中学化学实验绿色化的研究.docx

1、中学化学实验绿色化的研究分类号密 级编 号本科生毕业论文论 文 题 目 中 学 化 学 实 验 绿 色 化 研 究作 者 姓 名 韩 兴 梅作 者 学 号 2 0 1 0 2 0 3 0 1 0 7作 者 班 级 1 0 级 化 学 1 班指 导 教 师 常 艳 红提 交 日 期 2 0 1 4 年 5 月 2 3 日原 创 性 声 明本 人 郑 重 声 明 ：本 人 所 呈 交 的 论 文 是 在 指 导 教师 的 指 导 下 独 立 进 行 研 究 所 取 得 的 成 果 。学 位 论 文中 凡 是 引 用 他 人 已 经 发 表 或 未 经 发 表 的 成 果 、 数据 、观 点 等 均

2、 已 明 确 注 明 出 处 。除 文 中 已 经 注 明 引用 的 内 容 外 ，不 包 含 任 何 其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表或 撰 写 过 的 科 研 成 果 。本 声 明 的 法 律 责 任 由 本 人 承 担 。论 文 作 者 签 名 ： 年 月 日论 文 指 导 教 师 签 名 ：天 水 师 范 学 院 本 科 生 毕 业 论 文 评 定 表作者姓名 韩兴梅 性别 女 学号 20102030107专二级学院 生命科学与化学学院 化学教育业论文题目 中学化学实验绿色化研究英文 The Study of Green Chemistry Experiment论文字数 68

3、35关中文 化学实验 绿色化 研究键词外文 Chemistry experiment greening study本文对绿色化学进行了简单概述，具体从绿色化学试剂的使用、催 化剂的绿色化、反应产物的绿色化三个方面对中学化学实验绿色化进行中文探讨。主要目的是让学生开始接触化学实验时就能够树立绿色化学理念，培养其良好的实验习惯，树立保护环境的意识。摘This paper makes a brief overview of organic chemistry first, and thenspecifically discusses the organicism of chemistry exper

4、iments in Middle要School from three aspects: the use of organic chemical reagents, the 外文organicism of catalysts and reactant. The main purpose is to let students buildthe concept of organic chemistry while learning chemical experiments,cultivate their good habits of doing experiments and set up the

5、consciousnessof protecting the environment.指导教师评定评定成绩 指导教师签名答辩委员会意见答辩委员会主任签字：教务处审核：注： 本表由各二级学院按照样表制作，为论文装订第二页。院指导毕业论文（设计）进度表二级学院 生化学院专业类别 化学教育指导教师 常艳红 班 级 10 级化学一班 学生姓名 韩兴梅论文题目中学化学实验绿色化研究资料收集2013年10月 拟定题目2013年112013年 12月 相关的文献查阅、整理和阅读在图书馆中国知识资源总库CNKI 收集有关的文献资料；在其他网站收集相关甘肃省产业结构变动趋势的区域差异的资料；对所收集的资料进行筛

6、选总结指导学生完成论文提纲，并讨论修改多次。主要内容有：论文2013年12月201 4年1月上旬 设计论文结构； 提指导学生总结文献资料，找出较好的论文思路；纲2014年3月上旬 撰写开题报告，提交导师审阅； 指导进度初稿撰指导学生写出论文提纲并对提纲进行修改；2014年3月下旬 201 4年4月上旬 开始写。写对论文的修改主要有以下方面：2014 年 4 月上旬 2014 年 4 月底 撰写毕业论文并提交导师审 阅；修 学生按计划完成论文初稿；改2014年5月上旬 导师审阅 ,修改并最后定稿定 对论文经过反复修改后定稿。稿2014 年 5 月 23 号 论文答辩。注： 1.本表是为配合指导教

