高三高考练习题高中化学实验绿色化的初步研究.docx
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高三高考练习题高中化学实验绿色化的初步研究
高中化学实验绿色化的初步研究
目录
1引言:
“高中化学实验绿色化”的意义┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1
1.1什么是“化学实验绿色化”┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1
1.1.1绿色化学的提出┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1
1.1.2“化学实验绿色化”的涵义┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄4
1.2为什么要研究化学实验绿色化┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄5
1.2.1化学实验绿色化是社会发展的需要┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄7
1.2.2化学实验绿色化是学生身心健康和发展的需要┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄8
1.2.3化学实验绿色化是进行环境教育的需要┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9
1.2.4化学实验绿色化是了解现代化学的发展和趋势的需要┄┄┄┄┄┄┄┄┄10
1.3化学实验绿色化的可能性┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄11
1.4化学实验绿色化的研究现状┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄13
2目前高中化学实验中的黑色威胁┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄13
2.1高中各年级化学实验的污染物情况┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄14
2.2污染物的毒害性分析┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄17
3高中化学实验绿色化的主要策略和措施┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄19
3.1“化学实验绿色化”的原则┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄19
3.2反应物和反应助剂的选择和使用┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄21
3.2.1反应物和反应助剂的选择和使用┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄21
3.2.2制定控制使用的试剂目录┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄23
3.3有毒害物质的零排放、减量使用和后处理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄23
3.4剩余物质的回收、再生和循环使用┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄25
3.5实验仪器和实验装置的选择、改进、设计和使用┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄25
3.5.1合并实验装置减少环境污染┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄26
3.5.2利用循环装置实现封闭化┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄27
3.5.3利用某些简单器具改进实验┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄28
3.6防害、消害装置与设备的选择、改进、设计和使用┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄29
3.6.1防害、消害装置与设备的供应┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄29
3.6.2防害、消害装置与设备的研制┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄30
4高中化学实验绿色化的实施┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄31
4.1加强管理,建立、完善有关的制度┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄31
4.2搞好教师培训┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄32
4.3规范实验操作┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄33
5结语:
创建绿色化的中学化学实验及实验教学新体系┄┄┄┄┄┄┄┄┄34
5.1本课题研究、解决的主要问题┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄34
5.2本课题研究的主要过程和结果┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄34
5.3本课题研究的展望┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄34
参考文献┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄36
附录1化学实验污染情况分析表┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄39
附录2高中化学中的腐蚀品和毒害品┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄48
摘要
绿色化学是可持续发展的需要,是现代化学科学的新发展和重要特点之一。
使学生体验、
感悟绿色化学思想的形成和应用,受到了新制订的普通高中化学课程标准的重视。
化学实验绿色化是社会发展的需要,是学生身心健康和发展的需要,是进行环境教育的需要,也是了解现代化学的发展和趋势的需要。
本文在论述“高中化学实验绿色化”的意义的基础上,讨论了“化学实验绿色化”的涵义、原则和可能性。
本文根据上海市高中化学新教材,对目前高中化学实验中的黑色威胁进行了研究,估算了高中各年级所有化学实验可能产生污染物的种类和数量,介绍了部分污染物的毒害性;并且从反应物和反应助剂的选择和使用,有毒害物质的零排放、减量使用和后处理,剩余物质的回收、再生和循环使用,实验仪器和实验装置的选择、改进、设计和使用以及防害、消害装置与设备的选择、改进、设计和使用等方面着手,比较具体地讨论了高中化学实验绿色化的主要策略和措施,举例介绍了一些有关的实验方案改进。
本文还研究了高中化学实验绿色化的实施,提出:
为了实现高中化学实验的绿色化,要加强管理,建立、完善有关的制度,搞好教师培训,规范实验操作。
关键词
绿色化学化学实验高中化学化学实验绿色化
Abstract
ContinuousdevelopmentcallsforGreenChemistrywhichbelongstoscientific
developmentofmodernchemistry.Thenewly-formulatedchemistrystandardofhigh
schoolattachesimportancetotheformationandapplicationofGreenChemistry.
