綠色化學基本原理范文
時間:2023-11-20 17:29:46
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篇1
本書由4部分組成,共23章:第一部分概念,含1-4章:1. 綠色分析化學的概念;2. 有關綠色分析化學的教育:3. 綠色分析實驗室的實驗;4. 有關綠色分析化學的出版物。第二部分分析過程,含5-14章:5. 綠色取樣技術(shù):6. 樣品的直接分析;7. 綠色分析的樣品處理途徑;8. 用非色譜分離技術(shù)制備綠色樣品;9. 毛細管電泳;10. 綠譜學;11. 綠色分析原子光譜分析;12. 固相分子光譜學;13. 綠色分析化學的衍生技術(shù):分子吸收、熒光和液相色譜;14. 綠色電分析方法。第三部分戰(zhàn)略,含第15-19章:15. 分析化學中的能量降耗;16. 綠色分析化學和流動注射法;17. 微型化;18. 微材料或納米材料的實驗室芯片檢測系統(tǒng);19. 含有害有機化合物的實驗室廢料的光催化處理。第四部分應用的領域,含第20-23章:20. 綠色生物分析化學;21. 生物診斷中的紅外光譜學:一種綠色分析途徑;22. 環(huán)境分析;23. 綠色工業(yè)分析。本書目錄的后面有各章作者的簡介。每章的結(jié)尾有參考書目,書的最后是主題索引。
本書第一編著M. 瓜迪亞博士是西班牙巴倫西亞大學化學系教授兼主任,在分析化學領域曾發(fā)表過大量論文和專著,榮獲很多獎項。他曾應邀在法國、德國、中國等很多國家講學,并且是一些國際學術(shù)刊物的編委會成員。
本書系統(tǒng)地闡述了綠色分析化學的基本原理,并對樣品分析的各個基本環(huán)節(jié)提出了“綠化”處理的途徑。本書可作為化學系大學生、研究生的參考書;也是分析化學領域工作者有益的工具書。
篇2
關鍵詞:優(yōu)化內(nèi)容;改革方法;寓學于樂
中圖分類號:TQ;G6420 文獻標志碼:A 文章編號:1005-2909(2012)04-0053-03
在當今科技高度發(fā)展、學科交叉進一步加強的時代,化學已經(jīng)滲透到建筑、信息、材料、能源、機電、生命、環(huán)保等學科領域。大學化學是高校建筑類專業(yè)的公共基礎課程,它在化學基本理論與工程具體實踐之間搭起了一座橋梁。大學化學課程對優(yōu)化學生的知識結(jié)構(gòu),培養(yǎng)學生用化學的觀點分析、認識科學技術(shù)和社會實際中的化學問題,對把學生培養(yǎng)成為厚基礎、寬口徑、強能力、高素質(zhì)的創(chuàng)新人才有著重大的現(xiàn)實意義。
一、圍繞專業(yè)需求,安排教學內(nèi)容
大學化學是建筑類專業(yè)學生大學期間唯一一門化學類課程,具有相對的獨立性和完整性。教師在講授大學化學時,經(jīng)常會犯“講得過多”和“講得過少”兩類錯誤[1]。所謂“講得過多”是指教師系統(tǒng)地介紹現(xiàn)代化學的所有內(nèi)容,力圖追求化學理論知識的完善;而“講得過少”則是指教師只羅列一些與化學有關的熱點問題和案例,基本不闡述化學的基礎原理和規(guī)律。實踐證明,“講得過多”和“講得過少”都不利于理論與實際的結(jié)合,不利于建筑類專業(yè)學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
因此,要針對建筑類專業(yè)的實際需要[2],合理安排教學內(nèi)容,需要對教學內(nèi)容進行適當刪減、強化、增加。刪減、回避過細的化學計算和復雜的化學公式;強化水化學、膠體化學、材料化學等建筑領域中所必需的化學基礎知識的教學,使學生能運用化學理論、觀點和方法審視環(huán)境、能源、材料等社會熱點論題;增加化學學習與專業(yè)應用之間的聯(lián)系以及化學在工程實踐應用中新成果。如華中科技大學針對建筑類專業(yè)學生的特點,在電化學原理部分的教學中,增加了陽極氧化和電解拋光知識。從電化學的角度出發(fā),介紹了陽極氧化和電解拋光原理以及電解液的選用,分析和討論這兩種工藝的應用及其優(yōu)缺點,讓學生理解化學知識與專業(yè)實際息息相關,與工程技術(shù)緊密聯(lián)系,并能學以致用。
二、改革教學方法,貫徹啟發(fā)式學習理念
培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維是教育的關鍵,而創(chuàng)新源于興趣、起于自主、發(fā)于嘗試。傳統(tǒng)“教師中心論”的教學模式,教師處于完全的主導地位,在課堂上只向?qū)W生灌輸知識,而不注意把握學生的心理,這與創(chuàng)新格格不入。因此要改革教學方法,貫徹啟發(fā)式學習理念,充分調(diào)動學生學習的積極性。
(一)理論講授要精心設計,遵循學生認知思路,突出以學生為中心的教學模式
教學活動是學生在教師的指導下進行的有目的、有計劃的學習活動?;瘜W基本原理中大量公式的教學,應當是在教師引導下訓練學生有意識地進行抽象邏輯思維活動。教師要設計一系列問題,并留出學生積極思考的時間,通過師生間的討論和交流,使學生主動得出結(jié)論。如在講授化學熱力學中化學反應方向的判斷時,教師可以設計下列的教學程序。
首先,在壓力為標準態(tài)和溫度為298.15 K時,判斷標準是ΔrGθm(298.15 K),它可以由參與反應的各個物質(zhì)的ΔfGθm(298.15 K)而計算出來,這一點學生都清楚。其次,教師引導學生思考“若壓力仍是標準態(tài),但溫度不是298.15 K,該怎么辦?”并提示ΔrHθm(T)和ΔrSθm(T)與溫度無關,提醒學生可以用吉—亥公式求解。然后,進一步發(fā)問:“若壓力不是標準態(tài),溫度也不是298.15 K,該怎么辦?”此時提示學生利用熱力學等溫方程式中的ΔrGm與ΔrGθm的關系,將非標準狀態(tài)化為標準狀態(tài),從而求解。
通過學生和教師間的這種互動、提問、設疑、解答,學生在自覺、主動、多層次的參與過程中不但學會了復雜的化學反應原理,而且也掌握了分析問題、解決問題的科學方法。
(二)應用部分要勇于放手,讓學生走向講臺
教育的關鍵是使學生具備將所學知識應用于實際的能力?;瘜W應用部分的目的正是培養(yǎng)學生利用所學的化學原理分析、解決工程實際問題的能力。在學生課后自學和相互討論的基礎上,學生和教師換位,由學生講解該部分內(nèi)容,對專業(yè)中遇到的實際問題,如金屬腐蝕的防護與利用上升到化學原理加以分析,論述自己的觀點。學生為了講解清楚課堂內(nèi)容必須認真預習,做好充分的準備。因此,他們在主動獲取知識的同時,無形中提高了對這門課程的學習積極性。
(三)改革考試方法,以課程論文、實驗設計代替閉卷考試
學生學學化學的基本原理和方法的目的不是為了成為化學家,而是具備基本的化學素養(yǎng)的化學思維,能以化學的眼光、角度、世界觀分析和解決工程實際中遇到的化學問題。若通過做習題來檢測學生的學習效果,不管是開卷或閉卷的考核形式都沒有意義。相反,布置課程論文,讓學生在查閱資料的基礎上,對一些典型案例抽象化,建立理論模型,再用課堂上所用的原理進行分析,提出自己的見解;或者要求學生運用化學基本原理,結(jié)合專業(yè)特點,對自己感興趣的內(nèi)容自行構(gòu)思、自擬方案,完成一個綜合實驗設計,并通過實驗驗證。這兩種方式表面上不直接考察學生理論知識,實際上考察他們運用理論知識解決實際問題的能力是更深層次的要求[4]。
實踐證明,布置論文或綜合實驗設計的考核方式行之有效,很多學生寫出了較高質(zhì)量的論文,大學化學實驗設計也深受學生歡迎,真正達到了培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的目的。