7、师按计划指导学生完成论文而制作。2.本表由毕业论文指导教师认真填写。3.本表由各二级学院按照样表制表。1 引言 .2.2 绿色化学概述 .3.2.1 绿色化学的兴起 .3.2.2 绿色化学的涵义 .3.2.3 绿色化学的原则及特点 .4.2.3.1 绿色化的原则 .42.3.2 绿色化学的重要特点： 原子经济性， 实现“零排放”.53 中学化学实验绿色化的意义 . 53.1 是可持续发展的需要 . 53.2 是化学科学发展的需要 . 53.3 是课程改革的需要 . 54 中学化学实验的绿色化研究 . 64.1 中学化学实验绿色化内涵 . 64.2 中学化学实验中常见的污染物 . 74.3 中学

8、化学实验绿色化采取的措施 . .8.4.3.1 积极采用绿色化的试剂 . 84.3.2 催化剂的绿色化 . 84.3.3 反应产物的绿色化 . 95 结 语 .1.0.参考文献 . - 2 -致 谢 . - 11 - 1 -中学化学实验绿色化研究韩兴梅（天水师范学院 生命科学与化学学院 甘肃天水 741001 ）摘要：本文对绿色化学进行了简单概述， 具体从绿色化学试剂的使用、 催化剂的绿色化、反应产物的绿色化三个方面对中学化学实验绿色化进行探讨。 主要目的是让学生开始接触化学实验时就能够树立绿色化学理念，培养其良好的实验习惯，树立保护环境的意识。关键词 ：化学实验；绿色化；研究The Stud

9、y of Green Chemistry ExperimentHan Xingmei(College of life science and chemistry, Tianshui Normal University, Gansu,Tianshui 741,000)Abstract: This paper makes a brief overview of organic chemistry first, and thenspecifically discusses the organicism of chemistry experiments in Middle School fromthr

10、ee aspects: the use of organic chemical reagents, the organicism of catalysts andreactant. The main purpose is to let students build the concept of organic chemistrywhile learning chemical experiments, cultivate their good habits of doing experimentsand set up the consciousness of protecting the env

11、ironment.Keywords: Chemistry experiment, greening, study1 引言化学是一门以实验为基础的自然学科， 实验是化学学科的重要特征之一。 中学化学实验所用的试剂种类很多， 并且许多化学试剂都具有一定的毒性， 这样就使得全国数以万计的中学化学实验室变成了小型污染厂， 它们几乎每天都会排放数量不等的污染物，这些污染物成分也很复杂，治理起来具有一定的难度。21世纪是绿色化学时代。 化学实验绿色化研究， 是近些年以来， 我国化学教- 2 -育理论与实践领域提出的一个新的课题。 在中国，虽然化学实验的改进创新与绿色设计已经取得了可喜的成绩， 但我们还应该

12、积极发挥主观能动性， 努力使绿色化学更加完善。1 我们对中学化学实验绿色化的研究，就是要使学生树立牢固的绿色化学理念和环保意识，使他们成为未来自觉的“绿色化学家”，形成良好的实验习惯、实验作风，提高学生的化学实验素养。2 绿色化学概述4. 绿色化学的兴起开辟从源头消除环境污染的新阶段的是 1990年美国国会通过的污染防治法，其中宣称保护环境的首选策略是在源头上防止废物的生成， 这就是绿色化学的起源，此后不久，“绿色化学”这一个词汇就应运而生。1991年，美国环境保护署开始将绿色化学纳入其中心。 1995年3月6日，美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战奖”，于 1996年7月在华盛顿国家科学

13、院颁发了第一届奖励， 久负盛名的哥顿会议在 1996年，1997年两次会议上均以绿2色化学的有关类容为主题。1999 年1月，英国皇家化学会主办国际性杂志绿色化学创刊， 2000年英国开始颁发多方资助的英国绿色化学奖。绿色化学是近十年才发生和发展起来的， 是一个 “新生婴儿”。它涉及有机组成、催化、生物化学、分析化学等学科，内容十分广泛。绿色化学的最大特点是在始端就选用防止污染的科学手法，因此进程和终端均为零排放或零污染 。世界上许多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学发展的主要方向之一。我国作为发展中的人口大国， 也十分重视绿色化学问题。 1995年中国科学院组织了“绿色化学与技术 - 推