GreenChemistryexperiments(namelynon-pollutionchemistryexperiments)arethe
requirementofsocialdevelopment;thedemandofstudents’healthydevelopmentboth
physicallyandpsychologically;theneedofcarryingoutenvironmenteducationaswell
ascomprehendingthetendencyofmodernchemistry.Thisresearchpaperdiscussesthe
meanings,principlesandpossibilitiesofnon-pollutionchemistryexperimentsonthe
basisofitssignificance.Accordingtothenewchemistryteachingmaterialsofhigh
school,thewriterstudiestheblackthreatincurrentchemistryexperiments,estimatesthe
kindsandquantitiesofpotentialpollutantsinallthree-gradeexperimentsandintroduces
thetoxiceffectsofseveralpollutants.Meanwhile,thewriterdesignsmajortacticsand
measurementsinperformingthenon-pollutionchemistryexperimentsindetailssuchas
howtochooseandusereactantandassistingreactants,howtodecreaseandhandlethe
toxicsubstancesafterexperimentsorevenwithoutdischarging.Thewriter,ontheother
hand,takessuchthingsintoaccountashowtorecycle,regenerateandreusethechemical
remainsandalsohowtochoose,designandimprovetheexperimentalinstrumentsand
equipmentswhichareforexperimentsoragainstpoisonoussubstances.Thispaperalso
providesthewriter’sstudyoncarryingoutthenon-pollutionchemistryexperiments.It
offerstheviewsthattheconnectedregulationsshouldbeestablishedandimprovedsuch
asteachers’traininginstandardizedoperationstofulfillthenon-pollutionchemistry
experiments.
Keywords
GreenChemistrychemistryexperimentshighschoolchemistryGreen
designofchemistryexperiments
1引言:
“高中化学实验绿色化”的意义
国家教育部制定的《普通高中化学课程标准(实验)》反复强调,要“帮助学生形成可持续发展的观念”,“关注人类面临的与化学相关的社会问题,培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力”,让学生“体会化学对提高生活质量和保护环境的积极作用,形成合理使用化学品的意识,以及运用化学知识解决有关问题的能力”。
为此,《普通高中化学课程标准(实验)》规定必修课程的设计要“体现绿色化学思想”,要让学生了解“在化工生产中遵循‘绿色化学’思想的重要性”;还在选修模块《实验化学》中规定要让学生“树立绿色化学思想,形成环境保护的意识”。
《上海市中学化学课程标准(试行稿)》也规定:
“通过了解绿色化学思想,使学生能正视人类面临的环境问题,重视人与自然的和谐相处,树立科学发展观。
