物理化學實驗是高等學校化學化工專業一門基礎課，是化學教學過程的重要環節，實驗過程綠色化在物理化學實驗教學中具有重要意義。本文從實驗內容、實驗裝置、廢棄物處理、考核評價體系和多媒體技術等幾個方面，提出了物理化學實驗綠色化的方法與途徑，在實驗中培養學生的綠色化學意識，實現物理化學實驗的“綠色化”教學，實驗環境得到了改善。

　　關鍵詞:物理化學實驗;綠色化學;實驗教學

　　20世紀90年代，美國化學會(ACS)提出了綠色化學理念，綠色化學又稱環境無害化學(EnvironmentallyBenignChemistry)、環境友好化學(EnvironmentallyFiendlyChemistry)或清潔化學(CleanChemistry)，是一門具有明確的社會需求和科學目標的新型交叉學科。其中心內容是從污染預防的基本思想出發，在化學產品生產的始端就采用預防的科學手段，努力實現整個過程和終端均為零排放的目標[1]。綠色化學是21世紀科學發展的主流方向之一，是當今國際前沿研究的重要領域之一，因此，我們有必要把綠色化學理念融入到日常的教學實踐中。綠色化學實驗是在綠色化學思想指導下，以綠色化學的12條原則為標準[2]，在藥品使用中堅持“5R”原則，即減量(Reduce)、重復(Reuse)、拒用(Rejection)、回收(Recycing)、再生(Regeneration)[3]。物理化學實驗是教育部規定獨立開設的一門實驗課程，是繼普通物理、無機化學、分析化學等前修實驗課后的一門基礎實驗課，是連接基礎學科、應用學科和科學研究的橋梁，對于培養學生“綠色化學”意識具有直接作用[4]。雖然物理化學實驗不像有機實驗和無機實驗那樣涉及較多的化學藥品，但在有些實驗中會不可避免地使用或產生一些有毒有害的化學物質，對人體健康和環境造成危害，因此，有必要將綠色化學的理念融入到物理化學實驗中，把綠色化學教育貫穿在實驗教學的全過程。樹立綠色化理念，精選實驗內容，改進實驗方式，妥善處理廢棄物，利用多媒體技術進行輔助教學，實行綠色化評價考核機制，是實現綠色化學實驗的有效途徑。

　　1構建綠色化學理念，增強師生環保意識

　　物理化學實驗不僅要培養學生的實驗操作技能，還要培養學生的綠色環保意識。每個實驗室就像一個污染源，盡管每次實驗排放污染物的量較小，但長期聚集起來的污染效應絕對不能忽視。目前在師生中普遍存在對化學實驗對環境帶來的污染認識不足，所以我們首先要加強老師的綠色化意識，將綠色教育理念貫穿于整個實驗教學中，傳授綠色化學知識，以身作則，言傳身教。再者就是強化對學生的管理，學生從大一開始進入化學實驗室之前就要進行綠色化實驗教育，由老師帶領學生提前參觀實驗室，熟悉實驗室，進行安全、綠色、低碳和環保教育，增強學生的綠色和環保意識。

