綠色化學的核心概念范文
時間:2023-11-20 17:28:25
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長期以來,學?;瘜W實驗側重較單一的教材知識和驗證性實驗,缺乏綜合性實驗,學生長期處于一種“實驗—污染—再實驗—再污染”的模式中,這容易使學生形成“環境保護就是治理污染”的錯誤思維方式。這就需要對化學課程進行改革,改進實驗內容,引導學生樹立正確的化學理念,開展化學實驗綠色化就能很好的體現當前素質教育的要求。
一、新課程的理念與創新
教育改革的核心是課程改革,創新是教育制度改革的靈魂,教育制度創新的重點是課程創新。新課程與以往相比有著重大變化,它全面推進素質教育,努力培養學生健全的個性和完整的人格,重視學生的實踐能力、創新精神、健康的審美情趣的形成以及科學和人文素養的培養等?;瘜W科學尤其是化學實驗需要在實踐過程中融入新課程改革的思想和理念,注重培養學生的實踐能力和創新能力。
二、綠色化學概述
綠色化學又稱環境無害化學、清潔化學、環境友好化學,是指設計沒有或者只有盡可能小的環境負作用,并在技術上和經濟上都有利的化學品和化學過程。
綠色化學的提出是可持續發展對環境的挑戰。它是一門從源頭上防止污染的化學,其核心內涵是在反應過程和化工生產中,盡量減少或徹底消除使用和產生有毒物質,減少化學污染的生成。
1. 綠色化學的特點
綠色化學研究的中心問題是化學反應。化學工藝及其產物具有四方面特點:①化學反應的原料是無毒無害的;②反應條件如溶劑、催化劑是無毒無害的;③反應產物是對環境是友好的;④化學反應具有原子經濟性,廢物無污染。
2. 綠色化學研究的內容
一般來說,一個化學反應受四方面影響:①反應原料的性質;②反應條件;③反應產物的性質;④反應合成的路線。這四方面也是綠色化學研究的內容。
當前綠色化學研究的重點是:①改進實驗,研究變換反應原料,設計對人類健康和環境保護的物質,這是綠色化學的關鍵部分;②改善反應條件,提高產率,減少廢物的生產和排放,降低危害;③選擇更安全、對環境更友好的合成路線。綠色化學著眼于安全、環保這兩個概念,不僅針對人類的健康,還包括整個生態環境的保護。
三、化學實驗綠色化研究
1. 化學實驗綠色化
化學實驗綠色化是以綠色化學的理論和方法為核心和基本原則,對化學實驗進行改進,盡可能減少環境污染或無污染,使化學實驗過程達到綠色化的方法。
化學實驗綠色化是新世紀化學實驗改革的重點方向和嶄新課題,是用預防化學污染的新思想和新技術對常規實驗進行改革而形成的化學實驗新方法。它的目標是選擇對環境無毒無害的反應原料來進行化學實驗,合理的設計實驗裝置,嚴格要求實驗過程,并妥善做好實驗后的處理工作,使整個化學實驗實現零污染。通過上述來實現綠色化學的要求和目的。轉貼于
2. 實現化學實驗綠色化的方法和途徑
(1)樹立綠色化學思想觀念,增強環境保護意識
在化學課堂教學和實驗過程中注重向學生灌輸“綠色化學”的理念,具體體現綠色化學的新概念、新方法和新技術。這不僅能夠使綠色化學的概念植入學生的頭腦中,還能使學生在實驗過程中培養預防化學污染的新思想。
(2)開展微型化學實驗
在微型化的實驗裝置中進行的化學實驗稱為“微型化學實驗”。微型化學實驗著眼于環境安全和污染預防的需要,其試劑用量是常規實驗的十分之一,反應時間節約三分之一。由于反應的原材料大大減少,實驗設計時更安全,且污染小、效率高,更貼近綠色化學的要求。
(3)改進對環境危害較大的實驗
許多有機化學反應如溴苯的制備;具有放射性元素參與或生成的反應等,應該廢除或改進。這些化學實驗對人體健康和自然環境造成了嚴重的危害和污染,應選擇無毒害的實驗或毒性很小的實驗來代替。
(4)利用計算機輔助多媒體仿真實驗
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關鍵詞:綠色化學;大學化學;應用
中圖分類號:X13 文獻標識碼:A
引言
隨著社會的不斷進步,人口數量急劇增加,面對資源的不斷消耗,人均資源占有量日益減少,此外,人類生活中排放的大量生活污染物和工業生產中產生的大量工業污染物使人類生存環境迅速惡化?;瘜W品及其生產過程對環境造成的污染不容忽視,嚴峻的資源匱乏及環境污染為化學工作者帶來了前所未有的挑戰。自20世紀90年代初,綠色化學受到越來越多的關注。當今國際化學科學爭相將綠色化學視為化學研究的前沿和熱點,綠色化學已成為實現我國經濟可持續發展急待解決的重大科技問題。普及綠色化學知識,灌輸綠色化學思想,最有效的方式是將綠色化學引入大學化學教育體系。目前,我國已將綠色化學教育作為大學化學教育的重要組成部分帶入大學化學課程中。
1綠色化學的內涵
綠色化學(Green Chemistry)是指在制造和應用化學品時,實現原料的充分有效利用,消除或避免廢物的產生,避免使用有毒、危險的試劑,建立環境友好的生產工藝,使化學工業實現可持續發展。
綠色化學的核心內容是原子經濟性,理想的原子經濟性反應是原料分子中的原子全部(100%)轉變成所需要的產物,不產生廢物或副產物。綠色化學具有以下顯著優點:(1)從經濟觀點看,綠色化學合理利用資源和能源,符合可持續發展的要求;(2)從環境觀點看,綠色化學以廢物零排放為目標,力爭從根本上消除環境污染;(3)從科學觀點看,綠色化學與社會發展相適應,在傳統化學的基礎上進行了創新。
2綠色化學在大學化學教育中的應用
綠色化學作為一種指導思想,更是一種教育手段,將綠色化學的理念帶進高校化學教育的課堂,引入的不是一門獨立的學科,也不只是一種先進的概念,而是通過廣泛的宣傳教育,通過將綠色化學作為一門普及的課程,培養學生自主的綠色化學意識。綠色化學教育可以培養和增強學生的環保意識,激發學生的學習興趣和創新能力,從而對學生價值觀、人生觀的形成均產生積極的影響。大學化學教育工作者首先應該結合實際情況,在化學教育過程中融入綠色化學理念,使學生在掌握基本化學原理的同時,能夠主動運用綠色化學的思維去處理問題,成為更能滿足社會可持續發展需要的綠色人才。
首先,綠色化學由于具有成本低、轉化率高、環保等特點,已在無機合成化學中得到廣泛應用。如通過熱化學循環分解水制備氫氣,利用核能或太陽能進行大規模、無污染制備氫氣;水熱/溶劑熱合成是無機合成最好的方法之一,其具有密封,原料不泄露,不會造成環境污染,低碳等優點,如利用水熱/溶劑熱合成微孔材料及功能粉料等。
其次,有機化學教學應從綠色化學的角度考慮,從以下方面著手:(1)目標產物綠色化;(2)反應條件綠色化;(3)單一反應的原子利用率;(4)反應試劑綠色化。如烯烴和溴的加成反應可在陽光的引發下完成,太陽輻射能是一種無污染的綠色能源,能夠直接利用太陽輻射能是綠色化學家們所追求的,也是解決目前資源有限、環境污染及全球變暖等問題的根本出路。
3綠色化學在化學實驗教學中的應用
化學實驗綠色化是21世紀大學化學實驗課程改革的重點方向。針對我國高等院校實驗教學中普遍存在的環境污染問題,我國大學化學實驗教學中需要開展以綠色化學為理念的實驗體制,體現了環境保護和綠色化學的要求。
(1)培養學生綠色化學新理念
教師在化學實驗教學中,應有意識地將綠色化學的理念和可持續發展觀借助教學過程傳遞給學生,在潛意識中為學生注入綠色化學的思想,讓學生真正了解綠色化學,意識到綠色化學對于保護人類、資源及生存環境的重要性,讓學生從內心牢固地樹立綠色意識,在生活及今后的工作中自覺地養成環保習慣。
(2)改進常規實驗方法
在達到實驗目的的基礎上,將常規實驗按照一定的比例縮小。既減少了試劑的用量,降低了實驗成本,又可以減少“三廢”物質的排放量,另外還節省了資源,減少了對環境的污染。設計綜合性實驗。將多個實驗按照實驗的內在聯系有機地串聯起來,將上一個實驗的產物作為下一個實驗的原料,合理利用實驗產物,減少產物的處理工作,既可以減少重復性實驗操作,縮短實驗時間,也可減少污染物產生的數量。通過以上兩個簡單的方法可以實現化學實驗綠色化,另外還可通過多媒體教學等手段實現化學實驗的綠色化。