”“关心与化学有关的社会问题,初步形成保护环境及合理使用自然资源的意识和社会责任感,初步形成人和自然和谐发展的观念,初步树立可持续发展的思想和正确的价值观。
”……显然,新制订的课程标准非常重视绿色化学思想的形成和应用。
绿色化学旨在从源头消除污染,是使人类可持续发展的化学,其内容包括新设计或者重新设计化学合成、制造方法和化工产品来根除污染源,是最为理想的环境污染防治方法。
如何把绿色化学教育更好地贯穿于高中化学教学的全过程之中,是时代给化学教育提出的一个新的研究课题。
高中化学实验在获得物质及其化学变化的有关信息后,其产物即变成废弃物。
这样,全国数以万计的高中化学实验室就成了一座座小型污染源,几乎每天都在排放着数量不可小看的污染物。
而且,化学实验所用的试剂品种多,排放的污染物成份复杂,治理起来非常困难。
由于我国并没有实验室污水排放的法规和标准,污水被任意排入地下,已经并还在对环境造成危害。
这种情况不但不利于保护环境,也不利于对学生进行绿色化学教育。
所以,我们应该关注化学实验废弃物对生态环境造成的污染,重视进行高中化学实验绿色化的研究。
1.1什么是“化学实验绿色化”
1.1.1绿色化学的提出
大约一万年前的农业革命,使人类不再靠采集野果和打猎为生,人类由刀耕火种逐步发展到通过耕作和畜牧从自然界中获取物质财富,生活水平有了很大的提高,开始了农业文明的新时期。
数千年来,人们任意地乱砍乱伐,没有限度地向自然界索取资源,对自然界的破坏也随之加剧。
人类对于自然界这种无限度地索取严重地破坏了生态系统,导致了水土流失、物种灭绝、土地沙化、森林枯萎。
因此,这种现象被形象地称为“黄色文明”。
18世纪的工业革命,以其短短200多年的发展超过了几千年的农业文明时代,人类为自己创造了巨大的物质财富,生活水平有了很大的提高,人类社会进入进人了工业文明的新时期。
由于工业的不断发展,人类对于生存环境的破坏日益严重,人类在创造巨大物质财富的同时,也付出了巨大的代价。
黑臭的污水、滚滚浓烟、难以处置的废物和各种各样的毒物都排入自然
界,伤害着我们的地球,威胁着人们的健康。
经过工业大发展之后,人们渐渐发现,对天然资源的无限度的利用和对化学品不科学的滥用会引起很多的负面作用,会反过来影响整个人类的安全。
这种现象被称为“黑色文明”,是人类对自然界更为严重的冲击。
进入20世纪以后,科学技术突飞猛进,人们的生活水平得到更大的提高。
化学工业生产的药品、纤维、化肥、塑料、橡胶等极大地丰富了人们的物质生活,然而与此同时,人类与自然的关系也随之进一步急剧恶化。
工业生产排放的废气、废水、废渣以及为了发展农业而施用的化肥、农药,还有日常生活产生的白色垃圾等,这些都严重地污染了环境、破坏了生态系统。
工业革命在给人类带来福音的同时,也给人类健康带来威胁。
“工业化合物和其他化合物干扰人和动物的内分泌系统,每年有1000多种未经检验的新化合物投入全球市场。
在全球使用杀虫剂使每年造成350~500万人严重中毒①”。
以牺牲环境为代价的经济发展,终于导致一系列公害事件的发生,使人们在惨痛的教训中觉醒。
其中典型的有日本富山神通川流域镉污染造成的“痛痛病”②、日本四日市二氧化硫和氮氧化物污染造成的哮喘病、英国伦敦20世纪50年代的烟雾污染、美国洛杉矶发生的光化学污染、美国洛夫运河废物污染③。
1984年,印度Bhopal化工厂发生甲基异氰酸大量泄漏,致死约4000人,伤者无数。
这些事件引起了人们对化学物质对生态环境和人体健康影响的普遍关注。
很多有毒有害的物质,通过食物链传递富集,威胁人类的健康,引起癌症。
有毒有害废弃物使自然环境不断退化,土壤和水域不断被污染,导致土壤肥力减弱,垃圾处置填埋场地也越来越少。
全球气候变暖造成的温室效应、臭氧层破坏对人类和农作物的损害,酸雨对森林和土壤的破坏,物种灭绝对生态系统的影响,土地荒漠化加剧这些问题,加上全球人口的爆炸性增长,这些都给人类的生存和发展带来了非常不利的影响,并且最终会严重影响整个人类的生存。
环境问题引起了越来越多的人的关注。
从刀耕火种、茹毛饮血到冶炼金属、创办工厂,进而到火箭升空,纳米技术,克隆技术、
高温超导、火星探测,人类逐渐迈入高科技,创造出最为辉煌灿烂的文明。
然而,人类在征服自然,改造自然的同时,也在破坏环境,毁灭地球。
从自然界的报复当中,人类品尝到了破坏环境的苦果。
认识到化学物质对环境的危害之后,人们开始有意识地处理化学废物。