　　2改進實驗內容，使實驗內容綠色化

　　實現物理化學實驗綠色化，要從教師做起。首先在確保教學質量和實驗效果的前提下改革實驗內容，從環境保護的角度，認真篩選實驗題目，盡可能選擇對環境污染小的化學藥品。有些實驗可以進行一些微型化、小型化設計，減少藥品的用量。2.1使用低毒或無毒試劑在“最大氣泡法測定表面張力”實驗中，以往的實驗是測定不同濃度正丁醇溶液的表面張力，正丁醇屬于低毒性物質，吸入一定的量會對眼鼻喉部產生刺激，嚴重的會呼吸困難，手部可發生接觸性皮炎。我們改用乙醇作為測試對象以后，消除了有毒物質對實驗室的污染，也降低了實驗成本。線性擬合直線的斜率為k=1.74392×105，由此可知飽和吸附量Γ∞為5.7342×10-6mol·m-2，乙醇橫截面積S0=(Γ∞×N)-1=5.7342×10-6×6.02×1023=2.78×10-19m2(文獻值2.4×10-19～3.2×10-19)，從數據處理結果可以明顯看出，用乙醇代替正丁醇進行表面張力的實驗切實可行。在“凝固點下降法測定摩爾質量”實驗中，傳統的實驗是使用環己烷-萘體系，萘有毒性，并且極易揮發，環己烷也是一種有毒的試劑，有刺激性氣味，持續吸入會引起頭暈、惡心和一些麻醉癥狀，并且極度易燃。此實驗的溶劑和溶質回收再生困難，即浪費實驗試劑，又容易造成污染，危害師生健康。將此體系改革為水-蔗糖，水-蔗糖體系的成本比萘-環己烷體系低，此體系無毒，零污染，蔗糖又是一種可再生的實驗試劑，這樣此實驗就是一個無毒、無污染的綠色化學實驗，大大減少了實驗過程中由于有毒試劑的揮發而對環境造成的污染。2.2推廣微型化實驗在不影響實驗效果的前提下，盡量減少化學藥品的使用量。微型化實驗[5]具有污染小、試劑用量小、縮短實驗時間等優點。傳統的金屬相圖實驗測定的是鉛錫合金，其蒸氣的毒性很大，所用的玻璃管很容易破裂，導致實驗失敗和毒氣泄漏，我們改革后的實驗使用差示掃描量熱儀測定步冷曲線，樣品從十幾克減少到10mg左右，大大減少了藥品用量，降低了實驗成本，減少了污染。在“旋光法測定蔗糖轉化反應的速率常數”實驗中，我們將200mm泡式旋光管改為100mm的旋光管，這樣不僅節約了藥品，還減少了廢液的排放。在“鎳在硫酸溶液中的鈍化行為”實驗中，我們專門定制了小容積反應池，這樣在實驗過程中藥品的使用量較少了一半。

　　3更新實驗裝置

　　與其它化學分支的基礎實驗不同的是，物理化學實驗需要的中小型實驗儀器設備較多，隨著科技的發展，物理化學實驗設備不斷地更新換代，利用高效的新設備取代低效的舊設備，符合綠色化學的要求。物理化學多個實驗均涉及到測溫和測壓裝置，以前實驗室所用的測壓、測溫裝置都是含汞的，其操作步驟復雜，且容易造成汞的泄漏而污染實驗室。目前，我們物理化學實驗室中的測壓裝置均采用數字式低真空測壓儀代替水銀壓力計，從而消除了汞蒸氣可能帶來的危害。在“凝固點下降法測定物質的摩爾質量”實驗中，用數字式溫度溫差測量儀來代替貝克曼溫度計，避免了使用溫度計過程中操作不當而引起環境污染的風險。用溫控式自動旋光儀代替普通的自動旋光儀，大大減少了藥品的用量。

　　4實驗末端綠色低碳化

　　每一個化學實驗室就是一個小型污染源，導致化學實驗室廢棄物污染的原因主要有以下幾個方面:

　　4.1師生認識不到位

　　物理化學實驗由于使用試劑品種較少、量小，產生的廢棄物相對較少，往往引不起足夠的重視，經常不經過任何處理隨意排放，很多實驗室的下水道與城市排水管網相通，長期以往，污染物的積累必將對環境造成嚴重污染。教育部和國家環境保護局在2005年聯合發出了《關于加強高等學校實驗室排污管理》通知，嚴禁把實驗產生的“三廢”直接排放到外界。這一通知的頒布，表明國家和政府高度重視高校實驗室產生廢棄物的問題。因此，我們每個人必須提高認識，足夠重視“三廢”帶來的環境污染問題。