(3)積極處理“三廢”
針對實驗中產生的廢水、廢渣、廢氣,采取相應的措施進行處理,例如每間無機實驗室均需安置一個專門的廢液收集桶或廢渣收集處,在實驗過程中統一收集,實驗結束后統一處理;針對廢氣可以通過安裝正壓送風系統,有效地處理實驗過程中產生的廢氣。
4綠色化學課程的設置
化學教育工作者不僅要關注自己的教學任務,還應當時刻注意收集國內外最新的綠色化學信息和成果,充分挖掘和利用教材中的相關內容進行剖析,做到與時俱進,使課程內容新穎,將綠色化學融入理論教學中,時時刻刻以的思想指導教學。培養學生節約資源和能源、保護環境的意識,從思想教育和技術教育兩方面對其進行教育。
化學、化工類專業學生具有較好的化學基礎知識,對于這部分學生可以通過開設綠色化學必修課,不僅僅讓學生了解綠色化學,更重要的是在實際生活中能夠運用綠色化學的理念。對于非化學、化工類專業的學生應開設綠色化學公共選修課,主要學習綠色化學的科學思想、灌輸綠色化學理念,讓其養成綠色化學意識。
結語
綠色化學作為一種全新的概念,從防止污染和節約資源的觀點對傳統化學進行了重新審視,并在傳統化學的基礎上進行改革,與單純的環境保護不同,綠色化學是對人類與環境友好的化學。高等學校的化學教育目的是為國家培養和造就化學高層次的人才,面對化學由傳統化學向綠色化學邁進的新變革,化學教育工作者應在大學化學教育中時刻體現綠色化學思想,培養學生的綠色化學理念,培養具有綠色化學意識的化學人才。
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1、淺析高中綠色化學教學
1.1高中綠色化學的主要內容
要想在高中化學中貫徹好綠色化學的思想,就要在教學的各個方面都要著重體現出綠色環保的意義。如教師的備課內容要與綠色化學相結合;實驗教學課程的過程中要全程注意做到無害和環保;學生對化學原理的理解也都要引導其從綠色化學的角度去思考;將綠色化學與生活實踐充分結合起來等。
高中綠色化學的教學模式擺脫了傳統的應試教育思想禁錮。使學生不僅從中學到了化學的理論知識更提高了注重環保的思想素質。真正實現了利用化學知識為生活服務的最終目的。生活中要如何利用化工原料進行生產操作以及要如何處理產出的廢物等工作都離不開綠色化學的指導。
高中綠色化學的教學目的除了使學生能夠樹立環保意識和在生活中學以致用外,另一個重要的方面就是使環保思想滲透于人們的日常生活中。綠色化學與傳統教學的區別就在于傳統教學只需要學生掌握課堂上所學的理論知識,而綠色化學則是需要學生既要掌握理論知識又要注重環境保護。
1.2綠色化學的重要影響
從高中開始就在化學教學中給學生貫徹綠色化學的思想理念,其目的旨在使人們在學生時代就知道當今的社會環境急需要快速有效的降低化學生產所帶來的污染,消除化學生產中排出的有害污染物質。而這一目的可以通過對可再生資源的循環利用來逐步實現。在高中化學教學中,綠色化學思想的貫徹具有十分重要的指導作用。
通過綠色化學主要理論觀點與內容和傳統化學理論與方法的融合,在高中教學過程中不僅可以保證化學教學的有效進行,而且還可以使學生們充分了解綠色化學的思想理念從而做到有效的環境保護。
2、高中綠色化學的教學內容
2.1高中化學理論教學
要想在理論教學中貫徹綠色化學的思想,需要從教材中的事例入手。比如教師在講到氮與硫的氧化物這一段時,可以舉例從酸雨是如何形成的、酸雨的危害性以及如何防治酸雨這三個方面進行詳細的講解。在講到金屬知識這一段時,可以舉例從金屬會對人體造成哪些傷害以及如何有效開采利用礦產資源兩方面進行詳細講解。使學生在事例中能夠更加輕松的掌握充分的理論知識,在以后的學習和生活中也能夠繼續貫徹綠色化學的思想理念,從保護身邊的環境、防止身邊的污染做起。
2.2高中化學實驗教學
要想在高中化學中貫徹綠色化學的思想理念,就要保證在實驗教學的過程中原料的(可再生)選擇、全過程的(綠色化)監控、實驗產物的(環?;┨幚磉@三個環節的綠色無污染。使環保理念與實驗環節在課堂上緊密相連。只有實現化學實驗教學的無害化,才能真正使學生們將所學到的化學理論與環保理念完美的相融合。
3.高中綠色化學教學實踐
3.1充分利用多媒體進行授課
現階段,多媒體教學隨著計算機的飛速發展,已經普及到了各個學科的教學中去。通過多媒體進行教學不僅可以實現傳統書本授課所達不到的教學效果,激發學生們對化學學習的濃厚興趣,而且還可以在節約實驗成本(在高中化學教學中有很多的教學實驗條件比較復雜而且污染比較嚴重,有時無法一次性成功完成,不僅浪費原料還造成重復污染)的同時保證教學授課效果達到預期的目標。
3.2重點推行微型實驗
在進行微型實驗的過程中,不僅可以節約實驗試劑,而且還能減少實驗有害物的產生。從綠色化學的角度出發,微型實驗不僅僅只是傳統大型實驗的濃縮版本,而且還是有效節約實驗成本、保護實驗環節和學生身體健康的得力教學方法。值得各個中學在高中化學實驗教學中進行推廣。
3.3整個實驗過程的綠色化
所謂實驗過程的綠色化就是在整個高中實驗教學過程中達到綠色實驗的目的。高中綠色實驗教學的整個過程可以大致的分為三個階段,首先是在選取原材料的時候要注意材料是否可以進行再次的利用;其次是在設計整個實驗環節步驟的時候要注意避免實驗過程對周圍環境造成的污染和破壞并有效減少有害物質的產生;最后是對于教學實驗中產生的有害物質要注意采用環保的手段進行處理。
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關鍵詞:綠色化學;化學教育;教師意識;重要性
化學教育的目標是普及化學知識、培養能力,它是培養高素質人才的重要組成部分。因此,如何把綠色化學與化學教育結合起來,成為化學工作者的一個巨大的挑戰。
如要將綠色化學的觀念融入到化學教育領域,則要從兩個方面入手:第一、培養教師的綠色化學意識。教師在教學活動中直接或間接的影響著學生,因此培養教師的綠色化學意識對學生對綠色化學的認識就顯得尤為重要。第二、對學生進行綠色化學教育、普及綠色化學知識。使綠色化學意識深入到每一個中學生的心中,體現在每一個中學生的日常行為中。
1、綠色化學的定義
“綠色化學”由美國化學會(ACS)提出,目前得到世界廣泛的響應。其核心是利用化學原理從源頭上減少和消除工業生產對環境的污染;反應物的原子全部轉化為期望的最終產物。綠色化學的核心內容主要體現在五個“R”上。第一是Reduction―“減量”,即減少“廢水、廢氣、固體廢棄物”排放。第二是Reuse―“再利用”。第三是Recycling―“回收”,可以有效實現“省資源、少污染、減成本”。第四是Regeneration―“再生”,即變廢為寶,節省資源、能源,減少污染。第五是Rejecton―“拒用”,指對一些無法替代,又無法回收、再生和重復使用的,有毒副作用及污染作用明顯的原料,拒絕在化學過程中使用,這是杜絕污染的最根本的途徑[1]。
2、化學教育與綠色化學
化學教育的目標是普及化學知識、培養能力,它是培養高素質人才的重要組成部分?;瘜W教育貫穿于化學學習的全過程中,在化學知識普及的初期,學生處于啟蒙階段,在此時,實施綠色化學的概念傳輸,對于學生綠色化學意識的建立是至關重要的。
2.1 加強教師的綠色化學意識
教師是教學活動的主導者,知識的講解者,對于學生知識、情感態度價值觀的建立都有著一定的影響。只有教師具有綠色意識,才能培養學生的綠色意識,促進學生的學習和情感態度價值觀的培養。而對于我國大多數的教師,他們習慣于傳統的教學模式,不愿意去改變,這些都無法實現綠色化學教育。因此?,F在教師的綠色化學意識培養與加強就顯得很重要。作為一個化學教師,為了促進教學,促進綠色化學滲入教學領域中,就必須做到:及時了解最新的環境信息,及時掌握相關環境動態;培養自身環境意識;時常構思相關環境問題的治理對策,善于和學生討論交流,傾聽學生的意見,培養學生的創造性思維,刻意培養學生綠色化學意識。
