摘要 化学实验不可避免的会带来相应的“三废”排放问题，如何科学、环保地进行化学实验设计，最大限度地减少化学实验的污染物排放，对环境教育工作具有十分重要的意义。本文对化学实验设计的诸多方面进行了相应的探讨，提出了化学实验设计的相关改进措施。
关键词 化学实验 实验设计 环保问题
《无机化学实验》、《有机化学实验》，以及以无机化学实验、有机化学实验内容为主的《普通化学实验》等教材因为课程知识结构的需要，常设计有较多的关于元素、物质（化合物）的性质实验。而这类实验在教材设计时往往对“学科需要”考虑较充分，而对“环保问题”考虑较少，因而存在着一些环保问题。如何科学、环保地进行相关实验设计，减少实验所用药品、试剂，优化实验内容和操作程序，加强有毒有害废弃物处理处置，最大限度地减少实验污染物的排放，对环境教育工作具有十分重要的意义。本文对目前一些化学实验教材及有关实验内容进行了相应的探讨，提出了化学实验设计的相关改进措施。
1 增强教材结构体系的环保意识
教材是师生教学活动的重要依据，同时也是进行思想教育的重要载体。化学实验教材不同于一般教材，除了具有化学知识、实验技能的传授功能外，还兼有对学生进行环保意识教育的功能。因而，在设计化学实验教材的结构体系时，应充分重视环保问题。如在绪论、实验须知、实验准备知识等篇章中安排设计环境保护章节；在可能存在环保问题的实验中应附有“环保提示”或相关环保知识介绍；试剂用量设计时应充分体现环保理念；适当设计一些既体现专业知识又体现环保教育的综合性实验；设计“微型实验”、“点滴板实验”等。这样做有利于学生从教材结构体系中体验环保精神。
2 科学合理设计每个实验试剂用量
实验中各种实验药品、试剂的用量首先是应满足实验教学的需要，但同时也应充分考虑环保问题。其基本原则是：在满足实验正常进行的前提下，用量越少越好。减少用量就意味着从源头减少了污染物的对外排放，减少了污染物的处理处置量，减少了资源的浪费，降低了实验成本。但现行实验教材中存在很多用量设计不环保的现象。
［例1］ 某些教材的“酸碱溶液的配制及相互滴定”实验,在“0．1 mol/L HCl和0．1 mol/L NaOH溶液的配制”的内容中,HCl溶液配制量设计为500 mL（有的设计为1 L）,NaOH溶液配制量设计为1 L。但解析整个实验，上述两溶液的配制量设计为250 mL足矣。虽本实验没有大的环保问题，但存在水资源的浪费及其他实验成本（例试剂用量、仪器投入及消耗）加大等问题。
［例2］ 某性质实验“取1 mL 0．1 mol/L AgNO3溶液,加入2 mol/L氨水1滴,观察现象,再继续逐滴加2 mol/L氨水,观察现象,解释之”。实验表明，取1滴AgNO3试剂完全可以达到预期的实验效果。AgNO3是较贵的试剂，减少试剂用量可达到节约实验成本、减少排放的目的。
［例3］ 某性质实验“取0．1 mol/L Hg(NO3)2溶液5滴，逐滴加入适量0．1 mol/L KI溶液,观察现象,继续加入过量的KI溶液,观察现象,解释之”。实践表明，取Hg(NO3)2溶液2滴或1滴完全可以。另外，此实验也可以采用较低浓度试剂进行。通过减少试剂用量或降低试剂浓度可有效减少环境毒物Hg的排放。
合理设计每一实验的试剂用量，特别是慎重设计环境毒物例Hg、Pb、Cr、Cd、As及有毒易挥发有机物的试剂用量，对环境保护及环境保护教育工作具有非常重要的意义。
3 优化实验内容的环保设计
如果某一化学实验有好几种选择方案，则应尽可能选择毒性相对较小、价格较低、处理方便的最佳方案。
［例1］ 在氧化还原与电化学实验中，为说明“酸度对电极电势的影响”，有些教材选择下列反应构成“原电池”，并通过分别加入浓盐酸、浓碱（40%NaOH）来影响原电池的电动势，甚至影响化学反应的进行方向：
［例3］ 设计“柱色谱”实验时采用无毒、价廉的工业酒精作淋洗剂，避免用丙酮、氯仿、苯等作淋洗剂；设计“蒸馏”实验操作时，可在此实验前设计相关的“柱色谱”等实验，并利用柱色谱实验所回收的酒精淋洗液进行蒸馏实验，则可收到较好环保教育效果。设计“银镜反应”时选用葡萄糖溶液而不选用甲醛，避免挥发有毒物质甲醛的使用。
［例4］ 设计“水蒸气蒸馏”基本操作时，选用“肉桂酸制备”实验，而不选用“苯胺制备”、“喹啉制备”实验，这样可避免苯胺、硝基苯等致癌试剂的使用；设计“萃取”操作时也存在“萃取剂”及萃取分离对象选择设计问题。