14、进化学生产可持续发展的途径”院士咨询活动，在对国内外绿色化学的现状与发展趋势进行大量调研的基础上，结合国情，提出了发展绿色化学技术，消除和减少环境污染的 7条建议。3 1997年由国家自然科学基金委员会和中国石油化工总公司联合资助 “九五”重大基础研究项目“环境友好石油化工催化化学与反应工程” 正式启动。 与此同时， 一些绿色化学研究机构也纷纷成立。从 1998年起，连续多次召开国际绿色化学高级研讨会。5. 绿色化学的涵义依照美国绿色化学 (Green Chemistry) 杂志之说，绿色化学是指：在制- 3 -作和应用化学商品时应该运用（最佳可再生）质料 ，消除废物和防止运用有毒的、有风险的

15、试剂和溶剂。 而今日的绿色化学是指可以保护环境的化学技能， 它可以经过运用天然动力， 防止给环境形成负担、 防止排放有害物质； 运用太阳能为意图的光触媒和氢动力的制作和贮藏技能的开发，并思考节能、节约资源 、削减废弃物排放量。绿色化学又称“环境无害化学” 、“环境友好化学”、 “清洗化学”， 与其相对应的技术称为绿色技术、 环境友好技术。 理想的绿色技术应该采用具有一定转化率的高选择性化学反应来生产目的产品， 不生成或很少生成副产品或废物，实现或接近废物的 零排放 过程。当今世界主要的环境问题大部分直接与化学反应、 化工生产过程及它们的产物有关，因此绿色化学便自然而然地成为绿色科技的重要组成部

16、分。 基于以上观点，绿色化学又可以定义为： 人们以绿色意识为指导， 研究和设计对环境副作用尽可能少，在技术和经济上可行的化学和化工生产过程。6. 绿色化学的原则及特点4 2.3.1 绿色化学的原则（1）防止废物产生：设计化学合成方法防止废物的产生，从而无需进行废物的处理。（2）设计更安全的化合物和产物：设计更有效，而且低毒或无毒的化合物。（3）降低化学合成方法的危险性：降低或消除生成产物的合成方法对人类及环境的毒性。（4）使用可再生的原料：使用可再生的原料而非消耗型原料；可再生的原料一般来源于农产品或是其他过程产生的废物； 消耗型原料一般来源于石油、 天然气、煤矿物等。（5）使用催化剂而非当量

17、试剂：通过催化反应将废物的量降到最低。催化剂是指少量而可以多次催化反应进行的试剂，而当量试剂一般过量且只能反应一次。（6）避免衍生物的产生：避免使用保护基团或其他暂时的修饰，衍生物的产生将使用额外的试剂，并产生废物。（7）使原子经济最大化：最大比例的利用起始反应物的每个原子。（8）化合物及溶剂：如果必须使用化合物，选择无害物质；如果需要使用溶剂，尽量选择水。- 4 -（9）使用更安全的溶剂和反应条件：避免使用溶剂，混合物分离试剂，和其他的辅助化。（10）提高能源效率：可能的话，在常温常压下进行反应。（11）设计可降解的产物： 产物在使用后， 应该可以降解， 而不会在环境中累积。（12）全程分析

18、并防止污染： 再生产过程中进行全程监控， 以减少或消除副产物的生成。（13）使事故的可能性降到最低：设计化合物及其状态（固态，液态，气态），以降低爆炸，火灾，泄漏发生的可能性。7. 绿色化学的重要特点原子经济性，实现“零排放”Trost 在 1991年首次提出了原子经济性的概念。5 所谓“原子经济性” 是指化学反应应该最大限度地利用原料分子中的每一个原子， 使它们都结合到目标分子（产物）中去，从而达到零排放（即没有副反应、不生成副产物、不产生废弃物）。 6 一个化学反应的原子经济性程度可以用“原子利用率”来衡量。被利用的原子总物质的 量原子利用率 = 使用的所有反应物的原 子总物质的量7 10

