高中化学实验绿色化探索.docx
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高中化学实验绿色化探索
附件1：
全国优秀教育硕士专业学位论文推荐表
单位名称：
河南师范大学填表日期：
2008年11月8日
论文题目
高中化学实验绿色化探索
作者姓名
论文答辩日期
学科专业方向
侯文广
2007年6月2日
学科教学·化学
攻
硕
期
间
及
获
得
硕
士
学
位
后
一
年
内
获
得
与
硕
士
学
位
论
文
有
关
的
成
果
发表学术论文（题目，刊名，时间，社会影响）
论文所产生的实际影响（对作者工作及所在单位工作）
本人在我校各年级积极推广本论文的观点，实施绿色实验方案，实验效果也非常明显，并在一年多时间内回收制取氯气实验中的二氧化锰超过六千克，受到老师们的称赞，受到学校好评。
同时学生的绿色和环保意识显著提高。
其他学校也在采用，收到良好的社会效果。
出版专著（名称、出版社、出版时间）
获奖项目（名称、等级及时间）
基于论文中本人研制的仪器，我于2007年8月3日申请国家发明专利一项-----净气装置，申请号：
2007101289292
中文论文摘要（论文选题的意义，论文运用的主要研究方法，主要研究成果，主要参考文献）
现行高中教材中的化学实验存在许多污染问题，不利于培养学生的绿色意识，直接危害着师生的身体健康。
在人们的环境保护观念日益增强的今天，实现化学实验绿色化变得非常紧迫。
要实现中学化学实验绿色化，必须解决两个问题：
1、培养学生的绿色化学意识，提高全民的环保素养。
2、改革高中化学实验，消除现实存在的污染。
针对这两个问题，论文总结了对学生绿色实验意识进行培养的重要性，及其一系列的培养途径和方法，讨论了与培养内容有关的一些问题。
并以丰富的绿色化学资料和绿色实验设计方案为依托，以无数次的反复试验为基础，对教材中每个实验进行逐个研究，根据绿色化学原理提出了一套绿色实验设计方案。
现有仪器设备，不能较好的吸收实验中释放出的有毒气体，只能用通风设备排入空气，设备昂贵而污染并不能消除。
论文又推出了自行研制的毒气罩和组合试管，能使有毒气体变为其他物质，避免污染大气。
其中的毒气罩，可以用于实验中，也可以用于吸收实验以外的其他有害气体，是净化环境，消除空气污染的有效工具！
更系统的绿色实验理论，更详尽的绿色实验方案，为中学化学教师提供了有益参考，使绿色实验变得安全可靠，切实可行。
一定会对我们的绿色化事业起到积极的推动作用，使高中化学实验绿色化早日实现。
专家推
荐理由
论文总结了培养学生绿色实验意识的重要性，培养途径和方法，针对高中化学实验的环境污染问题，对每个实验进行研究，在多次实验的基础上，自行设计了一些实用的实验装置，对现行教材中的实验装置进行了改进，解决了中学化学实验中的环境污染问题。
发明的“净气装置”已通过国家专利局的实质审查。
同意推荐申报全国优秀教育硕士专业学位论文。
专家签字：
牛新书
单位推
荐意见
同意推荐。
学位评定委员会分会主席（签章）：
卓克垒单位公章
2008年12月8日
说明：
学科专业方向包括教育管理、教育技术、小学教育和学科教学，其中学科教学要说明具体方向，如学科教学（数学）。
本表可附页。
单位代码
10476
学号
0403182017
分类号
G633
硕士学位论文
高中化学实验绿色化探索
专业、方向
：
学科教学.化学
申请学位类别
：
教育硕士
申请人
：
侯文广
指导教师
：
蒋 凯教授
二００七年四月
StudyonEnvironmentAmicableMethodsforChemicalExperimentsofSeniorMiddleSchool
ADissertationSubmitted
totheGraduateSchoolofHenanNormalUniversity
inPartialFulfillmentoftheRequirements
fortheDegreeofMasterofEducation
By：
HouWenguang
Supervisor：
JiangKai
Date:
2007.4
摘要
现行高中教材中的化学实验存在许多污染问题，不利于培养学生的环保意识，也对师生的身体健康造成危害。
在人们的环境保护观念日益增强的今天，实现化学实验绿色化变得非常紧迫。
要实现中学化学实验绿色化，必须解决两个问题：
一是培养学生绿色意识，二是改革高中化学实验，消除现行实验的污染。
针对这两个问题，论文总结了培养学生绿色实验意识的重要性及其培养途径和方法，在反复试验的基础上，对教材中每个实验进行逐个研究，根据绿色化学原理提出了一套绿色实验设计方案，自行设计了一些实验装置，对现行教材中的实验装置进行了改进，解决了中学化学实验中的污染问题。
现行实验中产生的的有毒气体，只能用通风设备排入空气，设备昂贵而污染并不能消除。