篇3
關鍵詞: 無機化學 WO■/g-C■N■雜化材料 制備 光催化性能
無機化學實驗是無機化學課程體系的重要組成部分,通過無機化學實驗教學,一方面可以加深理論認識,培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力,另一方面可以指導學生將理論運用于實踐并指導實踐,提高學生分析問題、解決問題的能力。無機化學實驗設計應反映最新的科研成果,以提高學生的創(chuàng)新能力,拓寬學生的知識面。本實驗內(nèi)容涉及無機化學、材料化學、儀器分析、光催化性能測試等多方面知識,有助于提高學生的綜合能力。
半導體光催化原理是基于半導體材料在光激發(fā)下能夠產(chǎn)生光生電子-空穴對,因而具有氧化還原能力。光催化劑吸收太陽光后可將水分解成氫氣和氧氣,也可將環(huán)境中的污染物降解為無害物質(zhì),具有低能耗、綠色的特征,是一種高級催化氧化還原技術(shù)。光催化技術(shù)在能源、環(huán)境污染等方面具有廣闊的應用前景[1]。
WO■和石墨型氮化碳(g-C■N■)均為半導體材料,禁帶寬度分別為2.68eV和2.7eV,具有可見光催化活性,但二者的光催化活性不強。通過構(gòu)建雜化體系,可明顯增強材料的光生電子-空穴對的分離效果,因而可提高材料的光催化活性,如WO■與TiO■和Fe■O■的復合[2],[3]。
本文以WO■、二氰二胺為反應物,通過煅燒法制備WO■/g-C■N■雜化材料,運用FT-IR、XRD、UV-Vis等手段對材料的結(jié)構(gòu)進行表征,并考察WO■/g-C■N■雜化材料在可見光照射下降解有機染料的活性。
1.實驗部分
1.1試劑和儀器
WO■、二氰二胺和亞甲基藍(MB)(國藥集團化學試劑有限公司);電子天平(北京賽多利斯儀器有限公司);管式爐(天津中環(huán)實驗電爐有限公司);FT-IR光譜儀(美國Nicolet Avatar 380型);X射線粉末衍射儀(XRD,德國Bruker D8型);UV-vis分光光度計(日本島津UV-2450型);光反應器(揚州大學城科教儀器設備有限公司);離心機(湖南湘儀H-1650型)。
1.2光催化劑的合成
將適量WO■和二氰二胺混合研磨均勻,置于管式爐中,在氮氣氣氛下以10℃/min升溫至500℃煅燒2h,產(chǎn)物自然冷卻,研細。
1.3光催化劑的表征
FT-IR光譜表征樣品的特征官能團,XRD表征樣品的晶體結(jié)構(gòu),UV-Vis分光光度計表征樣品的紫外-可見漫反射光譜(DRS)。
1.4光催化降解實驗
在光催化反應瓶中加入50mg催化劑和50mLMB(10mg/L)溶液,避光磁力攪拌30min,使體系吸附平衡,于665nm波長處測吸光度值(A0)。設定空氣流量為1L/min,溫度為28℃,開啟光源(300W氙燈),間隔一定時間取4mL反應液,10000r/min離心5min,取上清液,于665nm波長處測吸光度值(A)。根據(jù)朗伯-比爾定律,溶液的吸光度與濃度成正比,因此可用吸光度代替濃度計算光照后MB的去除率(去除率=(1-C/C■)×100%)。
2.結(jié)果與討論
FT-IR、XRD表征證明合成的樣品為WO■/g-C■N■雜化材料,DRS表征說明WO■/g-C■N■雜化材料比g-C■N■具有更強的光生電子-空穴分離效果,光催化活性考察表明WO■/g-C■N■雜化材料比WO■和g-C■N■具有更好的可見光催化降解MB的能力。
通過本實驗,學生可以掌握高溫煅燒合成雜化材料的方法,了解FT-IR、XRD和UV-Vis等儀器的基本原理和操作方法及相關圖譜的解析,學會評價光催化劑活性的基本原理和實驗操作。本實驗有助于提高學生分析問題和解決問題的能力,培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新精神。
參考文獻:
[1]易志剛,徐曉玲,周祚萬等.光催化的輔助激發(fā)措施及其在環(huán)境治理中的應用.材料導報,2010,24(5):7-10.
篇4
【摘 要】中學化學課堂教學是學生認識化學世界,了解化學基本知識,提高化學素養(yǎng)的主渠道,教師除了傳授基礎知識、基本技能外,還應注重學生的創(chuàng)造能力。利用化學史實,培養(yǎng)學生創(chuàng)新探索的志向和責任心,追求科學的頑強毅力和堅定意志,嚴肅認真的科學態(tài)度和敢于冒險和挑戰(zhàn)的科學精神。通過創(chuàng)設問題情境,引發(fā)積極思維,巧妙的設計各種實驗,培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維,使學生的潛能得到挖掘,智力得到開發(fā)。
【關鍵詞】創(chuàng)造性思維;啟發(fā)式教學;探索性實驗
1. 利用化學史實知識,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和科學精神 化學同其它任何科學一樣,都是人類創(chuàng)造發(fā)明的結(jié)晶。化學的歷史,不僅僅是化學發(fā)展事件的記錄和復原,也是化學思想演變的反映和再現(xiàn),它觸及到著名學者的生平和思想的逐漸演進,也涉及到科學家從事科學工作的研究方法和創(chuàng)造性的研究成果。因此,在化學教學中聯(lián)系有關的化學歷史,向?qū)W生介紹化學家獻身科學研究的事跡,講述科學家進行科學探討的思維方法,就會有助于從知識中取得科學思想,使學生受到創(chuàng)新的啟示。例如:在講授氧氣的發(fā)現(xiàn)、性質(zhì)和燃燒的概念時,就可以揭示人們在獲得這些知識過程中的一些思想借鑒。1774年,英國化學家普利斯特利本來發(fā)現(xiàn)的是能使化學發(fā)生革命的到陳舊燃素學說思想的束縛,卻沒有讓主觀去服從客觀,進而錯誤的燃素說,也就在真理碰到鼻尖時還是沒有得到真理。相反,同時代的德國化學家拉瓦錫,卻不迷信教條和權(quán)威,充分尊重實踐,大膽創(chuàng)新,為了弄清燃燒過程,他把天平引進化學,進行了相當精密的定量分析測定,這就使他發(fā)現(xiàn),原來燃燒只是同氧氣有關,而與所謂燃素無關,燃素完全是多余的也是虛構(gòu)的東西,從而了統(tǒng)治化學界達百年之多的燃素說,實現(xiàn)了一場化學上的深刻革命。從普利斯特利的失敗和拉瓦錫的成功之中,可使學生深刻地認識到,保守思想是禁錮人類思維之大敵,只有具備創(chuàng)新意識的人,才不致被經(jīng)驗所困惑,被保守所禁錮。
在教學中,化學的發(fā)展史,實際上也是一部化學方法和化學智慧的發(fā)展史,在教給學生知識結(jié)論的同時,有意識地介紹獲得知識結(jié)論的方法,將有助于獲得科學研究的方法。
2. 利用啟發(fā)式教學,培養(yǎng)學生創(chuàng)造性意識 德國教育家普斯多惠認為:“教學的藝術(shù)不在于傳授的本領,而在于激勵、喚醒、鼓舞。其中重要的一點就是要設法激化、喚醒學生的好奇心。愛因斯坦說過我沒有天賦,只有強烈的好奇心”。大凡科學家,發(fā)明家都有強烈的好奇心,好奇心是創(chuàng)新的原動力。作為化學教師,可以結(jié)合化學學科特點,巧妙地設計問題情境,激化學生好奇心。如在學習燃燒與滅火時,教師上課魔術(shù)般的說,今天我給大家?guī)砹藗骷覍殹獰粔牡氖峙?,用酒精浸泡手帕后點燃,燃燒后手帕完好無損。化學聯(lián)系實際很強,學生對日常生活出現(xiàn)一些有趣的感到無限神奇,內(nèi)心充滿去解開謎底的強烈愿望。同學們很好奇為什么燒不壞,自主探究燃燒的條件。又如在菜市場賣魚的經(jīng)常向水中通氧氣,為什么汽水一開蓋就會冒泡?教師在教學中通過不斷設置了類似的情景,一步步增加學生的好奇心?!爸撸蝗绾弥?,好之者,不如樂知者?!迸d趣是推動學生主動學習動力,也是創(chuàng)造力發(fā)展的必要條件。寓知于樂,以趣激學。