但是人们对于化学物质的毒性的时间性、生物聚集作用和致癌性还没有完全的认识,最初只是简单地利用稀释来解决污染问题。
④人们认为,只要把废液、废气、废渣稀释排放就不会对环境产生危害,不知道这样会造成慢性毒性和在生物体内的传递积累。
后来由于对化学物质对环境的危害有了进一步的认识,人们通过命令与管理规则等来进行废物处理与抑制⑤。
开始规定废物的排放量和排放浓度,开始进行废物的后处理。
但是由于很多废物会因其他物质的存在而对所控制物质产
①熊文强、郭孝菊、洪卫.绿色环保与清洁生产概论.北京:
化学工业出版社,2002:
6
②是由20世纪40年代前丢弃的镉渣污染土壤并迁移转化到当地生长的稻米谷粒中,人类食用后造成的震惊世界的镉中毒污染事件。
20年之后,1955~1972年间“痛痛病”患者达280人,其中128人丧生。
③洛夫运河事件起因于20世纪50年代初一些化工厂利用洛夫运河废河谷填埋废物,造成受污染的地区井水变臭,儿童畸形,人患怪病,迫使当地居民全部迁出,使之变成了人类生存的“禁区”。
见熊文强、郭孝菊、洪卫.绿色环保与清洁生产概论.北京:
化学工业出版社,2002:
36
④仲崇立主编.绿色化学导论.北京:
化学工业出版社,2000:
2
⑤同上书,第3页
生叠加影响,同时,由于人们的环保意识不断提高,环保法规日益严格,处理废物的成本也在不断上升。
近年来,由于化学工业向大气、水和土壤等排放了大量有毒、有害的物质。
以1993年为例,美国仅按365种有毒物质排放估算。
化学工业的排放量为30亿磅。
因此,加工费用除了原材料、能耗和劳动力的费用又增加了废物控制、处理和埋放费,环保监测、达标,事故责任赔偿等费用。
1992年,美国化学工业用于环保的费用为1150亿美元,清理已污染地区花去7000亿美元。
1996年美国Dupont公司的化学品销售总额为180亿美元,环保费用为10亿美元①。
这些费用使政府和企业不堪重负,所以,从环保、经济和社会的要求来看,化学工业不能够再使用和产生有毒物质。
1990年,美国国会通过《污染预防条例》,明确提出了“污染预防”这一概念,要求杜绝污染源,指出最好的防止有毒化学物质危害的办法就是从一开始就不生产有毒物质和形成废弃物。
②主张采用最少的资源和能源消耗,并产生最小排放的工艺过程。
这个法案推动了化学界为预防污染、保护环境作进一步的努力。
此后,人们赋予这一新事物不同的命名:
环境无害化学(EnvironmentalBenignChemistry)、清洁化学(CleanChemistry)、原子经济学(AtomicEconomy)和绿色化学(GreenChemistry)等等。
1991年美国环保署开始将绿色化学纳入其工作的中心。
此后,“绿色化学”这一名称逐渐得到各个国家的认可,从此声名远扬。
绿色,是生命世界的原色,绿色代表环境,象征生命,是和平、美好的象征。
人类为了与自然和谐相处,提高生活质量,就必须保护环境,保护地球。
绿色化学研究的目的是通过利用一系列的原理与方法来降低或除去化学产品设计、制造与应用中,有害物质的使用与产生,使所设计的化学产品或过程更加环境友好。
绿色化学包括所有可以降低对人类健康与环境产生负面影响的化学方法、技术与过程。
③
1995年美国设立了“总统绿色化学挑战奖”。
这是世界上首次由一个国家的政府出台的对绿色化学实行的奖励政策。
日本为了保持其稳定发展,也制定了新阳光计划,主要进行能源和环境技术的研究与开发,指出绿色化学就是化学与可持续发展相结合。
1990年日本成立了RITE(ResearchInstituteofInnovativeTechnologyfortheEarth)研究院,是促进重建“21
世纪新地球”活动的最重要角色之一。
这些政府行为都极大的促进了绿色化学的蓬勃发展,绿色化学的研究已成为国外企业、政府和学术界的重要研究与开发方向。
我国在绿色化学方面的活动也开始逐渐活跃。
1993年编制了《中国21世纪议程》的政府白皮书,声明了走经济与社会协调发展道路的决心。
1995年,中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。
1996年,召开了“工业生产中绿色化学与技术”研讨会,并出版了《绿色化学与技术研讨会学术报告汇编》。
1997年香山科学会议以“可持续发展问题对科学的挑战--绿色化学”为主题召开了第72次学术讨论会。