我们改进和自行设计的实验装置（毒气罩和组合试管等），能将有毒气体生成无毒物质，避免污染大气。
这些绿色实验设计方案已在中学化学实验中使用，为中学化学教师提供了有益参考。
通过对绿色实验设计方案的不断改进、优化，使实验装置更加安全可靠，切实可行。
绿色实验设计方案的实施，有利于改善中学化学实验教学环境，增进学生的绿色化学和环境保护意识，提高全民的素质，实现社会的可持续发展。
关键词：
高中化学实验，绿色化学实验，实验方案，实验探索
Abstract
Currently,lotsofpollutionproblemsexistintheexperimentsinvolvedinseniormiddleschoolchemicalcourses,whichgivebadinfluencesoncultivatingstudents’environmentalprotectingspiritandcausedamagetothehealthofbothteachersandstudents.Nowadays,environmentprotectionhasbeendeeplyrootedinpeople’sconceptionandreceivedintensiveattention,thusitisimperativeforustoconstructenvironmentamicablemethodsforchemicalexperiments.
Inordertomakethechemicalexperimentsenvironmentamicable,twoproblemsneedtobesolvedatfirst,oneiscultivatingthestudentswithenvironmentalprotectingspiritandanotherisreformingthecurrentchemicalexperimentsofseniormiddleschooltoannihilatethepollutionscausedbytheseexperiments.Thisthesissummarizedthesignificancesandthemethodsofcultivatingstudentswithenvironmentalprotectingspirit,investigatedchemicalexperimentsofthetextbookbasedontherepeatedexperimentsandproposedaseriesofenvironmentamicableschemesaccordingtothegreen-chemistryprinciples,inaddition,someexperimentaldeviceswereoriginallydesignedtoimprovethecurrentexperimentalmethodsandfinallyeliminatetheexperimentalpollutions.
Poisongasesemittedfromthecurrentexperimentscanonlybeventilatedintoatmospherevialaboratoryventingequipmentswhichcostalotandcannoteffectivelyeliminatethepollutions.Weimprovedandoriginallydesignedexperimentaldevicessuchaspoisonmask,assembledtubesandsoonwhichcanconvertthepoisongasesintoharmlessthereforeavoidtheatmospherecontamination.Thesemethodshavealreadybeenappliedinchemicalexperimentsoftheseniormiddleschoolprovidingteacherswithbeneficialexamples.Bymeansoftheconstantlyimprovementandoptimizationoftheexperimentalmethods,theexperimentaldevicescouldbemoresafeandmanageable.Theemploymentofthesemethodscanamelioratetheexperimentconditionsoftheseniormiddleschool,enhancetheenvironmentalprotectingspiritofthestudents,improvetheoverallqualityofthepeopleandachievethesustainabledevelopmentofthesociety.