3. 設計探索性實驗,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性思維 華羅庚說過:“人之可貴在于能創(chuàng)造性思維?!睂嶒炛谢瘜W所產(chǎn)生的各種變化,以及伴隨變化的各種現(xiàn)象都能刺激學生的神經(jīng)中樞,使學生處于思維狀態(tài)之中。教師要善于通過化學實驗優(yōu)化課堂教學,變演示實驗為探索實驗,在教學過程中,盡可能的提供機會,使學生既動腦又動手地參與化學教學的全過程,不僅要讓學生看“熱鬧”更重要的是讓他們看“門道”。
例如:在“在講氫氧化亞鐵的制備和性質(zhì)時, 教師先講清楚其顏色、狀態(tài)及溶解性,然后演示新制的FeSO4 溶液與 NaOH 溶液反應, 結(jié)果學生未能觀察到白色絮狀沉淀, 而看到的是灰綠色沉淀, 隨后逐漸變?yōu)榧t褐色”。 這一“反?!爆F(xiàn)象立即引起學生的思考。教師這時要及時引導學生分析, 為何將滴管伸入液面之下?久置的 NaOH 溶液中溶解了什么物質(zhì)?學生領悟到是氧氣作怪后,教師進一步引導討論:怎樣才能使生成的氫氧化亞鐵氧化速度減慢?經(jīng)過一系列的觀察和思考, 學生探索新知識的熱情被激發(fā),提出了改進實驗的方法,然后師生一起討論,比較各種方法,最后在新制的 FeSO4 液面上滴加幾滴苯,將滴管伸入液面下,再滴入 NaOH 溶液,終于觀察到了白色的 Fe(OH)2 沉淀,并能保持較長的時間。
“照方抓藥式”的實驗能夠提高學生熟練操作的程度,但不能培養(yǎng)和鍛煉學生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新精神。通過引導學生根據(jù)實驗目的和原理自行設計實驗方案,獨立完成有關實驗,并對實驗成敗進行評估,這對提高學生的實驗技能和素質(zhì),培養(yǎng)學生獨立的探索精神和分析問題、解決問題的能力無疑是大有幫助的。如“室溫下鹽的溶解度的測試”可先提出實驗題目讓學生思考:要思考室溫下KNO3溶解度,從何處下手?從溶解度下手,必須解決的問題(1)保持溫度(2)測得100克水最多能溶解KNO3,第一個問題很好解決,關鍵是第二個問題。對此,學生會提出各種方案,有的基本原理正確,但費時太多,實際上行不通;有的基本原理錯了。在這“憤排”狀態(tài)教師提醒:“是否必須用100克水?水多少是不是關鍵?能否從飽和溶液著手?”經(jīng)過以上討論擬定操作步驟,完成實驗。這樣,學生對溶解度的概念的理解更為深刻,同時也把握了實驗設計的基本原則,而且學生的創(chuàng)造能力也得到了培養(yǎng)和鍛煉。
實踐證明,在化學教學中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力,有著非常廣泛的空間,也有多種多樣的方法和途徑。只要我們不斷更新觀念,增強培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力人才的意識,充分挖掘和應用教材中的相關因素,合理創(chuàng)設和培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力的氛圍,采取恰當有效的激勵措施,學生就會逐步形成創(chuàng)新思維的良好品格,就一定能成為適應時代要求、勇于開拓、善于創(chuàng)造的新世紀人才。
參考文獻
[1] 任靜,在實驗設計中培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維,中學化學教學參考,2004
篇5
【關鍵詞】綠色化學;化學實驗;臨床醫(yī)學專業(yè)
化學是一門以實驗為基礎的自然科學,是醫(yī)學生重要的必修基礎課。通過化學實驗課程的學習,能讓學生掌握現(xiàn)代化學的基本概念、基本原理、實驗方法與技能,建立定量概念,培養(yǎng)動手能力,為后繼課程的學習打下堅實基礎[1]。
1綠色化學中相關概念的滲透
綠色化學是對環(huán)境無害的化學合成,是防止污染的合成路線,是無毒害的設計。綠色化學是通過一系列原理來降低或消除化工產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)及應用中有毒有害物質(zhì)的使用和生產(chǎn)。綠色化學的方法和原則如下:在反應底物、試劑、溶劑、產(chǎn)物、催化劑等方面采取非傳統(tǒng)的來源和方法,達到無溶劑或綠色溶劑、零排放、原子經(jīng)濟的水平。綠色化學涉及到相關的概念主要有:(1)綠色原料是采用無毒、無害的原料,如以多糖聚合物、葡萄糖和生物物質(zhì)等為原料進行化工生產(chǎn)。(2)綠色反應是原子經(jīng)濟反應和綠色合成工藝路線屬于綠色反應,如采用銅催化劑合成DSIDA(除草劑)生產(chǎn)線中用二乙醇胺代替有毒的氨、甲醛、HCN,在源頭消除污染。(3)綠色試劑是指除了反應原料外的其他試劑(包括催化劑和有關添加劑),該試劑應該是無毒、無害和安全的。例如,固體酸(分子篩、酸性陽離子交換樹脂等)代替液體酸,分離方便,使用安全。并不容易產(chǎn)生腐蝕和環(huán)境污染;又如,液態(tài)氧化反應器中利用純氧為綠色氧化劑使得有機化合物的氧化生產(chǎn)更加安全,并且不產(chǎn)生對環(huán)境危害的副產(chǎn)物。(4)綠色溶劑是在化學過程中采用無毒害生產(chǎn)安全的溶劑。例如,利用超臨界CO2進行的不對稱催化;用水為溶劑進行反應代替有機溶劑進行實驗。(5)設計綠色化學產(chǎn)品是將現(xiàn)有的對環(huán)境有害或者降解的產(chǎn)物,改為無毒害或減少其對人體的危害的產(chǎn)品。例如,Rohm和Hass公司開發(fā)成功的sea-Nine(tm)可以替代三丁基氧化錫,用來控制船體表面上海藻和貝殼的生長,這種新的添加劑在海水中很快就可以降解,避免了三丁基氧化錫在海水中會長時間存在而帶來的一些累積性毒害[2]。
2開展綠色化學教育對醫(yī)學生的重要意義
臨床醫(yī)學專業(yè)開設了基礎化學和有機化學兩門化學課程,同時開設的相關化學實驗也是一項十分重要的學習內(nèi)容。但實驗教學中存在著環(huán)境污染的現(xiàn)象,存在著環(huán)境意識淡薄、遇到環(huán)境問題不積極解決以及解決環(huán)境問題能力差的現(xiàn)象。因此,在化學實驗教學中進行環(huán)境教育,引入綠色化學理念顯得尤為重要。所謂綠色化學融入化學實驗教學中,就是把綠色化學教育理念貫穿于化學實驗教學的全過程。在化學實驗教學中應注重向?qū)W生灌輸“綠色化學”、“環(huán)境保護”等觀念,培養(yǎng)學生的環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展意識,使綠色化學概念扎根于學生的頭腦中,使學生充分認識到化學污染的嚴重性和危害性,意識到治理污染的重要性和緊迫性,不斷強化醫(yī)學生的環(huán)境保護意識和法律意識,強化學生對社會高度負責的主人翁意識,使綠色化學理念得以踐行,為以后學生步入社會參與工作打好基礎。
3綠色化學在化學實驗教學中的應用