2.2 實施綠色化學教育
教師在日常的教學活動中引入綠色化學的相關知識。例如,在做CO還原Fe2O3實驗時,為防止未反應的CO污染空氣,進行尾氣處理,引導學生探討尾氣處理的方法,促進學生形成綠色化學意識。在做MnO2制取氧氣實驗中,MnO2作為催化劑,實現循環使用,這是實驗過程真正實現重復使用節約資源能源的化學實驗要求。在教學活動中,針對相應的環境污染事件進行綠色化學教育,共同探討相關問題。例如,針對現今存在的溫室效應問題,教師組織相應的教育教學活動,讓學生討論起因,相應的對策。使學生充分了解現在存在的環境問題的同時,讓學生針對問題進行思考。針對酸雨侵蝕文物的事件,倡導他們主動去了解相應的環境問題以及帶來的危害。使他們形成關注環境問題,鼓勵他們用綠色化學的思想去思考生活中的各種現象,形成綠色化學意識。
3 化學教育中滲入綠色化學的重要性
現階段,許多學校已經開設綠色化學相關的學科課程,將綠色化學相關知識滲入到化學教育活動中對于學生的培養與教育十分重要。
3.1 綠色化學教育有利于創新性思維的培養
在化學教育的過程中引入綠色化學的知識和相關概念,引發學生思考,有利于學生創新性思維的培養。例如,在做CO還原CuO實驗時,需要進行尾氣處理,此時便可以引導學生,讓學生進行協作討論,培養合作精神,同時讓學生自己主動去想象相關對策解決問題,培養了學生的創新性思維,讓學生進行尾氣處理,增強學生的環保意識,培養學生綠色化學意識。“原電池”一節中引入存在的電池污染問題,引導學生關注環境問題,培養學生綠色化學意識,讓學生進行思考、討論。
3.2 綠色化學教育有利于價值觀的培養
化學中有許多的實驗,在實驗過程中,有目的的節約原料,潛移默化的影響學生,使學生明白在化學實驗過程中,原料節約的重要性,引導學生形成綠色化學意識,形成節約的好習慣,也有利于學生金錢觀的端正?;瘜W實驗中也會存在“廢氣,廢液,固體廢棄物”的處理與排放,教師適當的引入相關內容,給以學生正確的做法,有利于形成環境友好型化學實驗,利于學生綠色化學意識的培養。
3.3 綠色化學教育有利于可持續發展
化學教育者要樹立可持續發展的觀念,將綠色化學的觀念滲入到化學教育的全過程中。讓學生明白“竭澤而漁”式的經濟發展終歸是沒有用的,使他們明白地球上的資源,能源總會有消耗M的那一天,我們不能為了謀求發展就大肆浪費,過度使用。在教學過程中,可以相應例子,說明“竭澤而漁”式發展的后果,使學生明白綠色化學、可持續發展的意義。
3.4 綠色化學教育有利于培養學生關愛生命的情感
前些年的一些商家為了謀求利益制造了所謂的“三聚氰胺奶粉”“蘇丹紅的鴨蛋”等等,以此為例教育學生,使他們明白生命的可貴性不是錢可以衡量的,謀求利益固然沒錯,但是這不能是建立在他人的健康上。據報道,據報道,每年都有數以萬計的人因食品污染、大氣污染、水體污染、土壤污染等因素導致死亡或誘發各種疾病而死亡。我國每年食物中毒人數約2~4萬人,并且估計這個數字尚不到實際發生數的1/10[2]。教師通過這些非綠色化學教育,喚醒學生的良知,使他們自覺愛護和保護我們懶以生存的生態環境,關愛生命。同時讓學生懂得,科學技術本身就具有生態價值,包含綠色化學在內的綠色科技,將使人類與自然在高層次上和諧相處。
綜上所述,將綠色化學滲入到化學教育中,對學生創新性思維、正確價值觀的培養,對可持續發展,以及培養學生關愛生命的情感都起著至關重要的作用,進而對學生的人生觀等的發展也起著積極地作用。用我們科學的教育,使學生建立牢固的綠色化學理念和環保意識。使他們在今后的人生中,嚴格恪守自己的原則,成為綠色化學家,為以后的綠色化學發展貢獻自己的一份力。
參考文獻:
[1]陳海建?;瘜W教育中的綠色化學[M].科教平臺,2006,18(194).
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下面結合自己的教學實踐就在初中化學中滲透綠色化學理念談點體會.
一、滲透綠色化學理念內涵
滲透綠色化學理念,顧名思義,就是把綠色化學理念由淺入深地對學生進行教育,讓學生意識到:我們是生活在一個化學無處不在的世界,人們利用化學創造了很多方便人們生活的東西,但使人感到遺憾的是,這些創造品中很多為有毒且有害的化學制造品.在我們生活的城市中,城市發展也對環境問題有所考慮不周,人們的綠色化學環保意識淡薄.綠色化學理念是研究環境問題的化學家提出的.有些全球性的化學污染,如溫室效應所造成的冰川溶解,酸雨造成的世界各地的農作物無法生長或死亡等,都是人們不具有綠色化學理念所產生的問題,也是人們必須要解決的問題.
二、滲透綠色化學理念的意義
1.激發學生的學習積極性,提高學習效果.滲透綠色化學理念的教育方法與傳統的初中化學教育有著根本的區別.如果課本有著根本的靈魂,那么綠色化學理念可以稱為初中化學的靈魂之源.整個化學教育之中要貫穿綠色化學理念.如果僅僅在初中化學教育中引導學生學習化學概念,學生根本學不到本質的學習理念.為了適應新世紀的發展,在初中培養學生的綠色化學理念就顯得尤為重要.教給學生具有綠色化學理念的化學知識,使學生覺得正在學習的化學并非枯燥無趣,而是在生活中無處不在、活靈活現的化學.具有綠色化學理念的化學,學生學習起來更有積極性.學生只有主動去學習、去探索,直至發現學習的樂趣所在,才能提高學習效果.同時,能夠提高學生的自信心.
2.造就教育新高度,提高教學水平.初中化學教學中滲透綠色化學理念并非一蹴而就,而是從開始到結束都要貫徹下去,讓每一個學生都能受到比較完整的綠色化學教育.綠色化學教育同以往的化學教育方式不同,學生要以一種新的心態、新的方式和方法去面對和學習.這不僅是對學生的挑戰,也是對教師傳播綠色化學理念的挑戰.教師的責任不僅是授課,授之以魚更要授之以漁,比學習更重要的是學習方法.
三、綠色化學理念的應用
1.初中化學教學現狀.在初中化學教學中開展綠色化學教育的時間不是很久,有些教師對綠色化學教育仍舊不是很熟悉.在綠色化學理念教育中,教師應當指導學生了解并逐步接受綠色化學,使學生在頭腦中樹立綠色化學的思維構想.綠色化學教育是未來化學教育理念的必然趨勢,正確樹立綠色化學理念,有利于學生活學活用化學知識,感受化學對改善人類生活和促進社會發展的作用,注重與化學有關的社會問題,消除身邊人對化學的一些誤解,更加堅信綠色化學的美好未來,增強學習綠色化學的興趣.綠色化學理念,有利于引導學生熱愛自然,尊重自然,與自然和平友好相處,共同發展.這是綠色化學人才發展的必要保證.
2.綠色化學理念滲透整體化.在時代洪流中,唯有將綠色化學理念滲透整體化,才能將其傳播出去.因此,僅僅是教師、學生了解綠色化學理念是不夠的.綠色化學理念的培養是基于學生認真學習化學知識之上的,能夠體現學生的綜合素質.綠色化學理念的滲透教育必然成為培養學生綠色環保和認真學習的重要方式.必須轉換思想的是人類,以“綠色”為核心談環保,才是重點.
3.綠色化學理念的構建.綠色化學理念的學習如同鑄造高樓,其內部必須擁有綠色化學理念的構建.這樣的高樓,才能聳立在藍天白云之間.因此,綠色化學理念雖然只是一個虛擬的、看不見的框架,但只有擁有這樣一個框架,才能勾勒出美好的未來.而綠色化學的目標和理念正是初中化學教育中環境保護的理論指導.以綠色化學的目標和理念為指導思想進行環境保護教育,把綠色化學理念知識同垃圾處理、廢水處理結合起來,才能構建出綠色化學理念的框架.
總之,在初中化學教學中滲透綠色化學理念,正如給化學這樣一門學科輸入了靈魂,使學生的學習更加富有積極性,教師的教學更加具有引導作用,從而促進教育進步.
