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关于有机化学实验教学中体现绿色化学的探索

作者:建筑设计
出处:www.lunrr.com
时间:2019-11-03

0简介

“绿色化学”(Green Chemistry),又称环保化学,无害环境化学,清洁化学。它是指使用科学原理,技术和方法来减少或消除有害于人类健康或环境的原材料,产品,副产品,溶剂和试剂,并开发和设计不具有(或最小化)化学物质的方法。 )环境副作用。和化学过程。 “绿色化学”是为满足人类可持续发展的要求而提出的新概念。它涵盖了原材料的绿色环保,反应的绿色环保,催化剂的绿色环保,溶剂的绿色环保,产品的绿色环保以及绿色化学的基础知识。目的是从源头上防止污染,以便我们可以将环境治理从姑息根源转变为根本原因。绿色化学将为我们提供一个清洁的环境,有利于人类及其赖以生存的环境的可持续发展,从而实现人与自然的和谐。

有机化学实验是化学,化学工程,材料,环境,医学,生命科学,农业院校等重要的基础课程。该实验需要大量的药物和试剂,其中大多数是有毒,易燃,腐蚀性或爆炸性的。实验过程中还会产生大量废物。如果处理不当,每个实验排放的废水,废气和废渣将严重污染环境。实验室是严重的污染源。因此,在有机化学实验教学中开展绿色化学教育,以增强学生的环境意识非常迫切。培养学生的创新能力。这要求化学老师认真认真地对待每个实验,不仅要科学直观地证明实验目的,而且要时刻注意消除对环境的负面影响,体现绿色化学思想。许多从事有机化学实验的教育者已经意识到并尝试过。下面总结了我们有机化学实验教学过程中的一些具体实践。

1个精心挑选的符合绿色化学的实验项目

在安排传统有机化学实验项目时,教师只认为实验现象明显。学生能掌握实验的基本操作技能,对实验试剂的毒性和污染认识不足,但被动地告诉学生如何保护。要实现有机化学实验的“绿色化”,必须从教师入手,在教师心中建立绿色化学思维模式,从环境保护的角度精心选择实验项目,消除部分环境污染较大的试验项目,补充环境。小型污染实验项目和环保实验。在保证实验教学目的的前提下,选择低毒、少浪费、轻污染的实验项目。例如,苯与液溴反应制备溴苯实验,苯损伤造血系统,液溴腐蚀,现在正丁醇与溴化钠反应制备正溴代丁烷;如“肉桂酸”实验取代“喹啉”实验,避免苯胺和硝基苯等有毒致癌物。在选择实验时,首先从现有的有机化学实验材料中进行选择,并增加一些教师作为实验机构的研究成果,如微波干法合成4-(3-吡啶基)3-丁烯-2-酮的实验、微波的引入等。技术在有机化学实验中,反应速率可比传统加热技术快数倍至数千倍,且具有反应条件温和、反应时间短、产物易纯化、节省溶剂等优点。环境友好。同时,有助于学生了解化学前沿,激发学生的好奇心。

2根据绿色化学的概念,对必要的实验进行了改进

根据教学大纲的要求,目前的有机化学实验不能完全符合绿色化学的要求,但可以参考最新的科研成果,对一些实验项目进行绿色化学理念的改进。

2.1减少试剂量

在正溴丁烷的制备实验中,对原料中正丁醇的量进行了探索,最后,正丁醇的量为4 mL,得到的产物量为2.4至3.5 mL,学生可以基本获得产品。减少了正丁醇的用量,并相应减少了实验所需的其他试剂(如酸和碱),节省了试剂,减少了污染,并将实验时间从5小时减少到3小时。

在乙酰苯胺的制备实验中,苯胺是有毒的,乙酸酐是高腐蚀性物质,苯胺可以从5.5mL减少到2mL,乙酸酐从7.3mL减少到3mL,仍然可以得到约2.5g。实验效果非常明显。

在甲基橙的制备实验中,原料N,N-二甲基苯胺是一种具有血液毒性,神经毒性和致癌性的药物。亚硝酸钠也是众所周知的致癌物。如果使用微实验反应,对学生来说很难。观察到真实的合成过程。我们对此进行了探索,最后发现原材料减半了。使用1.0克对氨基苯磺酸,0.4克亚硝酸钠和0.7毫升N,N-二甲基苯胺,我们仍然可以得到1.5克粗甲基橙产物。完全满足实验要求。

2.2选择绿色催化剂

酯化合物的制备是不可避免的实验,但现有的教材基本上都使用浓硫酸作为催化剂。浓硫酸具有很强的氧化性能,许多反应副产物和许多酸性废液。参考关于酯化的各种研究结果,使用固体超强酸[SiO2/SO2-4]作为合成乙酸乙酯的催化剂,并使用水合硫酸。在乙酸正丁酯的制备中,将氢氧化钠用作催化剂以减少污染,提高收率,并且该催化剂可以再循环。在乙酰乙酸乙酯的制备实验中,使用氢氧化钠代替金属钠,使操作简单安全。同时,使用相转移催化剂TEBA,反应时间缩短了2小时,收率没有变化。

2.3选择绿色溶剂

在柱色谱分离操作中,采用无水苯和乙醚分离邻硝基苯胺和对硝基苯胺。为避免苯的毒性,采用1:3乙酸乙酯和石油醚作为洗脱剂。分离效果也很好。随后,乙醇和水作为洗脱剂分离荧光黄和亚甲基蓝。同时,对柱径、氧化铝高度、分离液浓度进行了反复考察,并对结果进行了补充。将1毫升95%乙醇溶于1毫克荧光黄和1毫克亚甲基蓝中。当填料柱的高度和直径分别为6cm和1cm时,分离效果明显,分离时间最短,溶剂用量最少。