在化學實驗教學中滲透綠色化學的教育,可以使學生的綠色化學意識得到進一步的提升。我們在給臨床醫(yī)學專業(yè)開設第一次化學實驗課時就給學生觀看有關化學安全教育視頻,給學生系統(tǒng)的講解化學實驗室“三廢”的處理方法。在每一次的實驗教學過程中,首先在源頭處體現(xiàn)綠色化學理念,對實驗中要用到的試劑、溶劑、催化劑的選擇,首先應該考慮使用無毒無害的環(huán)保物質(zhì),拒絕使用高污染高成本的原材料。其次,在實驗進行的過程中,帶教教師教導學生對化學試劑的取量要做到合理、合規(guī),盡可能地做到節(jié)約的原則;另外,在實驗的設計過程中盡量使試劑發(fā)生完全反應,避免低效率的化學過程的發(fā)生。比如我們在開展“薄層色譜分離染料混合物”這一實驗時由于考慮到展開劑苯的毒性,設計實驗時要求學生分小組實驗,各小組對展開劑種類與用量進行不同用量的實驗,最后將學生實驗結(jié)果進行匯總,由學生自己分析實驗數(shù)據(jù),將教材中的展開劑苯進行替換,這種探究性性實驗一方面增大了學生的實驗積極性,另一方面對在學生的認知中很好植入了的綠色化學理念;最后,在實驗結(jié)尾的時候,我們會強調(diào)如何對實驗產(chǎn)生的污染物進行合理的處理,實驗中嚴格按照實驗規(guī)范進行操作,盡量減少不必要的廢料的產(chǎn)生。通過在實驗中滲透綠色化學理念,既減少了環(huán)境污染,又讓學生在實驗過程中自覺得養(yǎng)成好習慣。
4結(jié)語
篇6
【關鍵詞】綠色化學;環(huán)境化學;化學教育
隨著時代的發(fā)展,人類面臨著諸如環(huán)境惡化,能源枯竭等生存危機。作為一名中學教師,有責任、有義務在工作中把綠色化學的科學思想,基本原理,綠色工藝與技術(shù)介紹給學生,從而在學生頭腦中樹立綠色化學的思維方式。
當前中學化學教育中綠色化學教育是不完善的,學生的綠色化學素養(yǎng)是缺乏的。主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
1. 綠色化學和環(huán)境化學的理解誤區(qū)的存在 很多人把綠色化學和環(huán)境化學混為一談,認為兩者沒有什么本質(zhì)的區(qū)別。實際上綠色化學和環(huán)境化學是兩個截然不同的概念。環(huán)境化學是一門獨立的學科,而綠色化學是一門多學科交叉的廣泛的研究領域。它與生物學、環(huán)境科學、生態(tài)學、材料科學、醫(yī)藥學、物理學、計算機科學等有著密切的聯(lián)系。綠色化學的應用與發(fā)展以這些學科的知識為基礎。環(huán)境化學是一門研究污染物的分布,存在形式,運行,遷移及其對環(huán)境影響的科學。它是對已出現(xiàn)的各類環(huán)境問題用合適有效的方法和措施進行治理。
綠色化學(Green Chemistry)或稱環(huán)境友好化學(Environmentally Friendly Chemistry) ,是利用化學的技術(shù)與方法來降低或消除化學產(chǎn)品設計、制造與應用中有害物質(zhì)的使用與產(chǎn)生,使所設計的化學過程和產(chǎn)品更加環(huán)境友好。“綠色化學”的理想就是不再使用有毒,有害的物質(zhì),不再產(chǎn)生廢物,不再處理廢物。因此,綠色化學是指設計沒有或盡可能小的環(huán)境負作用并且在經(jīng)濟上和技術(shù)上可行的化學品和化學過程,它實質(zhì)上是一種從源頭上實現(xiàn)污染防治的重要的科學手段。
2. 高中教材綠色化學知識的局限性 傳統(tǒng)高中化學教學注重化學知識的傳授,化學技能的培養(yǎng),化學方法的訓練,片面強調(diào)了化學反應原理和應用而忽視了反應試劑、催化劑、產(chǎn)品對環(huán)境的影響。
從現(xiàn)有高中教材內(nèi)容分析,高中學生所用的化學教科書(據(jù)教育部2002年頒布的《全日制普通高級中學化學教學大綱》編寫修訂)在元素化合物知識中穿插了大氣污染和防治,水的污染和防治、溫室效應、酸雨、臭氧層空洞等內(nèi)容,介紹了主要的污染物對環(huán)境的影響及防治。在實驗中也安排有關環(huán)境污染及防治的內(nèi)容,如在制取Cl2的實驗中采用NaOH溶液吸收剩余的Cl2,但很少涉及預防“三廢”問題。因此,教材內(nèi)容不是從實現(xiàn)污染始端預防的角度出發(fā),而只談到了化學變化或化工生產(chǎn)中的危害和治理,這都不是綠色化學,只能是傳統(tǒng)的環(huán)境化學保護和防治。
在硫酸工業(yè),氯堿工業(yè)教材中安排了工藝流程的介紹,催化劑的使用,原料的利用率,以及工業(yè)化與社會效益的綜合問題的討論。在這部分內(nèi)容來看開始涉及了綠色化學的知識與理念,但是從內(nèi)容的數(shù)量上及明確程度也不夠。
3. 當前高考選拔制度對綠色化學教育的制約 當前的高考選拔制度對綠色化學教育的負面影響是非常大的。長期以來,基礎化學教育目標主要定位在升學教育上,基礎化學教育成了只培養(yǎng)學生應對高考試題能力的教育,從而忽視全體學生的科學素養(yǎng)培育。在教學內(nèi)容上,以學科為中心,強調(diào)化學知識體系的基礎性、系統(tǒng)性和邏輯性;把化學簡化為工具,忽視化學的“人文性”和“社會性”,割裂化學與社會、化學與生活的聯(lián)系。在教學方法上:形式單一,主要是以課堂為中心的接受性學習,不利于培養(yǎng)學生對化學的好奇心,學生普遍缺乏探究綠色化學實驗,研究環(huán)境問題的熱情。在教學評價上:以化學成績作為評定學生學習質(zhì)量的主要標準,忽視學生的科學素養(yǎng)評價,也缺乏合理的綠色化學素養(yǎng)的評價方式。
在高考選拔制度下,形成的傳統(tǒng)的教學特征:重書本,輕化學與生活、社會、生態(tài)的聯(lián)系及影響;重視理論,輕實驗操作與科技探索活動;重結(jié)論,輕科學思想過程與方法,重應試解題,輕觀察分析和解釋與化學有關的現(xiàn)象與問題的能力;重知識認知,輕情感、意志和價值觀培養(yǎng);重“智力”,輕“非智力”對化學的影響。
因此整個社會更關注的是高考成績,而忽視了學生綠色化學素養(yǎng)的培養(yǎng)。這樣的環(huán)境對學生的終生發(fā)展,對社會的可持續(xù)發(fā)展都是不利的。
4. 教師的素質(zhì)對綠色化學教育的影響 綠色化學有利于人類及其賴以生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展,化學教育就應當義不容辭地體現(xiàn)綠色化學這個新內(nèi)容,并使學生樹立綠色化學意識。然而,教師本身的綠色觀念與素養(yǎng)嚴重影響了綠色化學教育的實施。(1)由于我國綠色化學教育起步晚,目前高等師范院校還沒有開設系統(tǒng)的綠色化學課程,所以中學教師綠色化學素養(yǎng)不高。(2)中學教師接受綠色化學的途徑少,時間緊。目前中學教師在教育第一線承擔的教育教學任務重,教師提高自身的素養(yǎng)的時間少,接受綠色化學理念的機會就更是少之又少。(3)中學教師受傳統(tǒng)教育理念的影響大。對于綠色化學教育的重要性和必要性沒有足夠認識。(4)片面追求教學成績的急功就利的思想影響了教師承擔綠色化學的普及、宣傳、教育與研究的責任與義務。(5)在高中教材缺乏綠色化學內(nèi)容的情況下,要更好地實施綠色化學教育,必須給教師配備合適的校本教材。但是中學教師缺乏開發(fā)綠色化學校本教材的資源與能力。(6)在中學化學教學過程中,缺乏綠色化學理念的指導,不能充分挖掘在現(xiàn)有教材中的綠色因素。
參考文獻
[1] 姜美穎 綠色化學素養(yǎng)教育缺失的成因分析[J]臨沂師范學院學報2005(6)88—92