參考文獻
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關鍵詞:綠色化學;大學;化學實驗;策略
大學化學屬于工科院校非化學化工專業設置的一門基礎課程,也是大學中唯一的化學類課程,其教學效果關系著學生綜合素質的提高。大學化學面對的是非化學化工專業的學生,在實驗教學中引入綠色化學理念,具有獨特的優勢。現階段,綠色化學已經逐漸發展成為化學科研工作的前沿,受到了各國政府部門的高度關注。
1綠色化學的概念與意義
綠色化學,也稱環境無害化學、環境友好化學或者清潔化學,是一門基于化學學科,具備明確的科學目標和社會需求的新興學科。從概念上分析,綠色化學是指在進行化學品制造和使用的過程中,通過對原料的有效利用以及合理的操作,盡可能消除廢棄物,減少和避免對有毒有害化學試劑的使用。發展綠色化學的主要目標,是在節約資源的前提下,從源頭上進行污染的防治工作,將環境治理從治標轉為治本。與傳統化學相比,綠色化學最為顯著的特點有兩個,一是最大限度的對原材料進行了利用,二是最大限度的減少了廢棄物的排放。從科學的觀點分析,綠色化學是針對傳統化學思維方式的一種改進與創新;從經濟的觀點分析,綠色化學通過對資源的合理利用,能夠有效降低成本;從環境的觀點分析,綠色化學能夠從根本上對污染進行治理,符合當前可持續發展的客觀要求[1]。推動化學實驗的綠色化,是當前大學化學實驗課程改革的重要方向,受到了科研機構、政府部門以及學術界的高度關注,也取得了比較明顯的成效。基于綠色化學原則,構建全新的大學實驗化學體系,針對當前普遍存在的高?;瘜W實驗教學中的環境污染問題進行深入探究,可以有效減少環境污染,體現環境保護和可持續發展。從目前來看,綠色化學已經逐漸成為化學教育的一個重要內容,通過相應的研究和實踐,能夠對化學實驗室中的常見廢棄物進行無害化處理,減少化學實驗過程中的環境污染,保證了實驗過程的綠色化,同時也促進了學生環保意識和綜合素質的提高。
2大學化學實驗污染問題的誘發因素
就目前而言,在大學化學實驗中,環境污染問題頻發,其主要誘發因素有幾個:
2.1認識不足,經費欠缺
當前,許多高校在化學實驗室的建設中,存在著資金投入不足的問題,經費往往只能用于購買實驗藥劑,或者進行實驗器材的更新,沒有直接針對實驗廢棄物進行處理的設備,在污染防治方面顯得力不從心。同時,部分高校對于化學實驗引發的環境污染問題缺乏到位的認識,在實驗中一味強調教學質量和教學效果,忽視了對于藥品、設備以及學生操作的管理。教師和實驗室管理人員缺乏環保意識,認為實驗過程中產生的污染可以直接忽略。在這樣的背景下,一些實驗室會直接將實驗產生的廢棄物倒入垃圾桶或者下水道,而氣體廢物則直接排放,造成了比較嚴重的環境污染問題[2]。
2.2重視不足,安排不當
在對化學實驗的內容進行安排時,由于缺乏環保意識,沒有重視污染防治工作,導致實驗的設計不合理,容易引發環境污染。另外,部分高校沒有及時對試驗教材進行更新,使得化學實驗的內容陳舊,缺乏創新,甚至僅僅要求學生能夠了解化學實驗的目的,掌握化學實驗的步驟和結果,對于實驗可能帶來的污染問題則直接無視,影響了學生的全面健康發展。
2.3理論不足,回收缺失
在化學實驗過程中,產生的廢棄物類型多樣,回收處理流程繁瑣,從目前來看并沒有專門針對化學廢棄物回收處理的理論指導,嚴重影響了實驗室廢棄物的回收工作,也是造成化學實驗室環境污染問題的一個主要原因[3]。針對上述問題,高校以及相關部門應該及時更新觀念,強化認識,采取切實有效的應對措施,逐步推進高?;瘜W實驗的綠色化,順應可持續發展的需求,做好環境保護工作。
3綠色化學背景下化學實驗有效策略
3.1提高環保意識
在開展化學實驗教學的過程中,應該加強對于學生的教育,引導其樹立起良好的環保意識。應該認識到,在新的發展環境下,傳統化學正在逐漸朝著綠色化學轉百年,而綠色化學并不僅僅是科研人員的任務,更是需要整個化學領域的共同參與。對于教師而言,可以通過相應的案例,講解國內和國外的一些環境污染事件,使得學生能夠清除的認識到環境保護的重要性和迫切性。例如,在對環境污染問題進行講解時,可以引入分組討論的教學方法,針對一些比較典型的環境問題,展開討論:空氣污染有哪些危害?霧霾的誘發因素是什么?如何正確處理塑料袋便捷性、經濟性與環境污染之間的矛盾沖突?通過這樣的方式,可以激發學生對于學習的積極性和主動性,使得其能夠主動參與到討論中,認識到發展綠色化學的重要性,提升學生的環保意識[4]。
3.2加大資金投入
綠色化學實驗的開展離不來資金和設備的支持,對于高校而言,必須重視化學實驗室建設,增加相應的設備。例如,可以在通風管道出風口設置氣體處理裝置,同時在實驗室中統一設立廢棄物分類系統,由學校組織專人人員進行定期收集和處理,避免廢棄物的隨意排放。在條件允許的情況下,還可以在學校設置廢水處理系統,在提升污水凈化效率和效果的同時,也可以作為環保教育的一個基地。3.3規范實驗操作在開展化學實驗的過程中,新課程標準規定,學生必須能夠熟練掌握基本操作,對進行藥品取用、物質稱量、加熱處理、器皿洗滌等操作是,動作標準規范,運用靈活。但是在實際教學中,部分學生并不能嚴格依照相關規定進操作,甚至存在著試劑量越大實驗現象越顯著的錯誤認識,不僅導致了藥品的嚴重浪費,而且引發了更大的環境污染問題。對此,教師應該對化學實驗的操作進行規范,減少浪費和污染問題,同時也能夠培養學生形成演進的實驗態度,引導其掌握科學的實驗方法。另外,可以在定性實驗中,對藥品的使用進行定量化,例如,在制作氧氣時,可以結合相應的化學方程式,依照需要的氧氣的量,對所需高錳酸鉀的用量進行估算,以此為依據取用藥品,這樣可以有效減少浪費問題。
3.4倡導微型實驗
所謂微型實驗,實際上是一種化學實驗操作技術,通過盡量少的試劑,獲取盡量多的化學信息,相比較常規的化學實驗,微型實驗具有節約藥品、現象明顯、減少污染、安全可靠等優點,在環境污染問題日漸嚴峻,可持續發展理念持續深化的背景下,進行微型實驗的普及和推廣意義重大。需要注意的是,微型實驗并非是簡單的對常規化學實驗進行壓縮,而是在綠色化學原則背景下,以預防化學污染的技術、思路和方法,對常規化學實驗進行改革和創新,其核心在于利用盡可能少的試劑獲得預期的實驗目標,可以說,微型實驗是綠色化學在化學實驗教學中的一種典型體現。例如,在進行銅與稀硝酸的反應實驗中,會產生大量的一氧化氮氣體,如果不能對其進行有效處理,會帶來比較嚴重的環境污染,但是如果想要對其進行統一收集和處理,則需要大量的資金和專業的設備。對此,可以重新對實驗裝置進行設計,引入微型實驗。在具體實驗中,可以在經過消毒的針管內,放入銅片,排盡空氣,然后吸取少量的稀硝酸,以膠塞堵塞針頭。當觀察到藍色溶液,同時活塞被氣體推動后,將針管內的溶液注入到氫氧化鈉溶液中,藍色沉淀物的出現表明硝酸銅也氫氧化鈉溶液發生了反應。拉動活塞吸入空氣,看到針管內部逐漸變成紅棕色,將其注入到滴有酚酞試劑的氫氧化鈉溶液中,紅棕色逐漸消失,對NO的性質進行惡劣驗證。這樣的實驗不僅操作簡單,可靠性強,而且不會產生污染。
3.5改進實驗操作
在部分化學實驗中,會生成一些有毒有害物質,影響師生的身體健康,引發環境污染問題。從綠色化學的角度,可以在保證實驗效果的前提下,對實驗操作進行適當的改進,減少污染。例如,在銅與濃硫酸的反應實驗中,會生成二氧化硫氣體,不僅氣味難聞,而且對于人體的危害較大。此時,教師可以引導學生進行積極討論,看如何才能夠避免實驗過程中二氧化硫氣體的泄露,同時對其性質進行驗證。經討論和總結,將原本的實驗裝置改造成了圖1的樣式(略去了夾具和酒精燈)。經檢驗,該裝置具有較強的密封性,可以根據實際需要,隨時進行反應或者停止反應,也可以對二氧化硫的性質進行檢驗,更能夠對廢氣進行處理,符合綠色化學的基本要求。圖1改進實驗裝置
4結語