Keywords:
chemicalexperimentsofseniormiddleschool,environmentamicablechemicalexperiment,experimentmethods,experimentinvestigation
目 录
1.引言…………………………..…………………………………………………………1
1.1绿色化学与化学实验绿色化产生的背景…..…………………………………………1
1.2绿色化学实验在我国发展的现状……..………………………………………………1
2.绿色化学实验的理论基础….…………………………………………………………3
2.1绿色实验原理……..……….………..…………………………………………………3
2.1.1绿色化学…………………………..….…………………………………………………3
2.1.2化学实验绿色化概述…………………….……………………………………………4
2.2实现中学化学实验绿色化的途径…………..…………………………………………4
2.2.1通过绿色化学的理论和方法实现化学实验绿色化….……………..…………………5
2.2.2发展微型实验…………………………………………………….....…………………8
2.2.3最绿色化的途径——计算机辅助与多媒体仿真实验…………...……………………9
2.2.4简约化实验…………………………………………………….………………………11
2.2.5降低试剂浓度………………………………………………………………………11
2.2.6加大实验投入，改善实验条件……………………………….………………………12
2.2.7进一步进行化学教材改革…………………………….………………………………12
2.3培养学生绿色实验意识…………………………………….…………………………12
2.3.1化学教师要努力提高自身素质……………………….………………………………13
2.3.2培养内容…………………………………………….…………………………………14
2.3.3培养方法………………………………………………………………………………16
3.绿色实验改革实践……………………………………………………………………21
3.1介绍本人研制的实验仪器……………………………………………………………22
3.1.1毒气罩……………………………………………………….…………………………22
3.1.2组合试管………………………………………………….……………………………23
3.2对有毒气体逸出的实验进行改进……………………………………………………23
3.2.1污染较重 需要改进装置的实验……………….……………………………………23
3.2.2只需加毒气罩的实验…………………………….……………………………………36
3.3对产生残渣的实验进行改进…………………………………………………………38
3.4对产生废液的实验进行改进…………………………………………………………40
3.5基本没有污染的实验…………………………………………………………………43
4.结论…………………………………………………………………………………44
参考资料……………………………….……………………………..………………45
致谢………………………………………………………………..…………………47
独创性声明…………………………………………..…………………………………48
关于论文使用授权的说明…………….…………………………….…………………48
1引言
1.1绿色化学与化学实验绿色化产生的背景
环境保护问题是人类面临的三大问题（人口、能源、环境）之一。
地球只有一个，地球环境的好坏直接关系到人类能不能生存下去的问题。
因此，实施可持续发展战略、重视环境保护已成为世界各国的焦点，保护人类的生存环境已成为人们的共同呼声。
化学污染对环境、人类健康、社会发展的危害，越来越受到社会的普遍关注。
人们逐渐认识到，化学在造就更好的物质，创造更美好生活的同时，也为人类带来了严重的污染。