　　4.2缺乏有效的監管和理論指導

　　高校化學實驗課不是連續性的，有別于工廠所帶來的環境污染，其污染具有相對隱蔽性。長期以來，高校化學實驗室的排污行為缺乏有效監管，人們對高校化學實驗室所帶來的污染缺乏認識，這些使得多數高校未及時制定有效的污染防治措施[6]。化學廢棄物種類復雜多樣，其收集流程十分繁瑣。目前僅少量教材有關于廢棄物處理的一般指導性原則，更沒有出版此類的書籍，所以在化學實驗廢棄物處理過程中缺乏有效的理論指導。

　　4.3資金投入不足

　　將化學廢棄物交由專業的危險廢棄物處置企業處置，處理費用非常高，目前僅有少數高校對化學實驗產生的廢棄物進行回收，再專門進行處理。不少高校由于實驗教學資金投入不足，經費只能用于購買實驗藥品，更沒有直接處理實驗廢棄物的設備和能力，因而對污染的防治顯得無能為力。強化認識，加強有效的監管和監督，加大資金投入，鼓勵申報化學廢棄物處置方面的課題和項目，最終實現實驗末端綠色低碳化。雖然廢棄物回收實驗項目的開發及其后續應用存在費用高、時間長的問題，但從環境保護和最大限度減少化學污染物這個角度來看，利大于弊[7]。

　　5建立綠色化考核評價體系

　　以往的物理化學實驗教學，學生的成績主要以實驗報告和期末筆試為主，實驗過程中的綠色化要求往往不會引起學生足夠的重視。學生最注重的是成績，因此，從實驗成績評價標準入手，重新劃分成績組成，加入體現綠色化要求的部分，才能讓學生真正從思想上重視綠色化，進而在實驗操作中認真遵循綠色化要求[8]。將實驗過程藥品的使用是否合理、儀器操作的規范程度、實驗過程中是否有儀器的損毀、隨意丟棄廢棄物或隨意傾倒廢液、實驗完成后實驗臺面的整理情況以及值日情況，將這些日常綠色化指標納入期末學生的成績評定中以引起他們足夠的重視，加強他們在實驗過程中對綠色化的執行力。

　　6利用多媒體技術對物理化學實驗進行輔助教學

　　利用多媒體技術對物理化學實驗進行輔助教學是實現實驗綠色化的有效手段。通過計算機對化學實驗的裝置和實驗操作過程進行模擬，用文字、聲音、動畫等手段讓學生在計算機上對所做實驗達到身臨其境的效果[9]。教師可以將學生實驗過程中常見的一些典型錯誤操作制作成夸張的動畫展示給學生，加深學生對這些錯誤操作的印象。對于一些復雜的實驗操作也可制成形象生動的多媒體動畫，給學生以直觀的感受，達到復雜操作簡單化的教學效果。有一些物理化學實驗項目在實驗過程中因反應劇烈易燃易爆，操作不易控制，這時可用多媒體課件進行模擬和演示，從多角度、多層面展示化學反應流程，實現實驗的綠色化。另外，在實驗開始之前，教師可以將實驗的原理、操作過程、注意事項等內容在多媒體課件進行展示講解，提高實驗課的效率。多媒體技術在物理化學實驗中的應用，極大提高了學生的學習興趣，調動了學生學習的積極性和主動性，同時實現了試劑和儀器裝置的零投入、零排放，是真正意義上的綠色實驗。但多媒體技術在物理化學實驗中的應用不能完全取代傳統的實驗教學，只有與實際的實驗操作結合起來，才能建立起一個合理高效的物理化學實驗教學體系。

　　7結語

　　總之，物理化學實驗綠色化改革是一個漫長而又需要持之以恒的工作，需要教師不斷的優化實驗內容，采用綠色實驗手段和綠色評價手段，妥善處理廢棄物，利用計算機多媒體技術，模擬實驗過程。教師要把綠色化學作為一種指導思想，在物理化學實驗過程中培養學生綠色化意識，真正讓綠色化理念貫穿于實驗的每個環節，為現代化技術人才的培養搭建有利的綠色實踐平臺。

　　作者：劉紅燕 趙堯敏 梅林 單位：中原工學院材料與化工學院