總而言之,在可持續發展理念不斷深化的背景下,綠色化學逐漸興起,并且迅速成為學術界關注的重點,構建綠色化學實驗室,對化學實驗過程中的環境污染問題進行有效預防和控制,是非常重要的。對于大學化學教師而言,在開展化學實驗教學的過程中,應該始終貫穿綠色化學理念,提高學生的環保意識,從根本上對污染進行治理,營造出一個綠色健康的學習環境。
參考文獻:
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篇7
關鍵詞:有機化學化工 綠色化學 應用探析
1. 引言
化學是現今人們生活中必不可少的重要學科,其產生的各項發明以及用品都為人們的生活作出了很大的貢獻。而就在化學為人們帶來便利的同時,其在生產過程中排放的有害物質以及化學廢品也對我國自然環境以及人民健康都帶來了嚴重的隱患。而就在這種嚴峻的形式中,綠色化學的概念出現在了人們的面前,其能夠在正常發揮化學自身作用的同時將化學對于人身以及環境所造成的威脅降至最低。正是由于綠色化學的這種全新理念以及巨大潛力,也使得其成為了我國目前的熱點之一。
2 .綠色化學的概念
綠色化學,也可以稱為環境無害化學,其存在的意義就是在設計生產化學用品的過程中避免對環境造成危害,并保證設計出的化學產品無論是在經濟上還是技術上都可以實施的一個過程,其具體分為對于化學物質的合成、催化、檢測等等環節。近年來,世界各方對于綠色化學都作出了一定的研究,并以綠色化學原料、綠色溶劑、綠色催化劑等方面積極開展綠色化學的研究。
3. 綠色化學在有機化工中的應用
在對綠色化學概念具有一定的了解后可以知道,如果想真正的使一個有機化學合成都實現綠色化,其同許多方面以及因素間都會存在很大的聯系。在有機化學合成過程中,首先需要研究的就是所使用的化工原料是否能夠更加綠色,而當對化學原料確定之后,則應當對以往的反應流程進行細致的觀察分析,研究生產流程是否合理、是否還存在更為綠色、環保的生產流程。而在這個過程中,對于在化工反應中所必須用到的催化劑以及溶劑等方面因素也應當盡可能的保持其綠色化,從而保障化工反應的“全綠色”化進展。
圖1 綠色化學的主要應用
3.1 綠色原料
在實現綠色化學的過程中,首先需要面對的問題就是原料的綠色化,其也正是我們實現綠色有機合成的基礎。比如在我國的有機化工合成中,所使用的生產原料通常都是石油化工原料,而將其有效的替換為綠色生物原料,則是在綠色化學理念中的重要方式,也是對我國環境起到保護作用的重要途徑。對于生物原料而言,其主要由纖維素以及淀粉兩大部分所組成,其中,淀粉在化學反應中較為容易轉變為葡萄糖,而纖維素則能夠在木質素以及結晶的作用下,通過纖維素酶來將其以一種間接的方式轉變為葡萄糖。而當我們獲得葡萄糖之后,則能夠以其作為原料,通過相應酶的作用獲得己二酸,從而通過這種方式代替以往利用笨獲得己二酸的方式。因為我們知道,笨是一種對人體有害的物質,有很大的致癌幾率,所以在技術以及經濟的保證下,在有機合成的過程中實現使用原料的去笨化,則能夠起到起到很好的保護環境以及保護人類健康的作用,也正是我國開展綠色化學的一個重要目標。
3.2 綠色催化劑
在綠色化學中,要求在化學反應中應當具有高效的反應速度,并且當化學反應完畢后應當得到盡可能少的副產物,從而最終實現少排放甚至零排放,并以此作為現今社會提倡的原子經濟特征。而同傳統的化學反應相比,這種具有高效、多選擇性的催化方式也能夠很好的符合我國開展綠色化學的需求。而在其中,原子經濟則是我國開展綠色化學的一個核心理念,其主要強調的是在化學反應過程中,應當將所有參與到反應中的原子都能夠出現在反應物中,并在反應的過程中不會出現廢棄物,而部分常見反應如加成反應、重排反應以及化合反應等都屬于原子經濟性反應。
圖2 綠色催化劑應用
3.2.1 催化不對稱
在有機合成反應中,催化不對稱合成也是一種行之有效的合成方式,而這種催化不對稱方式也在我國成為了一個人們廣泛研究的特點。通過不對稱催化方式的應用,不僅能夠在反應的過程中獲得一些在其它精細化工以及農藥領域中所需求的中間物品,還能夠在反應的過程中獲得對環境、人類友好的綠色合成技術,例如我們經常開展的氫酯化反應、酶催化以及氫硅烷化反應等都屬于催化不對稱反應。
3.2.2 新型催化反應
目前,堿和液體酸是我國在進行有機合成過程中經常會使用到的催化劑類型,且這兩者都具備高催化效率以及低成本的優點,受到了人們的廣泛應用。而與此同時,這兩者在具備高效、低廉優點的同時卻存在著對設備高腐蝕性的缺點,使我們在對其使用過程中經常會出現較大的環境污染,且其在反應的過程中經常會伴隨大量的副反應,使我們在完成工作后經常會出現問題難以處理、副反應繁雜等問題。而為了使這種缺點得到良好的克服,就需要我們應當加強綠色催化劑的研究力度。目前,我國在這方面已經具備了一定的成果,并獲得了分子篩催化劑以及相轉移催化劑等綠色催化劑,并且都具有高效、無害的特點,具有很高的實用價值。
3.3 綠色溶劑
圖3 綠色溶劑的應用
3.3.1 水溶劑的應用
在自然界中,水是一種最為基本、也是非常豐富的一種溶劑,并且具有無污染、無毒、成本低廉的優點。當我們開展化學有機反應時,當實驗環境保持在水中進行會更加安全簡單,也不會存在像其它溶劑介質具有易燃、易爆的安全威脅。在普通類型的有機合成過程中,我們可以大膽的將其中的去保護合成以及官能團保護都適當省略,從而更加簡化了合成的操作步驟,是一種非常理想的試驗溶劑。同時,有機金屬反應在有機合成中也是我國化學合成一個重要成果,有機銦試劑就是在這種情況中產生的一個較為成功的案例。這種試劑存在的最大特點就是當碳水化合物形成相應碳鍵時,其自身具備的官能團不需要對其采取保護,而在一般合成過程中都會使用保護基,也城市為了獲得更好的選擇性,而如果僅僅通過一種方式或者沒有選擇性的方式來進行,就只會平白的增加反應步驟,并且的消耗更多原料、能量的同時增加了廢棄物的排放。
3.3.2 離子液體溶劑
所謂離子液體溶劑,就是指在溫度適宜以及溫度較低的情況下,處于液體的狀態的鹽可以由相關元素的無機陰離子以及有機陽離子這兩大部分組成。通常來說,其能夠適應的溫度范圍非常廣,同時還具有制造成本地、溶解度強、能夠循環利用、易于回收的優點,被化學界認為是一種非常理想的溶劑,并在世界范圍的工業生產中獲得了廣泛的應用。比如在以往溶劑環境中,我們通過芳烴以及烯烴來進行烷基化反應是不可能完成的,而在例子液體溶劑中,則能夠在適當催化劑的作用之下保證此反應在普通室溫中就能夠良好的發生,并且獲得較好的生產率。目前,部分反應如氧化還原反應、烯烴氫化反應、偶聯反應、 氫甲?;磻约懊复俜磻寄軌蛟陔x子液體中順利的完成。而在水以及離子溶劑之外,部分物質如超臨界流體也可以作為綠色溶劑使用,目前,臨界二氧化碳是人們研究較多的溶劑之一,其由于自身具有的安全性、無毒性而受到人們的廣泛關注,具有較好的研究意義。
4. 結束語
總的來說,在我國目前號召可持續發展、綠色經濟的背景下,開展綠色化學具有重要的意義。在上文中,我們對于綠色化學中重要的綠色材料、綠色溶劑以及綠色催化劑的應用進行了一定的分析與探討,需要我們在實際生產中進一步掌握應用方式,從而有效的推動我國綠色化學發展的進程。
參考文獻:
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篇8
【關鍵詞】綠色化學;廢棄物處理;學以致用;化學教學
綠色化學又稱“環境無害化學”、“環境友好化學”、“清潔化學”,最早產生于化學工業發達的美國。1991年由美國化學會(ACS)提出并成為了美國環保署(EPA)的中心口號,目前得到世界廣泛的響應。按照美國《綠色化學》(Green Chemistry)雜志的定義,綠色化學是指:在制造和應用化學產品時應有效利用(最好可再生)原料,消除廢物和避免使用有毒的和危險的試劑和溶劑。綠色化學發展到今天是指能夠保護環境的一種化學技術.它可通過使用自然能源,避免給環境造成負擔、避免排放有害物質.利用太陽能為目的的光觸媒和氫能源的制造和儲藏技術的開發,并考慮節能、節省資源、減少廢棄物排放量。其核心是利用化學原理從源頭上減少和消除工業生產對環境的污染;反應物的原子全部轉化為期望的最終產物。