自然界中从未发现过的人工合成化合物正在以高速度增加，估计已有96000种化合物质进入人类环境，其中有许多是有毒化学物质，这些有毒物质通过各种可能的途径危害着人类的健康，而且，化学品的生产、使用与处理，给环境造成越来越严重的污染。
起初人们试图通过减少废气、废水和固体废弃物的排放量来解决污染问题，而后又通过法规来对废弃物进行管理。
废物控制和处理，环保监测、达标，事故责任赔偿等费用使加工费用大幅度上升。
因此，从环保、经济和社会的要求看，化学工业不能再使用和生产有毒、有害物质。
在严峻的现实面前，人们开始大力研究与开发“从源头上减少和消除污染”的化学途径和方法。
1990年美国颁布了污染防治法案，将污染防止确立为美国的国策，在该法案中第一次出现了“绿色化学”一词，其定义为：
采用最少的资源和能源消耗，产生最小的排放的工艺过程。
今天，绿色化学已成为全世界各国普遍接受并大力倡导实施的“人类、自然、环境”等可持续发展战略方针的重要组成部分。
化学教育是实施绿色化学的开端，教学实验是其中的关键所在。
因此，绿色化学教学实验，便成了绿色化学乃至整个可持续发展的一个重要环节，绿色化学实验作为一个名词在化学界被叫响。
1.2绿色化学实验在我国发展的现状
在我国，这种预防化学污染的理念和实践也正日益被认识、接受和重视。
为迎接世纪挑战的迫切需要而制定的《国家重点基础研究发展规划》，亦将绿色化学的基础研究项目作为其中的重要方向之一。
绿色化学实验，也是新课程反复强调的重要内容。
《化学课程标准》在课程性质中明确指出，要让学生懂得运用化学知识和方法去治理环境污染。
在教学中实施绿色化学教学，引导学生往绿色化学实验方面努力，让他们从化学启蒙教育的初始阶段就受到良好的绿色行为的熏陶。
因此，中学是进行绿色化学教育的关键之所在。
必须将绿色化学思想贯穿于中学化学教育尤其是化学实验教学整个过程中。
中学化学实验，直接反映化学与环境的关系，是进行绿色化学教育的前沿阵地。
然而，目前高中化学实验教学中存在许多问题，一：
有一定数量的有毒物质的制备和性质实验（如氯气的性质和制备实验，二氧化硫的制备和性质实验，硫酸、硝酸的性质实验，有机物的制备和性质实验……），这些实验对老师和学生身体健康的影响和对环境造成的污染是不可忽视的。
二：
目前学生数增多，学生分组实验所需的药品用量、化学仪器及实验后的废液、废气大量增加，所造成污染也愈加严重。
另外，中学化学实验所用药品种类繁多，试剂变化多，排放的污染物成分相当复杂，而且浓度高，累积的污染严重。
而我国的中学实验室还没有达到直接处理实验废弃物的能力，措施原始、不够科学。
这些问题的存在，不仅造成污染，危害师生健康与环境，而且会对学生的环保意识造成不良影响。
实现绿色化学实验，无害化处理实验的废弃物，争取达到零排放，已是迫在眉睫的事。
因此，必须用绿色实验观点，从节约资源和防止污染的角度来重新审视和改革当前的化学实验教学。
对学生绿色实验意识进行培养需要化学教师的系统的理论知识进行教育和指导；改革污染实验也必须具备现实的绿色实验方案。
然而，纵观目前专著和文章我们发现，展现在我们面前的，都是一些零零总总的资料，甚至没法得到一个完整的实验方案供我们应用。
因此，本文以绿色化学理论为基础，总结出一系列绿色实验理论。
以无数次反复试验为依托，逐个研究了教材中的每个实验，提出了一套实用的绿色实验方案。
这两部分内容，归结为绿色化学实验的理论基础、绿色实验改革实践两个部分。
弥补了以上不足，为实现高中化学绿色化提供了可靠的参考。
2绿色化学实验的理论基础
实现中学化学实验绿色化，首要条件是提高学生的绿色实验意识。
而培养学生的绿色意识，需要各学科教师对学生进行环保教育。
化学教师的责任尤其重要，既要懂得绿色化学原理，掌握教育方法，又要身体力行，为中学化学实验绿色化探索路径！
2.1绿色实验原理
2.1.1绿色化学
绿色化学（GreenChemistry），又称环境无害化学（EnvironmentallyBenignChemistry），环境友好化学（EnvironmentallyFriendlyChemistry），清洁化学（CleanChemistry）。