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依照教材應具有科學性、合理性的要求,從30章教學內(nèi)容中精選出24章,先將零散的知識有機地串聯(lián)成不同的線條,再將線條相互結(jié)網(wǎng)形成若干知識面,最后將知識面延伸成無機化學原理的整體。通過精選、整合教材內(nèi)容,教師能夠較好地將各知識點串結(jié)在一定的線條上,提綱挈領地推進知識層次,全方位、多角度地引到學生理解無機化學基本原理的本質(zhì)及內(nèi)在聯(lián)系。學生在學的過程中,可以在識記的基礎上抓住要領,深化認識,深刻理解學科內(nèi)容,提高思維的廣闊性、全面性、深刻性,最終實現(xiàn)綜合能力的全面提升。
二、改革教學方式,培養(yǎng)學生的科學探究能力
為了充分激發(fā)學生的學習熱情,培養(yǎng)學生科學探究的能力,我們不斷探索課程教學方式,包括啟發(fā)式、參與式、互動式和案例教學法,使學生置身于實踐研究和理論思考的環(huán)境中,為學生提供了分析問題、解決問題的空間,收到了良好的教學效果。課堂教學中,我們特別注意給學生更多的參與機會,以學生為中心,調(diào)動學生學習積極性。例如:對于容易理解的內(nèi)容,僅提出問題或提綱,組織學生討論和交流,盡量讓每個學生都有機會發(fā)表自己的見解。學生在討論和交流中互相啟發(fā)、互相學習,有利于集思廣益、激發(fā)學習的動機。在提高了學生語言表達能力的同時,其思維能力、分析問題和解決問題的能力也不斷提升。無機化學關于物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途、能量的內(nèi)容及化學在解決人類所面臨的人口、健康、能源、環(huán)境、資源等危機方面的重要性和能動性,也為學生進行科學探究提供了課題。結(jié)合這一特點,我們從課程教學內(nèi)容的實際出發(fā),為培養(yǎng)學生的科學探究能力,大力加強探究式教學。緊緊圍繞知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀,從學生已有的知識經(jīng)驗中銜接和認知結(jié)構(gòu)上伸延,充分發(fā)揮學生學習的主體性,激發(fā)學生主動參與教學,轉(zhuǎn)被動的學習方式為科學的探究性學習方式。這不僅有利于學生學習方式及認知方式的轉(zhuǎn)變,還有利于培養(yǎng)研究型的化學人才。同時,這種教學方式還給學生提供了一個教育教學的新理念和與時俱進的空間和平臺,對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力和可持續(xù)的職業(yè)發(fā)展素養(yǎng)具有不可替代的作用。
三、開展綠色化學,培養(yǎng)學生正確的科學態(tài)度
在無機化學的教學中滲透綠色化學的內(nèi)容,把綠色化學的思想貫穿在整個無機化學的教學過程中,培養(yǎng)了學生強烈的環(huán)保意識。課改中,我們把現(xiàn)實生動的綠色化學的范例引進實驗教學課堂,將范例所涉及的知識點,自然生動地滲透到實驗教學之中。實踐證明,綠色化學實驗方法在訓練學生動手能力,激發(fā)學生學習興趣,培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維和樹立環(huán)保意識等方面具有獨特的地位與功效。
四、開發(fā)和利用擴展性課程資源,擴大學生的知識視野
大學教學不應該視教學大綱為金科玉律,當教科書作為唯一的課程資源。大學教學也不能僅僅依據(jù)教材的知識系統(tǒng)描述內(nèi)容目標,卻忽視對學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)。在教學中,如果缺乏對學生識別、開發(fā)和運用課本外、學校外課程資源的意識及能力的培訓,不能及時挖掘這些資源、不能對它們進行篩選、轉(zhuǎn)化和有效利用,也會造成許許多多有價值的課程資源的閑置和浪費。因此,在無機化學的教學第一堂課上,我們明確提出,教材只是教學過程的主要參考資料,不是唯一的教學用書,大量的無機化學知識需要課外補充。結(jié)合專業(yè)特點,我們向?qū)W生介紹一些無機化學的優(yōu)秀參考書,介紹一些國內(nèi)外著名的無機化學學術(shù)刊物,指導學生從這些教學資源獲取學科研究的最新成果,幫助學生及時了解化學學科的發(fā)展動態(tài)及發(fā)展前沿,這樣既提高了學生對化學學科的認識,增強了學習興趣,又擴大了學生的知識視野,啟迪了學生的創(chuàng)新思維。
五、加強學習指導,培養(yǎng)學生自主學習能力
做習題時也往往習慣于套用公式而不能真正地理解的基本概念,常常容易出現(xiàn)模糊的概念和錯誤。為了幫助學生深刻理解無機化學課程的重點內(nèi)容,牢固掌握無機化學的基礎知識和基本原理,逐步掌握科學的學習方法和獨立獲取知識的能力。我們根據(jù)教學大綱的要求,本著既傳授知識又開發(fā)智能,既統(tǒng)一要求又發(fā)展個性的原則,在總結(jié)多年教學工作經(jīng)驗的基礎上,參考多種相關教材編寫了《無機化學學習指導》一書,并于2007年由蘭州大學出版社出版發(fā)行?!稛o機化學學習指導》一書首先明確提出每一章的學習目的、學習重點和學習難點,告訴學生每章學習要達到的目標和解決的重點問題。然后對各章的基本概念、基本理論、基本定律及主要內(nèi)容進行簡明扼要的論述、歸納和總結(jié),以達到知識點的系統(tǒng)化、條理化和理論化。通過小結(jié),尋找規(guī)律,加強記憶。對于其中的難點和易混淆、易疏漏之處,給以恰如其分的說明。元素化學部分尤其注意對各元素及其化合物的轉(zhuǎn)化關系進行歸納,幫助學生抓住教材中最主要的、本質(zhì)的內(nèi)容,以達到消化和掌握每章內(nèi)容,培養(yǎng)和提高學生分析問題、歸納問題能力的目的。為了培養(yǎng)學生正確的思維方法和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度,我們通過例題解析的形式,幫助學生解疑答難,理解教材,以強化知識結(jié)構(gòu),掌握所學知識,熟練解題?!稛o機化學學習指導》通過同步練習的形式,幫助學生查漏補缺,自我檢查學習效果,起到激發(fā)學生學習興趣、提高學習質(zhì)量的作用。
六、改革考試方式,重視能力評價,加強試題庫建設
考試的目的在于檢測學生的學習效果和掌握的技能。教學方法的改進,必然要引發(fā)考試方式的改革。傳統(tǒng)的課程考核方式是筆試,這種單一的考試形式容易導致學生死記硬背所學知識,因而學習被動,不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為解決這一問題,我們以能力評價為主,著眼于加強學生知識、素質(zhì)和能力三個方面的培養(yǎng),創(chuàng)新考試方式。具體做法是:一是加強試題庫建設。我們將多年來的無機化學考試題進行了集中整理,結(jié)合從外校收集的試題,建成了包含25套試題的無機化學試題庫,期末考試時從試題庫中抽取試題。二是將平時成績、期中考試成績與期末考試成績相結(jié)合。三項成績在總評成績中所占比例,目前我們采用的是1︰2︰7。平時考核的形式多樣,除傳統(tǒng)形式的課堂作業(yè)外,結(jié)合課堂教學內(nèi)容,教師引導學生撰寫課程結(jié)業(yè)小論文或綜述,為此學生必須走出課堂,自主查閱相關文獻資料,擬出實驗方案,并利用雙休或節(jié)假日時間進到實驗室反復實驗,最后按照正規(guī)格式撰寫出研究論文。多年來,我們一直堅持實行期中考試,不以一次考試定勝負。在實驗考核中,將預習報告成績、實驗報告成績、期末考試成績按2︰3︰5進行綜合評定。通過總評成績考評學生的課程學習情況,既是對學生學習過程的肯定,也是對學生學習效果給予合理評價,有利于培養(yǎng)學生良好的學習習慣和持之以恒的學習態(tài)度,對開發(fā)學生的學習潛能、培養(yǎng)創(chuàng)新人才起到積極的作用。