傳統的化學工業已經給人類環境帶來了很多污染。20世紀有2285萬多種人工合成的化合。由于早期的化學工業很多并沒有把廢氣和廢渣的處理納入考慮范圍內,導致污染環境??茖W既要認識世界、改造世界,同時也要保護世界。為了應對化學所面臨環境污染的挑戰,提倡綠色化學刻不容緩。
化學是高中的一門重要課程,并且高中化學是學生真正接觸化學的早期與基礎。從化學入門就培養綠色化學的思想是非常重要并且也是必要與緊迫的,非常有重要意義的。
綠色化學是整個化學界的新概念,也是化學教學中的新理念。它要求教師必須在課堂課中課后教學中重視環境保護,做好廢棄物的處理工作,并采取相應的對策,落實綠色思想,增強學生們的環保理念。
素質教育強調動手能力,在化學教學中經常需要做化學實驗,進行化學實驗的時候一定是會產生廢棄物的。如果教師沒有認真處理,就會污染環境,而且不是教師一個人污染環境,而是帶著班集體一起污染環境。如果教師從始至終都落實綠色化學的思想,那么就會影響一個班集體走向合理處理廢棄物,愛護環境。另外教師應該在化學中,合理設計化學實驗,從源頭上遏制廢棄物的生成,這樣雙向結合就能有效的防止化學教學和實驗所產生的廢棄物污染環境。
教師對學生進行綠色化學思想的規范引導,不僅能夠增強學生的環保意思,教育學生從源頭上愛護環境,認真處理廢棄物,更好地保護環境,而且將環保意思深入學生的內心,從而提高學生的自覺性,逐漸把環保帶人日常生活,注重對周圍環境的保護,提高教學效果。
那么在化學教學中究竟如何滲透綠色化學的思想呢?筆者在親身教學過程中覺得可以從以下幾個方面:
1首先,從全局看,將綠色想融入化學的整個教學過程中
教師要提高自身的行動自覺性,樹立綠色化學思想,并將它貫穿于整個化學課堂教學,并以自身的行動帶領學生,幫助學生樹立綠色化學思想觀念。比如在學習氯這一個富集于海水中的元素時,介紹其化學性質和特點,并具體在生活中運用到的地方。生活中我們常常用到氯的化合物,比如漂白劑。常用的漂白劑是會影響環境,污染環境的,那么有沒有好的其他物品代替氯的化合物制成漂白劑呢?然后用聯想法引出過氧化氫,介紹其性質,通過化學方程式,向學生介紹過氧化氫無污染的特點。同時指出氯氣和過氧化氫的不同特點,如果將同樣具有清潔漂白效果的過氧化氫代替氯氣制成漂白劑原料的話,既能增強漂白效果,又能避免環境污染,從源頭上防止化學污染。這便是綠色化學。
2然后,將綠色化學思想融入高中實驗化學教學中
化學實驗就要真正的實施體現綠色化學思想的時刻。首先,在課堂之前,我會設計微型實驗,采用小號的實驗裝置和化學儀器,節約化學藥劑的用量。然后在實驗前會告訴學生認真對待化學原料,嚴格按照劑量進行化學實驗,不輕易浪費化學劑量,從實驗前就將減少環境污染的綠色化學灌輸學生的思想里。比如,在進行氯氣性質的化學實驗中,可以用少量的漂白液和稀硫酸,在小號的培養器皿里面制成氯氣,有效減少了對環境的污染。
在進行化學實驗過程中,同樣需要謹記綠色化學思想。教師必須嚴格按照實驗步驟,采用標準的化學劑量以及盡量用綠色無毒,安全無害的化學制劑,如在白磷自燃的實驗中,可以采用磷化鎂進行水解,產生的氫化磷會自燃直接代替白磷自燃,產生五氧化二磷,從而有效避免了有毒有害的物質產生。
在化學實驗結束后,教師必須照嚴格按照要求處理產生的廢棄物,尤其是有污染的廢棄物要妥善處理。比如采用中和、分解、深埋、回收等措施,避免廢棄物污染環境,將綠色思想落到實處。
3在化學課堂中,將綠色化學思想與日常生活相互聯系
在化學教學過程中,可以將所學的知識與現今的環境污染直觀的聯系起來。比如學習C這個元素的時候,對其常規氧化物一氧化碳和燃氣中毒,燃氣爆炸聯系在一起。二氧化碳和溫室效應聯系在一起,這樣直觀淺顯既能讓學生輕松掌握化學知識點,同時又能提高他們的環保意識。
另外也可以組織防污染興趣小組重點關注生活中常見的各種污染,如生活中常見的噪音污染,光污染,水污染,固體廢棄物污染等,小組成員們一起分析這些污染的成因,學習了解污染給我們生活帶來的危害,并引導學生們如何預防這些污染的存在等等。
4將綠色化學思想融入學生課后的課外實踐與生活中
在課后,教師可以提倡學生們進行綠色化學實踐活動,比如回收廢舊電池,學習了解廢舊電池對環境的污染,回收的價值;洗滌產品的分類及對環境可能產生的污染;家庭固態廢棄物的分類和回收價值等等。通過這些調查活動,使學生們更好地選擇日常生活用品,有效地處理廢棄物,避免環境污染。
篇9
關鍵詞: 綠色化學 化學教育 環保意識
一、引言
化學推動著人類社會的發展,滲透于生活的方方面面,然而化學又是一把雙刃劍,在給人類帶來巨大貢獻的同時,產生的大量廢物和有毒物質日益侵害著人類的健康和地球的環境,破壞可持續發展,人類已經認識到這一點,并且亟須解決這個大問題,綠色化學這一理念正是在這個背景下產生的。綠色化學對保護人類賴以生存的環境起著重要作用,作為化學教育的實施者,有必要在化學教學中滲透綠色化學理念,將綠色化學的特點和性質與新課程內容相融合,大力普及環境科學知識,培養學生的綠色意識,從而進一步提高學生的環保意識。
二、化學的功與過
化學萌芽最早可以追溯到原始時候,自從人類無意中發現火之后,便開始食用熟食,結束了茹毛飲血的野蠻時代,從此進入文明時代。在逐步了解和利用一些物質變化的過程中,學會了制陶、冶煉,以后又懂得了釀造、染色等技術,制得了對人類而言具有使用價值的產品。隨著人類社會的迅速發展,化學這門學科得以壯大,并成為與其他很多學科相互滲透的大學科,越來越多的化學知識被應用于人們生活的各個方面。無可非議,化學確實極大地改變了我們的生活,并且推動了整個人類社會的發展。
然而世上沒有什么東西是盡善盡美的,化學也一樣,它在給我們帶來貢獻的同時,也在侵害著人類健康及地球環境,并且受到影響的范圍非常廣泛,例如,在農業方面,人們利用農藥防治農業害蟲的歷史已有2000余年,農藥在一定程度上達到提高農作物產量的目的,也給人類健康帶來威脅,還污染水土資源及空氣,并且使病菌、害蟲對農藥的抗藥性增強了;塑料給人類帶來了方便,同時存在困擾,塑料回收分類時很困難,且極易燃燒,產生的氣體既有毒又污染空氣;酸雨和溫室效應不容忽視。為此,早在1991年就有有識之士提出綠色化學的號召,并立即得到了全世界的積極響應[1]。
三、什么是綠色化學
綠色化學作為一種現代化學理念,適用于各種化學領域。它提倡從源頭就采用消除或減輕污染的科學手段,充分利用資源、能源,采用無害原料,在無毒、無害的條件下進行反應,并力圖使所有作為原料的原子都能被產品消納,實現“零排放”,從而使整個過程和終端實現化學污染防治的一種基本方法。利用綠色化學理念有益于保護人類賴以生存的地球環境,對實現人類社會可持續發展提供可行科學依據及方法[2]。而作為化學教學的組織者,在化學教學活動中滲透綠色化學思維,突出綠色化學對保護人類生存環境的貢獻,如防治臭氧層空洞、溫室效應,改善土壤、水質等,激發學生的學習興趣,在獲取知識的同時提高環境保護意識,在一定程度上培養學生的社會責任感。
四、在化學教學中滲透綠色化學的途徑
1.先從教師自身做起
化學教學的實施者在整個化學教學中起主導作用,俗話說得好:“要給學生一杯水,教師先要有一桶水。”[3]要在化學教學中滲透綠色化學思維理念,教師自己必須先深入了解綠色化學,如它提出的背景、概念、性質特點及它對可持續發展作出的貢獻等。只有教育者本身了解并接受綠色化學相關知識及理念,才能對受教育學生產生積極的影響。這就要求教師做到以下幾點:首先不停地補充新知識,積極參與到與綠色化學相關的培訓活動中,如各學校之間組織的綠色化學交流會等,樹立較強的綠色意識,利用豐富的網絡資源收集相關環境信息和環保知識;其次,有勇于創新的精神,善于發現教學內容中與綠色化學息息相關的線索,并積極思考如何在教學中體現;最后,在日常教學活動中端正教學態度,時刻嚴格要求自己的實驗操作,做到以身作則、言行統一,試想,如果教師都沒有像自己教學中要求學生的那樣進行實驗,那么又如何影響學生,提高他們的環保意識呢?