是指从污染预防的基本思想出发，在化学品生产的始端就采用预防的科学手段，实现整个过程和终端均为零污染或零排放，设计研究没有或只有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。
绿色化学的研究内容：
（1）开发“原子经济”反应（即反应具有高选择性，极少副产品，甚至实行零排放）。
（2）采用无毒、无害的原料。
（3）采用无毒、无害的反应条件（催化剂、溶剂）。
（4）采用无毒、无害的溶剂。
（5）利用可再生的资源合成化学品。
（6）产品应是对环境友好的。
它的具体内涵之一体现在“5R”上，即：
（1）减量：
Reduction“减量”是从省资源、少污染角度提出的，包括两层意思：
减少资源用量，在保证产量的情况下如何减少用量，有效途径之一是提高转化率，减少损失率；
减少“三废”排放量，主要是减少废气、废水及废渣（副产物）排放量，特别是排放废水量必须降低到一定标准以下。
在我国的台湾，实验室废水排放制定有严格的标准。
（2）重复使用：
Reuse重复使用不仅是降低成本的需要，也是减废的需要。
如下文实验改进中，双氧水分解所用的催化剂，是将银或者二氧化锰固定下来。
（3）回收：
Recycling回收可以有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求，回收包括：
回收未反应的原料，回收副产物（含“三废”），回收助溶剂、催化剂、稳定剂等非反应试剂。
如：
本文化学实验改进中各种产物的回收方式。
（4）再生：
Regeneration再生是变废为宝、节省资源能源、减少污染的有效途径。
它要求化学产品生产在它设计的开始，就应考虑到有关原材料的再生利用。
如下文实验改进中，制取氯气所用的二氧化锰即可再生。
（5）拒用：
Rejection指对一些无法替代，又无法回收、再生和重复使用的毒副作用、污染作用明显的原料，拒绝在化学过程中使用，是杜绝污染的最根本方法。
绿色化学的另一个核心内容是“原子经济性”，即充分利用反应物中的各个原子，因而既能充分利用资源，又能防止污染。
原子利用率越高，反应产生的废弃物越少，对环境造成的污染也越少。
在学术界被日益重视的绿色化学现代内涵已得到理解，但它的概念与内涵在教学中也应得到贯彻，它的应用在实验中应该得到推广。
特别是中学化学教学，面对的是接受启蒙化学教育的中学生，贯彻绿色化学内涵，推广绿色化学成果显得尤为重要。
2.1.2化学实验绿色化概述
所谓“绿色”，是指一种保护环境，保护资源，可持续发展的理念。
化学实验绿色化是以绿色化学的理念和方法为核心和基本原则，对化学实验进行改进，使化学实验过程达到绿色化的方法。
它是绿色化学理念在实际工作中的体现，其最终目的是使化学及其应用达到与人类生存环境的协调，也就是绿色化的要求。
当然，它还应满足技术上经济合理的传统要求。
（一）绿色化学实验遵循绿色化学的12条原则
（1）防止污染优于污染后形成处理。
（2）设计合成方法时应最大限度地是所有的材料最终全部转化于产品中。
（3）设计化学产品时应尽量保持其功效，降低其毒性。
（4）尽量不用辅助剂，需要使用时应尽量采用无毒物质。
（5）能量使用应最小，并应考虑其对环境经济的影响，合成方法应在常温常压下操作。
（6）最大限度地使用再生原料。
（7）尽量避免不必要的衍生步骤。
（8）催化剂优于化学计量试剂。
（9）化学品应设计成使用后容易降解成为无害类物质。
（10）尽可能使反应中生成的物质对人类环境无毒性或毒性小。
（11）分析方法应能真正实现在线监测，在有害物质前加以控制。
（12）化工生产过程中，各物质的选择和使用，应使化学事故的隐患最小。
（二）绿色化学实验的研究内容
绿色化学实验是设计研究没有或尽可能小的环境副作用的、并在技术上、经济上可行的化学品和化学过程。
它是实现化学实验中污染预防的基本和重要的科学手段。
绿色化学实验研究的内容显然要包括化学反应过程的4个基本要素：
一是研究、变换、设计、选择对人类健康和环境友好的原材料或起始物；二是途径；三是研究最好的转换反应和催化剂；四是设计或重新设计对人类健康和环境更安全的目标化合物（产品）。
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