七、參與教師科研課題,培養(yǎng)學生的科研能力和創(chuàng)新能力
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【關鍵詞】新課改 中學化學教學 改進與創(chuàng)新
化學作為一門重要的學科,與人們的生活息息相關。事實上,化學中的很多知識原理都來源于實際生活。而中學化學在教學領域中,起到了傳播基礎知識、培養(yǎng)儲備人才的作用。教師在化學的教學過程中,要將課本與自身的才智結(jié)合起來,充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢,在以教學實驗為主的基礎上,能夠靈活運用創(chuàng)新的教學方法,激發(fā)學生的學習興趣,讓學生熟練掌握化學基本原理,通過對化學實驗的實際操作,即觀察、分析、描述和總結(jié),來提升自身的創(chuàng)新能力、實際動手能力、團隊合作能力以及探究能力,從而更好地把理論與實驗結(jié)合起來,使學生能夠做到真正的理解知識,并且將知識運用到生活當中去,為社會的可持續(xù)發(fā)展貢獻一份自己的力量。
一、激發(fā)學生自身的學習興趣,調(diào)動學習積極性
教師在正式教學之前,首先要使學生對學習產(chǎn)生一定的興趣,這樣才能使他們進行有效的學習和探究。特別是在中學時期,青少年對一切事物都保持一定的好奇心,因此,激發(fā)學生的學習興趣是教師的首要工作?;瘜W中的化學反應以及不同的分子物質(zhì)之間的相互作用性,能夠充分調(diào)動學生對于學習的積極性,所以,教師可以在課程開始前,表演化學“魔法”,例如白紙顯字等,使學生先對化學反應等原理產(chǎn)生充分的好奇心,在此之后,教師再慢慢展開教學探究,從而能夠使學生快速地進入學習狀態(tài)。
二、提升學生的質(zhì)疑能力,培養(yǎng)獨立思考意識
在展開教學之后,教師要加強對學生質(zhì)疑能力的培養(yǎng),將化學學習中所必需的質(zhì)疑品質(zhì)貫穿于整個教學當中,使學生隨時處于一種思維拓展延伸的狀態(tài)。當然,要正確培養(yǎng)學生的質(zhì)疑能力,防止學生盲目、脫離實際的思考問題,教師就要最大化的拓展學生的知識體系,對于學生提出的離譜問題,能夠隨時糾正,并且及時提供有關的化學資料,使學生能夠在課余時間查閱思考,研究分析。這種方法不僅培養(yǎng)了學生的質(zhì)疑能力,而且提升了學生學習思考的獨立性。當學生對于越來越多的問題有所了解之后,自身的質(zhì)疑能力也隨之提升。而質(zhì)疑能力的提升,又能夠反作用于學生興趣的培養(yǎng)。以此循環(huán),學生就能夠通過兩者相互作用、相互提升,有效開展對于學習的探究,從而獲得更多的知識。
三、結(jié)合新教材的課程內(nèi)容,創(chuàng)新教學方法
隨著新課改的實行,新課標的知識體系也有所改變,新課程不僅對于教師來說是一種嶄新的體驗,對于學生來說更存在一種陌生感。在這種情況下,作為一名指路人,教師要認真對其進行了解和研究,從而能夠在課堂上,正確參考課本的材料知識,掌握課本的知識要領,快速的引導學生熟悉課程,進入學習狀態(tài)。而新推行的課改教材,在設計中更具有靈活性,為教師建立了一個充分發(fā)揮智慧與能力的空間。因此,教師要在教學中結(jié)合新課標的理念教學,對于在教學中實施的方法進行創(chuàng)新和研究,尋找更多形式的教學渠道。例如通過現(xiàn)如今發(fā)達的網(wǎng)絡、學校中的圖書館來查閱資料,在生活中尋找實驗靈感,聽取更多專家的視頻和講座,從生活的各個方面將化學知識滲入到學生的頭腦當中,真正做到“授之以漁”。
四、滲透化學學科的綠色化思想
綠色化學是指設計沒有或者只有盡可能小的環(huán)境副作用并且在技術(shù)上和經(jīng)濟上可行的化學品和化學過程。之所以要重視對綠色化學的研究與理念培養(yǎng),是因為在現(xiàn)實生活中,環(huán)保與我們息息相關。而在化學學科當中,有很多物質(zhì)也同樣涉及生活中的環(huán)保問題,例如二氧化硫的產(chǎn)生與處理、氟氯烴引起的溫室效應等。解決生活中有害物質(zhì)造成的環(huán)保問題同樣是學習化學的一種目的,因此,教師在教學的過程中,要加強化學教學的綠色理念,將綠色化學貫穿于整個學習當中,增強學生的環(huán)保意識,培養(yǎng)和加強學生的綠色環(huán)保能力。
五、注重對化學實驗的作用性
在一定程度上,化學知識理論只存在于人的邏輯頭腦當中,對化學公式和化學元素名稱等基礎點和難點死記硬背,并不能夠使學生更好的理解和學習化學。因此,教師要更加注重化學實驗的作用性,將無形的化學元素轉(zhuǎn)移到實際生活當中去,為學生創(chuàng)造一個良好的學習環(huán)境,充分利用教學設施,將被動化的學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃踊难芯?,使學生能夠增強學習興趣,培養(yǎng)團隊的合作精神,加強動手能力,對產(chǎn)生的實際問題能夠獨立解決,在真正意義上做到知識的理解與運用。
六、總結(jié)
中學化學教學改進與創(chuàng)新需要在生活中慢慢實行,作為創(chuàng)新主體的教師在其中起著至關重要的作用。因此,教師要隨時根據(jù)實際情況對教學的方法進行創(chuàng)新和改進,依據(jù)新課標的教學理念,從生活中獲得靈感,注重實驗,從而傳授給學生更多的知識。
【參考文獻】
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篇9
[關鍵讕]中學化學 化學實驗 綠色化
實驗是中學化學教學不可或缺的重要組成部分,它除了能讓學生學習化學知識掌握化學技能,還能培養(yǎng)他們的學習興趣激發(fā)學習熱情。因此,大多數(shù)學校都盡可能多地采用實驗這種教學方式。但是對于試驗后排放出的污染卻很少有學校去做處理。21世紀,世人已經(jīng)把環(huán)境保護提高全局高度,不過由于我國還沒有實驗室污水排放的法規(guī)和標準,使得大家對于中學化學實驗室里排放出的污染卻一直鮮有關注。因此,作為化學教師應該具有綠色化學思想,在教學中以身作則,注重培養(yǎng)學生的環(huán)保意識,對實驗排放的“三廢”進行控制和治理,從而達到減少排放量,保護環(huán)境的目的。本文著力探討如何把綠色化學教育貫穿于化學教學實驗的始終。
一、化學實驗綠色化的概念和意義
“化學實驗綠色化”即化學實驗潔凈化。化學實驗綠色化與化學工業(yè)綠色化一樣,就是將綠色化學的基本原理和理念應用于化學實驗中的一項技術(shù),是一個在傳統(tǒng)化學實驗基礎上的創(chuàng)新過程。
1.化學實驗綠色化最重要的意義就是保護自然環(huán)境
中學化學實驗所用的試劑品種繁多,其中不乏許多有毒有害藥品。這使得實驗室排放的污染物不僅污染巨大,而且成份復雜,治理起來非常困難。目前,大部分學校的實驗廢液和部分廢渣都是直接排放到下水道。這樣污染物就會流人江河、水塘或者滲入地下,而最終進入生態(tài)系統(tǒng),破壞環(huán)境。特別我國很多城市已經(jīng)是缺水性城市,這些不斷通過下水道排放的化學實驗廢棄物對于城市的水源更是雪上加霜。所以研究化學實驗的綠色化刻不容緩。