2.將綠色化學思維與課堂教學內容相連
課堂教學是學生獲得化學知識最有利的途徑,以教學內容為出發點延伸,將相關綠色化學理念滲透其中,不僅擴展學生的課外知識,同時這連貫、富有邏輯的講解更深入人心,使學生印象深刻。
在講到必修Ⅰ《金屬的化學性質》與選修Ⅰ《維生素與微量元素》這兩節內容時,進一步補充重金屬元素及過量微量元素對人類健康及生態環境的影響。如鎘鎳電池制造業、合金制造業、玻璃業等化工廠在生產人類社會發展的必需品時產生的鎘、汞等重金屬,排入水中造成大量水生物死亡,破壞生態平衡,而被土壤吸收造成莊稼減產,不但如此,人喝下這樣的水,將引起重金屬中毒,輕則嘔吐、腹痛、呼吸困難,重則危及生命。另外作為人類必需的微量元素,也不是多多益善的,如鋅元素如果補充過量,則不但會影響人體內其他微量元素的正常吸收和利用,而且可能引起身體組織的損傷;而鐵元素攝入過量將引起肝硬化和糖尿病的發生,嚴重者甚至會有生命危險。通過提供這部分資料引導學生進行化學實驗,如高錳酸鉀檢驗不飽和烴、氰酸鉀檢驗三價鐵離子、銅與濃硫酸等涉及金屬離子的反應和其他化學反應時,不要將實驗后的化學試劑等廢棄物隨意傾倒,而是轉入指定容器內統一處理回收。
必修Ⅱ第二章第二節《化學能與電能》中介紹了幾類電池,在學習電池原理的時候,不如介紹一下廢舊電池中含有汞、鉛、鎘等重金屬。據有關資料顯示,一節一號電池爛在地里,能使1平方米的土壤永久失去利用價值,而一粒紐扣電池可使600噸水受到污染,相當于一個人一生的飲水量[4]。然后建議學生不要亂扔廢舊電池,在收集到一定數量后將它們送去廢舊電池回收站進行回收處理。
在高中化學知識學習中,很多有氣體生成的實驗都是有毒的,如氨氣、二氧化硫、氯氣的制備與它們的性質實驗,銅與稀硝酸、濃硝酸分別反應生成有毒的一氧亞氮、二氧化氮氣體的反應等,但它們又都是比較重要的內容。對于這類實驗,教材上在這些實驗裝置末端加了一個尾氣吸收裝置,如氯化銨與氫氧化鈣反應制取氨氣的裝置,生成多余氨氣用稀硫酸吸收。而酸性氣體的制備及性質實驗則是用氫氧化鈉或其他堿液吸收。在講到這些內容時,提出“書上為什么這么‘多此一舉’”的問題,引發學生思考,然后說明這些氣體對環境及人體的不良影響,由此提高學生的警惕性及環境保護意識。
除此之外,為了遵循綠色化學思維理念,進一步減小實驗給學生及周圍環境造成影響,在做所有化學實驗時應該培養學生不浪費藥品、嚴格按照教材要求的劑量做實驗的好習慣,力求用最少的實驗劑量得到最佳實驗效果,做到從源頭上減小污染[5]。
3.將綠色化學思維延伸到課外
組織類似《家庭生活污染與環保》這樣的討論會,利用網絡資源給學生提供相關信息,如“家庭生活產生的污染要比工業污染占的比重大,前者占到了約60%,一個人一天平均要制造0.9千克垃圾,5個不可降解的塑料袋,2~3個一次性飯盒;一個人因洗發、洗澡、洗衣服等一天平均制造200升廢水正在污染著河流、大海和土壤”[6]。讓學生感受到自身周圍存在很嚴重的環境污染問題,意識到自己可以為環境保護出一份力,然后通過討論得到解決方案,決心從自己身邊的小事做起,減少對環境的污染。如使用節能燈;節約用水,一水多用,漱口、洗臉、洗衣服的水可以用來沖廁所;垃圾在丟棄時實行分類原則;拒絕或盡量少用塑料袋和一次性用品:筷子、飯盒等;盡量減少個人化學用品,如牙膏、洗發水、洗衣粉、肥皂的使用量;不用含氟利昂的冰箱;出行時盡量選擇步行,如果路途遠,則可以選擇乘坐公交車等。
鼓勵學生進行課外實驗,如《當地河水、雨水酸堿性的檢測》和《廢舊電池的回收和利用》等,學生在努力完成實驗的過程中不但鍛煉他們的動手能力,而且提高對現在環境污染的重視度。積極將綠色化學思維擴展到課外實驗,有助于進一步強化綠色化學環保教育。
組織學生參觀本地鄰近的污水處理站、化工廠等,拓寬他們的眼界,并進行實地調查,回來后大家互相交流參觀后的感受。這樣的活動不僅有利于培養和提高學生理論聯系實際的能力與實事求是的科學態度,而且能客觀地讓他們認識到環境污染的危害性和環境保護的迫切性[7]。
五、結語
事實上,綠色化學還可以延伸到其他更為廣泛的生活空間,隨著人類逐漸發現綠色化學對可持續發展的重要性,21世紀將成為綠色化學的世紀。通過不斷學習,從教師自身做起,并在研究與實施綠色化學滲透在教學的過程中,對學生產生積極影響,使他們從自己的身邊小事開始,逐步提高綠色環保意識,同時在一定程度上培養他們的社會責任感,另外,為了給子孫后代留下碧海青天、綠樹環繞的自然面貌,教師有責任、有義務培養學生綠色化學意識,保護人類賴以生存的地球環境是我們應盡的義務和一直努力的目標。
參考文獻:
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關鍵詞:中學生 化學 發展 發展趨勢
21世紀的社會主角是當代的中學生,21世紀的化學發展還要靠當代中學生的努力。要想在化學方面有所建樹,中學生就應該了解化學的發展歷程及未來的發展趨勢。
自人類出現后,化學便與人類結下了不解之緣。遠古時代的鉆木取火,用火燒煮食物,制陶,冶銅和鐵器等等,這些化學技術的應用極大地促進了當時社會生產力的發展,標志著人類社會的進步。今天,化學作為一門基礎學科,在科學技術和社會生活的各個方面起著越來越大的作用。那么,從古至今,伴隨著人類社會的進步,化學歷史的發展經歷了哪些時期呢?