4 改进实验操作方式
对某些实验的操作方式进行合理改进，即可达到“减少用量、减少污染、降低成本、保护环境”的目的。
［例1］ 采用微型实验。实践表明,大多数的学生常量实验都是可以朝着微型化方向改进的［2，3，4］。微型实验的优点体现在减少实验试剂用量但不影响实验现象，从而节省开支，减少废弃物的排放。微型化学实验仪器体积小，价格较便宜，而且仪器微型化后在使用时能减少破损，降低购买仪器方面的开支。更重要的是微型化学实验本身就是对学生环保意识最生动、最现实的教育。即使是在常规实验时也应尽量采用小试管（小于13 mm×100 mm）、小口径滴瓶（小于0．04 mL/滴）进行实验。实验室在进行试管、滴瓶采购时也应要考虑环保要求，为学生配置的玻璃仪器应以小试管、小口径滴瓶为主。
［例2］ 采用点滴板（井穴板）代替试管。例“在2支试管中，各加入0．1 mol/L K2CrO4溶液10滴，分别滴入0．1 mol/L BaCl2和Pb(NO3)2溶液10滴,观察沉淀的颜色……”,类似这样的许多无机、有机实验完全可改为点滴板实验。点滴板实验可广泛应用于元素及其化合物的溶液性质与离子检验实验，这种方式具有试剂用量少、对比现象明显、滴加试剂和洗涤简便等优点，而洗涤简便也带来用水少的优点。
［例3］ 采用试纸、滤纸进行实验。某些实验在试纸、滤纸上进行，具有操作简便、污染少、处理容易等特点，甚至某些实验还能达到常规实验难以实现的优点。例如，在一张滤纸的中心处，滴一滴饱和的溴化钠溶液，待其湿润之后，再滴上一滴氯水，滤纸呈现黄色的斑点；在呈黄色的斑点处，再滴上一滴碘化钾溶液，滤纸上的斑点颜色变为浅褐色；在浅褐色的斑点处，再滴一滴淀粉溶液，滤纸上的斑点变为浅蓝色［5］。
［例4］ 改一次性“加入××mL××试剂”为适量“滴加”。例“在2支分别装有少许锌粉、铜粉的干燥试管中，各加入1 mL浓HNO3,观察并记录现象……”改为“……适量滴加浓HNO3,并观察、记录现象……”。边滴加边观察可最大限度减少试剂用量，同时可培养学生的观察习惯和观察能力。实际上，元素及化合物的性质实验的多数试剂是分装在试剂滴瓶中，因而对这些试剂采用“加入××mL××试剂”的操作也是不妥当的。
5 优化实验操作程序
凡化学反应实验都会有一个试剂的加入操作程序问题，即：是只能将试剂A向试剂B中加，还是只能将试剂B加入到试剂A中，还是“双向”都可以？如果是双向都可以，则从环保的角度考虑，存在实验操作的程序优化问题。
［例1］ 某沉淀溶解实验：“在1支试管中加入1 mL 0．1 mol/L AgNO3溶液,滴加0．1 mol/L KCl溶液,观察现象,再加入过量的6 mol/L氨水,有何变化？”此实验的目的是要说明AgCl沉淀可溶于氨水。如果此实验操作改为“在1支试管中加入6~8滴0．1 mol/L KCl溶液,滴加0．1 mol/L AgNO3溶液,观察现象,待产生沉淀后再多加1滴AgNO3溶液，再滴加过量的6 mol/L氨水,有何变化？”这样操作则可减少很多AgNO3溶液和氨水的用量。
［例2］ 某银（汞等）的氢氧化物生成和性质实验：“取少量AgNO3溶液（或Hg(NO3)2溶液），加入2 mol/L NaOH溶液，观察生成沉淀的颜色，写出离子方程式”。如改为“取少量2 mol/L NaOH溶液，滴加0．1 mol/L AgNO3（或Hg(NO3)2溶液）溶液至生成沉淀，观察沉淀的颜色……”则可用最少的银（汞等）试剂完成实验。
在元素、化合物性质实验中，凡操作上可“双向”进行的实验，应遵循一个原则：由毒性大的试剂向毒性小试剂中滴加，由价格贵的试剂向价格低的试剂中滴加。
参考文献
［1］ 白广梅等.无机化学实验的绿色化.实验技术与管理，2006，（2）：104
［2］ 周宁怀编.微型无机化学实验.北京：科学出版社,2000
［3］ 杨延民主编.无机化学微型实验.成都：电子科技大学出版社，2004
［4］ 朱红军主编.有机化学微型实验.北京:化学工业出版社，2007
［5］ 陈献忠.试纸在微型化学实验中的应用.中国化学课程网,化学实验室
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