試紙變紅，而不是NO與水反應使PH試紙變紅（NO幾乎不溶于水）。

把稀硝酸與銅反應生成的無色NO，直接通人水中，結果，經過較長時間不能使水中的PH試紙變紅，而洗氣頭出口處的NO氣體與空氣中O2反應生成NO2后，與管口潤濕的PH試紙里的水反應生成HNO3使PH試紙變紅。

2．2．2實驗的優點

（1）前一步反應的有毒產物是下一步反應的反應物，使前一步的有毒產物能得到很好的利用，在實驗過程中幾乎沒有毒氣散發在實驗場所的空氣里：

Cu與濃HNO3反應的產物NO2，是U形管內NO2與H2O生成稀HNO3的反應物；

N

O與O2在U形管口反應的產物NO2，是潤濕試紙上的水與NO2反應的反應物。

（2）與常規實驗相比較，這個實驗能較好地顯示出濃硝酸與稀硝酸、NO與NO2的區別與聯系。

（3）該實驗的試劑用量少，僅為常規量的十分之一左右，使實驗的廢棄物大大減少，而實驗現象明顯。

（4）該套儀器裝置小巧，使用方便，全用標準10號磨口進行連接，可以快捷地安裝實驗裝置。

（5）有利于進行啟發式和討論式教學：帶著“不同濃度硝酸的氧化性相同嗎？”的問題，在課堂上由教師指導，每個學生邊學邊做圖1的實驗（也可以分組邊學邊做實驗）。在認真觀察的基礎上，深入對實驗現象的本質進行深入研究，并對討論結果進行驗證，有利于對學生的創新精神和實踐能力得到培養。

3綠色化學實驗研究的展望

綠色化學實驗是綠色化學新理念在化學教學中的具體體現，是化學教學中實施創新教育的重要內容和必要保證。在化學教學過程中，綠色化學實驗不僅能使實驗者在良好的實驗環境中工作和學習，而且能使學生在實驗過程中培養預防化學污染的思想和學習消除或盡可能減少毒氣污染的實驗技術。對綠色化學實驗的研究，將為我們在化學教學中實施創新教育作出應有的貢獻。

4參考文獻

[1]T.R.布萊克斯利.右腦的奧妙與人的創造力，國際文化出版公司，1988：102.

[2]溫寒江.開發右腦，浙江教育出版社，1997：44-50.

[3]錢學森.關于思維科學，上海人民出版社，1986：129-141.

[4]錢貴晴.微型化學實驗與創新教育，化學通報，1999，（5）：2-6.

[5]戚昌滋.創造性方法學，中國建筑工業出版社，1987：538-581.

[6]閔恩澤，傅軍.綠色化學的進展，化學通報.1999，（1）：10-15

[7]錢貴晴.微型化學實驗與M.L.的研制，化學通報，1999，（1）：48-51.