一、化學學科發展歷程的回顧
1、遠古的工藝化學時期
在遠古的工藝化學時期,人類的制陶、冶金、釀酒、染色等工藝,主要是憑借幾千萬年的實踐經驗摸索出來的,當時化學雖然知識還沒有形成,但已經有了萌芽,這便是化學發展的萌芽時期。
2、煉丹術和煉金術時期
大約到了公元前1500年,人們開始對長生不死向往,戰國時期的方士認為只有金石之類的不朽之物方能成就人們的不死之身。于是,煉丹術便由此開始。由于絲綢之路的開通,中國的煉丹術逆向傳入歐洲的波斯和阿拉伯地區。這時的波斯已經伊斯蘭化,伊斯蘭教徒沒有得道成仙、長生不老的觀念,他們只有對金的崇拜,于是人們想把其他金屬皆變作黃金,因此煉丹術在該地區演化成煉金術。這便是最早的化學實驗,化學方法轉而在醫藥和冶金方面得到了正當的應用。在歐洲文藝復興時期,出版了一些有關化學的書籍,第一次有了“化學”這個名詞。英語的chemistry起源于alchemy(煉金術)。
3、燃素化學時期
從1650年到1775年,隨著冶金工業和實驗室經驗的積累,人們總結感性知識,認為可燃物能夠燃燒是因為它含有燃素,燃燒的過程是可燃物中燃素放出的過程,可燃物放出燃素后成為灰燼。
4、定量化學時期
氣體化學的定量方法的應用,從化學科學內部不斷地沖擊著陳舊的燃素學說。而在十八世紀后期的工業革命和資產階級民主革命,推動整個自然科學進入了一個空前的發展時期。這就又在化學科學外部提供了燃素學說,建立科學燃燒理論的條件。綜合這些因素,就使得化學家能夠把從氣體性質中推導出來的物理概念應用到傳統的化學中去,建立了新的氧化學說。1775年前后,拉瓦錫用定量化學實驗闡述了燃燒的氧化學說,開創了定量化學時期,實現了一場深刻的化學革命。這樣,化學也就從傳統的經驗技術性的學科,轉變為可以用數學進行定量計算的學科了。
二、化學學科發展的現狀
20世紀初化學已深入到原子、分子層次,化學成為在原子、分子層次上研究物質結構和性能的科學,建立了一套物質分子的研究方法(包括理論研究和計算,分子層次上的測量,微觀結構和宏觀性質的研究)。這些科研成果如約里奧-居里夫婦用人工方法創造出放射性元素、在費米領導下成功地建造了第一座原子反應堆、化學鍵和現代量子化學理論的建立、合成化學、高分子科學的建立和發展等等使化學發生了深刻地變化。
在進入21世紀的今天,人們在談論科學的發展時指出,“這將是一個生命科學和信息科學的世紀?!蹦敲椿瘜W還有什么用呢?如諾貝爾獲得者H.W.Kroto在回答這個問題時所述,“正是因為是生命科學和信息科學的世紀,所以化學才更為重要。”因為這是一門承上啟下、滲透于各種新興交叉學科的中心科學?;瘜W的原理和這些研究方法廣泛使用于其他學科,使化學滲透到其他學科形成許多新的交叉前沿學科,從而使化學處于中心學科的地位。
材料化學、生命化學、環境化學、綠色化學等均屬于新的交叉前沿學科。
1、材料化學
材料科學的發展十分迅速,它是物理、化學、數學、生物、工程等一級學科交叉而產生的新學科領域。材料化學處于核心地位,它的應用目的性很強。它是人類衣、住、行、用的原料,也是社會生產的最根本的物質基礎。比如新型高分子薄膜材料及其多層膜形成技術的研發成功,才使得舉世稱譽的“水立方”游泳館的設計得以實現,為2008年北京奧運會增添了色彩。
功能材料是新材料領域的核心,是社會發展、國民經濟及國防建設的基礎和先導。它不僅對高新技術的發展起著重要的推動和支撐作用,還對我國相關傳統產業的改造、實現跨越式的發展起著重要的促進作用。
當前國際功能材料及其應用技術正面臨著新的突破,諸如超導材料、微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉換及材料的分子、原子設計等正處于日新月異的發展之中,發展功能材料技術正在成為一些發達國家強化其經濟及軍事優勢的重要手段。
目前已發現上千種超導材料,但是實際上只有鈮基超導體[1]真正投入使用。以NbTi[2]、Nb3Sn為代表的實用超導材料已實現了商品化。以鈮為基礎的導體做成線材、電纜和復雜結構的導體已經成為高磁場領域必不可少的工具。
鈮基超導體最突出的用途是醫療診斷上的磁性共振成像技術(MRI)。 在醫療器械領域,超導體已經開辟出約2.5 B$ 的市場。MRI的一個典型的功能例子是腦成像,因血液中氧的含量不同,因而其磁特性不同,從而可探測大腦的活動。
第二個重要用途是核磁共振(NMR)的光譜技術,NMR 光譜在化學,生物學,醫學和材料研究領域已成為有力的分析工具。在NMR光譜方面,被研究的某一同位素共振線的光譜被記錄下來和分析,可以得到試樣中分子結構的信息。商業用NMR光譜的范圍現在300 MHz(7T)和900 MHz (18.8T)之間。磁場達到400 MHz(9.4T)以上時,只能采用NbTi導體。對于500 MHz (11.8T) 和更高磁場的磁體, 其內部高磁場部分采用的是Nb3Sn導體制成, 因此是NbTi/Nb3Sn的復合體。
另一個應用領域是核熔融技術。電能不僅可以由重核分裂產生, 而且可以用氫同位素核融解來生產。熔融反應只能發生在非常高的溫度下,此時必須采用加入粒子的等離子體。該等離子體必須包容在高磁場內,該高磁場必須用超導磁體產生,應用Nb3Sn材料的熔融裝置具有很高的磁場。核熔融為今后電力生產提供了另一種選擇。
2、生命化學
生命化學是運用化學原理及方法研究生命現象及其運動規律的學科。它是從分子水平來研究生物體的:研究其成分及它們如何按嚴密特定的方式組合而成;研究其各部分為什么具有其特殊的生理功能;研究生物體是如何進行物質與能量新陳代謝的;研究生物體如何繁殖,遺傳的原因等等。生命化學對于改良和創造新生物品種,充分利用資源,豐衣足食,提高生活質量和健康水平以及改善環境均具有極其重要意義。
3、環境化學
環境化學是環境科學的一個分支,就其基礎來看更多的屬于化學范疇,它使用化學的基本原理和方法來研究環境問題。環境化學是研究環境中物質相互作用的學科。環境化學的研究任務主要指分析檢測環境介質中存在的有害物質,追蹤它們的來源以及在環境介質中化學物質的行為,了解有害物質對生物和人體產生不良影響的規律,由此會推動環境分析化學、大氣環境化學、水環境化學、土壤環境化學等三級學科的發展。
4、綠色化學
綠色化學是指化學反應過程以“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原料的每個原子,實現零排放。這樣不僅充分利用了資源,而且不會產生污染,并采用無毒、無害的溶劑、助劑和催化劑,生產出有利于環境保護、社區安全和人身健康的環境友好產品?;瘜W家不僅要考慮化學品生產的可行性及其用途,還要設計出不產生或減少污染的化學過程。綠色化學將會改變化學工業的面貌。
三、化學學科發展的趨勢
1、化學仍是提高人類生存質量和生存安全的有效保障
不斷提高生存質量和生存安全是人類進步的標志。化學研究至少可以從三方面對保證生存質量的提高做出貢獻:
① 通過研究各種物質和能量的生物效應的化學基礎,特別是搞清楚兩面性的本質,找出最佳利用條件;
② 研究開發對環境無害的化學品和生活用品,研究對環境無害的生產方式。提供安全有防病作用的食物和食物添加劑(特別是抗氧化劑),改進食品儲存加工方法,以減少不安全因素,有效防止“三聚氰胺”、“瘦肉精”、“有色饅頭”、“奶茶塑膠”、“有毒黃瓜”等類似事件發生。
③ 研究大環境與小環境中不利因素的產生、轉化與人體的相互作用,提出優化環境建立潔凈生活空間的途徑。
健康是重要的生存質量的標志,預防疾病將是21世紀醫學發展的中心任務?;瘜W可以從分子水平了解病理過程,提出預警生物標志物的檢測方法,建議預防途徑。
2、化學在能源和資源的合理開發和高效安全利用中起關鍵作用
21世紀初期,我國重點能源仍然為煤碳、石油、天然氣等能源。這就要求研究高效潔凈的轉化技術和控制低品位燃料的化學反應,使之既能保護環境又能降低成本。此外還要開發新能源,新能源必須滿足高效、經濟、潔凈、安全的要求。太陽能、新型的高效潔凈電源與燃料電池都將成為21世紀的重要能源。
3、化學將繼續推動材料科學發展
2l世紀電子信息技術將向更快、更小、功能更強的方向發展。目前正在致力于量子計算機、生物計算機、分子電路、生物蕊片等高新技術,進入分子信息技術階段要求化學家設計、合成所需的物質和材料。
化學家還應該研究各種與電子信息有關的材料的性質和功能以及與各個層次結構的關系,特別是物質與能量的相互作用的化學特征,創造具有特殊功能的新物質和新材料。
最后希望學生們努力學習化學,將來為化學的發展作出貢獻,加快社會發展,提高人們的生活質量,讓化學改變整個世界!
參考文獻:
[1] Helmut Krauth. FABRICATION AND APPLICATION OF NbTi AND Nb3Sn SUPERCONDUCTORS.