1998年,在合肥举办了第一届国际绿色化学高级研讨会。
以后又于
①参考文献38,2004年12月13日
②闵恩泽、吴巍等主编.绿色化学与化工.北京:
化学工业出版社,2000:
6
③仲崇立主编.绿色化学导论.北京:
化学工业出版社,2000:
3
1999年在成都,2000年在广州召开了第二、第三届研讨会。
①绿色化学已成为当前化学研究的热点和前沿,是21世纪化学发展的重要方向之一。
保护和改善人类环境是关系到全世界各国人民生存和经济发展的重要问题。
从1972年的斯德哥尔摩会议至今,可持续发展理念逐渐形成全球共识,环境保护日益深入人心。
回顾人类认识和利用物质的历史,可以看出人类对环境保护的认识逐步提高的过程。
在开始,人类活动只是单纯为了满足生存的基本需要,后来人们为了满足自己日益增长的物质文化生活的需要,不断从自然界索取资源,不断改造着自然。
到20世纪后期,通过自然给人类的惨痛教训,人们认识到必须在保证生存安全的前提下提高生存质量。
化学对于人类的贡献有利有弊,是一把双刃剑,化学的创造力给我们营造了一个全新的物质环境,但是我们不能毫无顾虑地改变和影响自然,必须考虑化学品对环境的负面影响,合理科学地使用化学品已经成为21世纪极其重要的问题。
我们既要保证目前地球上人的生存,又不能损害未来子孙后代的利益,这就是可持续性发展的思想,也就是绿色化的思想。
当前人类环境问题日益全球化,国家之间竞争开始具有浓烈的“绿色”背景,世界经济的发展,就应该以可持续发展来衡量绿色竞争力。
所以,绿色是21世纪的主流,绿色浪潮正席卷全球。
创造一个清洁美好的生活环境是全世界人类的共同愿望,给子孙后代留下一个健康美好的环境,也是我们这一代人必须履行的职责和义务。
1.1.2“化学实验绿色化”的涵义
绿色化学在设计新的化学工艺方法和设计新的环境友好产品两个方面,通过原子经济反应以及无毒无害的原料、催化剂和溶(助)剂等来实现化学工艺的清洁生产,通过加工、使用新的绿色化学品使其对人身健康、社区安全和生态环境无害化。
绿色化学的的核心内涵是在反应过程和化工生产中,尽量减少或彻底消除使用和产生有害物质,使污染消灭在生产的源头,使整个生产过程和生产工艺对环境友好。
②绿色化学概念在工业上已日渐得到认可,它的概念与内涵在化学教学中也应该得到贯彻和体现。
化学教学应该紧跟世界绿色化的浪潮,充分利用自己的学科优势,大力贯彻绿色化学的思想,同时积极推广实验的绿色化。
目前的高中化学教材介绍了很多绿色化学的知识。
从环保角度介绍了工业三废、大气污染物、酸雨、温室效应等概念,在介绍概念的同时还分析了有关污染的成因和污染物的主要来源及危害。
例如在介绍酸雨时,用示意图分析了酸雨产生的原因,酸雨的主要危害,以及人们采用怎样的措施防止酸雨的危害等等。
教材还从减量、减废的角度介绍了循环操作、热交换器、尾气处理等概念。
例如,在硫酸的工业制法当中,介绍了为了充分利用原料减少污染,对二氧化硫采用循环氧化工艺;为了充分利用热能,采用热交换器等;为了减少环境污染,用氨水吸收尾气等。
绿色化学渗透在工业和生活中的很多方面,例如新型催化剂的研发、合理节约能源、减少工业三废、可降解饭盒的使用、废旧电池的回收等等。
随着绿色化学的发展,它的研究领
①闵恩泽、吴巍等主编.绿色化学与化工.北京:
化学工业出版社,2000:
16~17
②同上书,第20页
域还会更加开阔和深入,这些内容都与学生的生活有关,他们对此具有浓厚的研究兴趣。
应该指出,绿色化学在化学教学中还有很大的施展其功能的领域。
绿色化学与化学实验教学联系较为密切、直接,在化学实验教学中贯彻绿色化学思想也显得更为直接、更为重要。
“化学实验绿色化”即化学实验洁净化。
化学实验绿色化与化学工业绿色化一样,就是将绿色化学的基本原理和理念应用于化学实验中的一项技术,是一个在传统化学实验基础上的创新过程。
“化学实验绿色化”就是在满足教学要求的前提下,设计的化学实验彻底消除或尽量减少使用和产生有害物质,从源头上消除化学实验对环境和人类健康的负面影响。
化学实验绿色化的目的是,改变只要有化学实验就会产生环境污染的现状,从绿色化学的角度研究化学实验,尽量减少化学实验对环境的污染。
对于传统化学实验中对环境友好的实验,我们应该继承;对于传统化学实验中那些对环境有
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