2.提倡化學實驗綠色化也是為了保障學生們的人身安全
由于化學實驗而造成的傷害事故一直以來時有發(fā)生。近年來比較嚴重的一次發(fā)生在徐州一名初三學生饒南的身上。一次化學實驗課,老師讓饒南幫忙把實驗用的化學品送到實驗室,途中,饒南出于好奇心從標有紅磷和氯酸鉀的容器內(nèi)分別拿出來一小塊紅鱗、一小塊氯酸鉀。回到家后。饒南迫不及待地想知道這兩種化學藥品放在一起會發(fā)生什么反應,于是就把紅磷和氯酸鉀放入一個小玻璃瓶里,并搖晃了幾下。就當饒南準備把玻璃瓶放到窗臺時,意想不到的事情發(fā)生了,小玻璃瓶在手中發(fā)生爆炸。經(jīng)過醫(yī)院診斷為:右手爆炸傷。右手食指末節(jié)套狀撕脫、右手拇指挫傷、頭皮裂傷。
怎樣才能避免這種傷害事件,降低化學實驗的危險性呢?我們知道可以通過降低暴露性和降低內(nèi)在危害性兩種方法。降低暴露性有很多種方法。比如保護性衣服、工程控制、防毒面具等。但這只是一個治標的方法,無法從根本上消除危害與危險。我認為最主要的還是降低其內(nèi)在危害性:即教師在化學設計時應該充分考慮到危害性,采用各種方法與手段將危害降至最小。這就是綠色化學研究的內(nèi)容。
3.化學實驗綠色化符合素質(zhì)教育的思想
在化學實驗綠色化的過程中,能給增強學生的環(huán)保意識,教會他們防治污染的重要方法。同事,高中化學實驗綠色化的實現(xiàn)需要不斷更新實驗方法和實驗設計,這可以激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。
二、實踐化學實驗綠色化的途徑
1.進行綠色化學實驗設計
要控制污染,首先應該從源頭著手。為了實現(xiàn)化學實驗的綠色化,先應該盡量避免使用或生成毒性較大、容易造成污染的物品。這就需要發(fā)揮化學教師的創(chuàng)新思維,通過改進實驗方案、實驗設計,來減少化學實驗對環(huán)境的污染。但通過改變這些有毒有害物質(zhì)的制取方法,并進行巧妙的實驗設計,就會使實驗無污染,并同樣達到預想的實驗目的,實現(xiàn)實驗的綠色化。
例如,在中學化學實驗中,CI2、CO2、SO2、H2S等都是經(jīng)常要用到的有毒有害物質(zhì),這些物質(zhì)在實驗中經(jīng)常會產(chǎn)生嚴重的污染。但是如果我們通過改變這些有毒有害物質(zhì)的制取方法,并改進實驗設計,就會使實驗無污染。并同樣達到預想的實驗目的,實現(xiàn)實驗的綠色化。
2.改善實驗條件、實驗裝置
實驗裝置是化學實驗的,必須載體,也是可以減少污染的關鍵一環(huán)。如果在實驗設計環(huán)節(jié)中,實在無法避免使用或者產(chǎn)生有害物質(zhì)和污染,那么實驗應該在密閉的裝置內(nèi)進行,盡量避免敞口操作,防止有害物質(zhì)擴散到空氣當中。如果無法進行密閉實驗時,實驗應在通風櫥內(nèi)進行。
3.規(guī)范實驗操作,控制藥品用量
無論課堂演示實驗還是學生實驗都要精量細算,堅持適量的原則,從而達到節(jié)省資源,減少污染的目的。目前,在中學化學教材上對于很多實驗的藥品用量都未明確給出限量,基本都采用“少量”、“少許”、“適量”、“一定量”等籠統(tǒng)的詞匯來限定,使得學生很難把握藥品的實際用量。這樣不僅會影響實驗的科學性和實驗的效果,又會造成藥品的浪費,更會對環(huán)境造成大量的污染。化學實驗綠色化要求化學教師應該在保證實驗效果的基礎上盡可能地減少藥品用量,以減少化學實驗的廢棄物。
4.注重對實驗廢棄物的回收處理
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一、工藝流程題的特點和作用
其特點與作用有三:一是試題源于生產(chǎn)實際,以解決化學實際問題作思路進行設問,使問題情境真實,能培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際,學以致用的學習觀;二是試題內(nèi)容豐富,涉及化學基礎知識的方方面面,能考查學生化學雙基知識的掌握情況和應用雙基知識解決化工生產(chǎn)中有關問題的遷移推理能力;三是試題新穎,一般較長,閱讀量大,能考查學生的閱讀能力和資料的收集處理能力.
二、解題方法
化學工藝生產(chǎn)主要解決的矛盾,歸納起來主要有六個方面問題:一是解決將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的生產(chǎn)原理;二是除去所有雜質(zhì)并分離提純產(chǎn)品;三是提高產(chǎn)量與產(chǎn)率;四是減少污染,考慮“綠色化學”生產(chǎn);五是原料的來源既要考慮豐富問題,又要考慮成本問題:六是生產(chǎn)設備簡單,生產(chǎn)工藝簡便可行等工藝生產(chǎn)問題.化學工藝流程題,一般也就圍繞以上六個方面設問求解.要準確、順利解答化學工藝流程題,除了必須要掌握物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)之間相互作用的基本知識以及除雜分離提純物質(zhì)的基本技能外,最關鍵的問題要掌握和具備分析工藝生產(chǎn)流程的方法和能力.為此特提出下列四種解題基本方法,供參考.
1.首尾分析怯
對一些線型流程工藝(從原料到產(chǎn)品為一條龍生產(chǎn)工序)試題,首先對比分析生產(chǎn)流程示意圖中的第一種物質(zhì)原材料與最后一種物質(zhì)產(chǎn)品,從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關系,弄清生產(chǎn)流程過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜分離提純產(chǎn)品的化工工藝,然后再結(jié)合題設的問題,逐一推敲解答.
【例1】 (2008年,廣州高考一模23題)聚合氯化鋁是一種新型、高效絮凝劑和凈水劑,其單體是液態(tài)的堿式氯化鋁[Al2(OH)nCl6-n].本實驗采用鋁鹽溶液水解絮凝法制堿式氯化鋁.其制備原料為分布廣、價格廉的高嶺土,化學組成為:Al2O3(25%~34%)、SiO2(40%~50%)、Fe2O3(0.5%~3.0%)以及少量雜質(zhì)和水分.已知氧化鋁有多種結(jié)構(gòu),化學性質(zhì)也有差異,且一定條件下可相互轉(zhuǎn)化;高嶺土中的氧化鋁難溶于酸.制備堿式氯化鋁的實驗流程如下:
根據(jù)流程圖回答下列問題:
(1)“煅燒”的目的是 .
(2)配制質(zhì)量分數(shù)15%的鹽酸需要200mL30%的濃鹽酸(密度約為1.15g/cm3)和 g蒸餾水,配制用到的儀器有燒杯、玻璃棒、 .
(3)“溶解”過程中發(fā)生反應的離子方程式為 .
(4)加少量鋁粉的主要作用是 .
(5)“調(diào)節(jié)溶液pH在4.2~4.5”的過程中,除添加必要的試劑,還需借助的實驗用品是: ;“蒸發(fā)濃縮”需保持溫度在90~100℃,控制溫度的實驗方法是.
解析:對比原料與產(chǎn)品可知,該生產(chǎn)的主要工序:一是除去原料高嶺土中的雜質(zhì),二是將Al2O3利用水解絮凝法轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品.再進一步分析,除鐵用鋁置換后過濾,高嶺土中的Al2O3不溶于酸,必須經(jīng)煅燒改變結(jié)構(gòu).該題經(jīng)這樣分析,題設的所有問題的答案就在分析之中.