2.4选择绿色氧化剂

己二酸的制备是有机化学实验中的基础实验。己二酸是生产尼龙-6,6的单体。硝酸常被用作氧化剂,但释放出大量的氮氧化物有毒气体,并设计了己二酸。在绿色合成方法中,用过氧化氢代替硝酸作为氧化剂,副产物是水。过氧化氢被认为是一种绿色氧化剂。

2.5实验内容与连续实验的整合

传统的实验教科书将有机实验分为三个主要部分:基本操作技术,有机化合物制备和有机化合物特性。实验在三个独立的级别上进行。这种设置只有一个内容,每个单元之间的实验之间没有任何联系。为了训练一个单元进行操作或验证其性质,它经常消耗大量的药物,这不利于环境意识和实验能力的培养。学生在实验中非常被动。现在,我们以制备实验为主要内容,将课程大纲中要求的单元操作实验,自然实验和产品鉴定内容整合到制备实验中,也就是说,将实验内容如乙酰乙酸乙酯的制备整合到了一起。 1制备(包括回流,分离的水分回流,萃取,干燥,常压蒸馏,真空蒸馏操作),2产品纯度,结构鉴定(沸点,折光率,气相色谱,红外光谱),3产品鉴定(氯化铁测试) ,溴的四氯化碳测试,2,4-二硝基苯肼测试等)。

另一方面,将制备实验尽可能地联系起来以实现连续实验,即将前一个实验的产物用作后一个实验的原料。如:苯→硝基苯→苯胺→乙酰苯胺→对氨基苯磺酰胺,这样的连续实验,不会浪费实验产品的每一步,解决了学生实验得到的产品始终放置时间过长导致的问题环境污染它节省了原材料并减少了污染。同时,由于每个步骤的产物和纯度与下一个实验能否正常进行有关,因此对学生提出了更高的要求。它迫使学生认真对待实验的每一部分。充分调动了学生的实验热情。

3加强学生的绿色化学意识

有机化学实验教学不仅可以培养学生的基本化学实验技能,而且可以将绿色化学思想融入实验教学中,使学生了解绿色化学,树立绿色意识。在未来的工作中,他们从事绿色化学研究和开发能力。因此,我们非常重视实验的准备工作,提前告知所有实验项目,让他们知道它们是什么,并将废物处理添加到实验预览报告中。在每次实验前20至30分钟询问学生。实验中将产生哪些废物(废水,废气,废渣)?怎么处理呢?学生可以通过已学到的有机化学理论知识和以后要进行的实验来提出一些解决方案。例如,在正溴丁烷的制备实验中产生的溴化氢气体,教科书建议吸收烯烃,学生建议使用先前收集的废碱液吸收或用水吸收,然后用废碱中和。遵守国家规定。排放标准不仅回收了该实验的废气,还处理了以前的废碱液,用一块石头杀死了两只鸟。大多数实验具有萃取或重结晶操作,并且将产生的废溶剂如乙醇,乙酸乙酯,石油醚,四氯化碳等纯化并用于随后的实验中。例如,可以反复使用乙醇从茶中提取咖啡因,柱色谱法,无水乙醇制备,乙酰水杨酸,三苯甲醇提纯等。在老师的指导下,学生养成了习惯,不易将化学物质排放到环境中。化学品的浪费,回收,加工和回收使他们自觉行动。

4在实验过程中保存想法的整个过程

在实验过程中注意节水节电也间接反映了绿色化学的思想,因为所有水电生产过程都包括化学过程,产生污染,并节水节电,相当于减少了水电期间产生的污染生产。当学生返回蒸馏时,他们通常会感到不自在,冷凝水急剧打开。要求学生根据物质的沸点选择合适的冷凝管长度,并将两组冷凝水串联连接,并将冷凝水开到最小。金额仅为原始金额的三分之一。

在实验过程中,请尝试减少用药的学生人数并重做实验。有机制备实验不同于其他实验。原料相同,剂量相同,反应条件相同,但实验现象往往不同。例如,在制备乙酸正丁酯时,实验开始时,有些学生是粉红色,紫色或黄色的。一些学生担心他们无法获得产品,并要求重做。老师耐心地向学生解释,合成实验涉及很多。单元操作是否成功取决于操作的每个步骤。原料是否足够混合?加热均匀吗?提取分离完成了吗?干燥是否彻底?它会影响实验结果,并且初始现象是不正确的。结果不一定比其他学生差。通过老师的指导和实践经验,学生学会有意识地分析实验中的异常现象,找到弥补一些操作错误的方法,并试图获得更好的结果,这比完成实验的成功要大得多,并且避免了这种情况。学生重做,造成浪费药物,水和电的浪费,并延长了实验时间。

5结论

在有机化学实验教学中,要实施绿色化学教学有许多工作要做,例如引入新的实验技术,更新实验内容,选择环保化学试剂和反应,小型化。实验,序列化等。只有在实验教学中,从头开始,从头到尾实现总体规划,合理安排,合理使用,不断研究,发现和探索,以消除或减少实验所造成的环境污染。同时,更重要的是要引导学生树立生态文明意识,树立对环境维护和人类可持续发展的高度责任感,并通过绿色化学意识和绿色化学技术培养高级人才。为国家,从根本上切断污染源。保持社会稳定与发展。

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