19、03 中学化学实验绿色化的意义2.3.3 是可持续发展的需要人类通过简单的生存活动 - 产生废弃物 - 来影响环境。中学化学实验试剂往往都具有一定的毒性， 教师或学生所做的化学实验或多或少都会产生各种污染物，治理起来有一定的难度。因此，从长远来看，中学化学实验绿色化是中学实验教学未来发展的必然趋势， 中学化学绿色化的目标是尽量选择没有污染的物质进行化学实验， 合理设计实验装置， 严格控制实验的过程， 妥善做好实验结束后的处理工作，尽可能使整个化学实验实现零污染，这也是应当今时代的要求。2.3.4 是化学科学发展的需要绿色化学”是 21世纪化学发展的主导方向。 “绿色化学”要求从根本上消灭污染，

20、是一门能彻底阻止污染的科学。它包括“原料的绿色化” “化学反应的绿色化”“产物的绿色化”等内容。8 其中，“化学反应的绿色化”要求原料物质中所有的原子完全被利用且全部转入期望的产品中。2.3.5 是课程改革的需要- 5 -国家教育部制定的普通高中化学课程标准（实验）中反复强调，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， 形成合理使用化学的意识” 以及运用化学知识解决有关问题的能力”。9 为此，普通高中化学课程标准（实验）中规定必修课程的设计要“体现绿色化学思想”；

21、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，养成环境保护的意识”。显然，新制定的课程标准非常重视绿色化学思想的形式和应用， 因此，在中学化学实验教学中贯彻实验的绿色化具有十分重要的意义，中学化学实验教学绿色化是新课程改革的必经之路。4 中学化学实验的绿色化研究8. 中学化学实验绿色化内涵化学是以实验为基础的科学， 用绿色化学的新理念对化学实验进行改革， 已逐步成为化学老师的共识。 在化学实验中， 反应物用量的多少与环境的污染程度有着密切的联系， 在实验过程中， 我们要达到用最少的反应物取得最好的实验效果的目标， 就要求对实验进

22、行研究， 寻找最佳实验方案， 这个方案既能够满足实验教学要求，又能够节约药品，还能够减少对环境的污染。2.3.6 化学实验绿色化的涵义中学化学实验绿色化是绿色化学思想在中学化学实验中的核心体现。 从实验设计来看，化学实验的绿色化，就是选取绿色化的原料，采用“原子经济性”的10化学反应，使所获得的产物绿色化。2.3.7 中学化学实验绿色化的具体标准其具体标准是指在化学实验中， 化学反应应该最大限度地利用原料分子中的每一个原子，使它们都能够结合到产物中去，即化学反应中原子的利用率达100，从而达到零排放。例如：Si + C高温SiC C + O 2点燃 CO2 S + O 2点燃SO2 H2 +

23、O2点燃H2O首先，化学实验体系排放到环境中的物质种类应该是环境体系正常组分所固有的，比如放出的气体是 O2、N2、H2O、CO2 等，这些都是空气固有的正常组- 6 -分。例如：做 CO 还原 Fe2O3 的实验时，尾气燃烧后转化为 CO2 再排入空气中。其次，实验体系不 向 环境中 排 出污染 物 质，又如 ：在密 封体系中， 进行2NO2N2O4+Q 温度对化学平衡移动的影响实验。第三，在实验现象明显的前提下，对于不可避免的，形成污染的实验尽可能微型化，用能小不大，能少不多11的原则进行设计，使污染尽可能最小化。9. 中学化学实验中常见的污染物化学离不开实验。 现在的初中、 高中化学教材中大约有 65%的知识是由实验引入的。但是，传统的中学化学实验给环境带来的污染已经十分严重， 这些化学实验不仅给环境造成了一定的危害， 而且威胁着人类的生存安全， 以下是常见的几种中学化学实验污染物，见附表。12附表 化学实验中常见的部分污染物举例_序号 实验名称 污染物_