參考答案:(1)改變高嶺土的結(jié)構(gòu),使其能溶于酸 (2)230 量筒
(3)Al2O3+6H+=2Al3++3H2O Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O
(4)除去溶液中的鐵離子; (5)pH計(或精密pH試紙);水浴加熱
簡評:首尾分析法是一種解工藝流程題的常見方法,這種方法的特點是:簡單、直觀,很容易抓住解題的關鍵,用起來方便有效.使用這一方法解題,關鍵在于認真對比分析原材料與產(chǎn)品組成,從中產(chǎn)生的將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和除去原材料中所包含的雜質(zhì)的基本原理和所采用的工藝生產(chǎn)措施.當把生產(chǎn)的主線弄清楚了,圍繞生產(chǎn)主線所設計的系列問題,也就迎刃而解.
2.截段分析法
對于用同樣的原材料生產(chǎn)多種(兩種或兩種以上)產(chǎn)品(包括副產(chǎn)品)的工藝流程題,用截段分析法更容易找到解題的切入點.
【例2】 (2007年,廣東高考第21題)以氯化鈉和硫酸鈉為原料制備氯化銨及副產(chǎn)品硫酸鈉,工藝流程如下:
氯化銨和硫酸鈉的溶解度隨溫度變化如下圖所示.回答下列問題.
(1)欲制備10.7gNH4Cl,理論上需NaCl g.
(2)實驗室進行蒸發(fā)濃縮用到的主要儀器有 、燒杯,玻璃棒、酒精燈等.
(3)“冷卻結(jié)晶”過程中,析出NH4Cl晶體的合適溫度為 .
(4)不用其他試劑,檢查NH4Cl產(chǎn)品是否純凈的方法及操作是 .
(5)若NH4Cl產(chǎn)品中含有硫酸鈉雜質(zhì),進一步提純產(chǎn)品的方法是 .
解析:該生產(chǎn)流程的特點是:用同樣原材料既生產(chǎn)主要產(chǎn)品氯化銨,同時又生產(chǎn)副產(chǎn)品硫酸鈉.因此,為了弄清整個生產(chǎn)流程工藝,只能分段分析,即先分析流程線路中如何將原料轉(zhuǎn)化為硫酸鈉的,然后再分析又如何從生產(chǎn)硫酸鈉的母液中生產(chǎn)氯化銨,即將題供的流程路線截成兩段分析,這樣,便可以降低解題的難度.
結(jié)合流程示意圖和溶解度曲線圖分析,生產(chǎn)硫酸鈉只能用熱結(jié)晶法,生產(chǎn)氯化銨用冷結(jié)晶法,因為溫度降到35℃以下,結(jié)晶得到的產(chǎn)品為Na2SO4•10H2O.
參考答案:(1)11.7g (2)蒸發(fā)皿 (3)35℃(或33~40℃之間任意值) (4)加熱法.取少量氯化銨產(chǎn)品于試管底部,加熱,若試管底部無殘留物,表明氯化銨產(chǎn)品純凈 (5)重結(jié)晶.
簡評:用截斷分析法解工藝流程題是一種主流解題方法.因為當前的化工生產(chǎn),為了降低成本,減少污染,增加效益,大都設計成綜合利用原材料,生產(chǎn)多種產(chǎn)品的工藝生產(chǎn)線.為此這種工藝流程題很多.用截斷分析法解工藝流程題關鍵在于選對屬型和如何截段,截幾段更合理.一般截段以生產(chǎn)的產(chǎn)品為準點.但也不一定,特殊情況也很多,必須具體情況作具體分析.
3.交叉分析法
有些化工生產(chǎn)選用多組原材料,事先合成一種或幾種中間產(chǎn)品,再用這一中間產(chǎn)品與部分其他原材料生產(chǎn)所需的主流產(chǎn)品.以這種工藝生產(chǎn)方式設計的工藝流程題,為了便于分析掌握生產(chǎn)流程的原理,方便解題,最簡單的方法,就是將提供的工藝流程示意圖畫分成幾條生產(chǎn)流水線,上下交叉分析.
【例3】 某一化工廠的生產(chǎn)流程如下圖:
(1)L、M的名稱分別是_____ 、 .
(2)GH過程中為什么通入過量空氣: .
(3)用電子式表示J: .
(4)寫出飽和食鹽水、E、F生成J和K(此條件下K為沉淀)的化學方程式:_____ ,要實現(xiàn)該反應,你認為應該如何操作: .
解析:根據(jù)流程示意圖分析可知,用空氣、焦炭和水為原材料,最終生產(chǎn)產(chǎn)品L和J、M.首先必須生產(chǎn)中間產(chǎn)品E,這樣,主要生產(chǎn)流水線至少有兩條(液態(tài)空氣-E-M;焦炭-E-L).為了弄清該化工生產(chǎn)的生產(chǎn)工藝,須將這兩條生產(chǎn)流水線交叉綜合分析,最終解答題設的有關問題.
參考答案:(1)硝酸銨;碳酸鈉 (2)提高NO的轉(zhuǎn)化率
(3)
(4)NH3+H2O+NaCl+CO2=NaHCO3+NH4Cl 向飽和的食鹽水中先通入足量的NH3,再通入足量的CO2
簡評:從本題分析得知,構(gòu)成交叉分析的題型,從提供的工藝流程上看,至少有三個因素(多組原材料、中間產(chǎn)品、多種產(chǎn)品)和兩條或多條生產(chǎn)流水線的化工生產(chǎn)工藝.利用交叉分析法解工藝流程題的關鍵,在于找準中間產(chǎn)品(因為有時會出現(xiàn)多種中間產(chǎn)品)和流水生產(chǎn)的分線,在分析過程中,抓住中間物質(zhì)的關聯(lián)作用,逐一破解.
4.“瞻前顧后”分析法
有些化工生產(chǎn),為了充分利用原料,變廢為寶,設計的生產(chǎn)流水線除了主要考慮將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品外,同時還要考慮將生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為原料的循環(huán)生產(chǎn)工藝.解答這種類型題時宜用“瞻前顧后”分析法.“瞻前顧后”分析法,指分析工藝生產(chǎn)流程時,主要考慮原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的問題(瞻前),同時也要考慮原料的充分利用和再生產(chǎn)問題(顧后).
【例4】 利用天然氣合成氨的工藝流程示意圖如下:
依據(jù)上述流程,完成下列填空:
(1)天然氣脫硫時的化學方程式是__________.
(2)nmolCH4經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生CO0.9nmol,產(chǎn)生H2 mol(用含n的代數(shù)式表示).
(3)K2CO3(aq)和CO2反應在加壓下進行,加壓的理論依據(jù)是 .
A.相似相容原理
B.勒夏特列原理
C.酸堿中和原理
(4)分析流程示意圖回答:該合成氨工藝主要原料是 ,輔助原料有 .
(5)請寫出由CH4為基本原料經(jīng)四次轉(zhuǎn)化為合成氨的N2、H2的化學反應方程式 .
(6)整個流程有三處循環(huán),一是Fe(OH)3循環(huán),二是K2CO3(aq)循環(huán),請在上述流程圖上標出第三處循環(huán)(循環(huán)方向和循環(huán)物質(zhì)).
解析:該生產(chǎn)工藝屬于多處循環(huán)生產(chǎn)工藝,因此分析工藝流程示意圖時,分析的主線是弄清基本原材料CH4轉(zhuǎn)化為合成氨的基本原料N2和H2的工藝生產(chǎn)原理.但還要回頭分析循環(huán)生產(chǎn)的理由和循環(huán)生產(chǎn)的工藝生產(chǎn)段.通過這樣既考慮產(chǎn)品的合成,又考慮原料的充分利用,該題所涉及的問題也就可以解答了.
參考答案:(1)3H2S+2Fe(OH)3=Fe2S3+6H2O
(2)2.7n (3)B (4)CH4、H2O、空氣;K2CO3、Fe(OH)3
(5)CH4+H2O=CO+3H2;
2CH4+3O2=2CO+4H2O;
CO+H2O=CO2+H2;
CO2+H2O+K2CO3=2KHCO3