化學實驗的綠色追求

化學實驗的綠色追求第1頁/共54頁我們應當如何去保護我們賴以生存的地球呢？第2頁/共54頁課題二化學實驗的綠色追求1.綠色化學2.實現(xiàn)綠色化學的途徑第3頁/共54頁教學目標知識與能力復習氯氣的制取及其主要化學性質(zhì)通過親自動手實驗培養(yǎng)學生的實驗動手能力、觀察、分析問題的能力和自主創(chuàng)新能力通過微型實驗制取氯氣并通過實驗驗證其性質(zhì)第4頁/共54頁情感與態(tài)度培養(yǎng)學生進行化學實驗創(chuàng)新設(shè)計的意識培養(yǎng)學生的環(huán)保意識，倡導對環(huán)境危害小，節(jié)約實驗試劑用量的微型實驗第5頁/共54頁過程與方法通過實驗了解化學實驗的危險性通過實驗培養(yǎng)學生積極創(chuàng)新的精神第6頁/共54頁教學重難點重點難點了解綠色化學的意義掌握幾種綠色實驗原理第7頁/共54頁

隨著人類工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，由于化學反應而產(chǎn)生的工業(yè)三廢，造成了越來越嚴重的環(huán)境污染，人們又提出了“綠色化學“的口號。綠色化學要求原料和產(chǎn)品無害，在化學過程中不產(chǎn)生”三廢“或使得”三廢“降低到最低程度！1.綠色化學第8頁/共54頁

綠色化學又稱環(huán)境友好化學或清潔化學，是從源頭上防止污染產(chǎn)生或把化學過程對化境的負面影響降低到最低程度的化學。第9頁/共54頁知識拓展原子經(jīng)濟性

綠色化學的“原子經(jīng)濟性”是指，在化學品合成過程中，合成方法和工藝應被設(shè)計成能把反應過程中所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中。第10頁/共54頁

化學反應的“原子經(jīng)濟性”（Atomeconomy）概念是綠色化學的核心內(nèi)容之一，最早由美國斯坦福大學的B.M.Trost教授提出，他針對傳統(tǒng)上一般僅用經(jīng)濟性來衡量化學工藝是否可行的做法，明確指出應該用一種新的標準來評估化學工藝過程，即選擇性和原子經(jīng)濟性，原子經(jīng)濟性考慮的是在化學反應中究竟有多少原料的原子進入到了產(chǎn)品之中，這一標準既要求盡可能地節(jié)約不可再生資源，又要求最大限度地減少廢棄物排放。第11頁/共54頁原子經(jīng)濟性示意圖第12頁/共54頁1.反應平衡轉(zhuǎn)化率很低，反應物與產(chǎn)物分離困難，反應物難于循環(huán)使用；

2.生產(chǎn)目標產(chǎn)物的反應是原子經(jīng)濟的，但反應物還能同時發(fā)生其他平行反應，生產(chǎn)不需要的副產(chǎn)物。A+B=C例如

原子經(jīng)濟反應是最大限度利用資源、最大限度減少污染的必要條件，但不是充分條件。這是因為某些化學反應中：第13頁/共54頁2.實現(xiàn)綠色化學的途徑化學實驗綠色化的途徑有以下幾個方面：（1）開發(fā)綠色實驗，如實驗室以H2O分解值得氧氣取代氯酸鉀分解法，實現(xiàn)原料和反應過程的綠色化；（2）防止實驗過程中尾氣、廢物等對環(huán)境的污染，實驗中有危害性氣體產(chǎn)生時要加強尾氣吸收，對實驗產(chǎn)物盡可能再利用等；（3）在保護實驗效果的前提下，盡可能減少實驗試劑的用量（如降低試劑濃度，減少用量等），使實驗小型化、微型化；第14頁/共54頁（4）對于危險或反應條件苛刻，污染嚴重或儀器、試劑價格昂貴的實驗，可采用計算機模擬化學實驗或觀看實驗錄像等辦法；（5）妥善處置實驗生產(chǎn)的廢物，防止污染環(huán)境。第15頁/共54頁知識拓展使用化學品的5R原則（1）據(jù)用危害品。嚴禁生產(chǎn)和使用對環(huán)境有嚴重危害或長期危害的產(chǎn)品，如全國查禁毒鼠強，一些省份停止含磷洗滌劑的生產(chǎn)與銷售等。（2）減量使用。在實驗、生產(chǎn)與生活中，凡用到化學品時，都應在不影響效果的情況下，盡量減少其用量。這樣，既節(jié)約資源又避免對環(huán)境造成污染。第16頁/共54頁（3）再生。要求在設(shè)計化工產(chǎn)品時，就應考慮到原材料、產(chǎn)品的再生利用，特別是高分子材料。再生是變廢為寶，節(jié)省資源、能源、減少污染的有效途徑。（4）循環(huán)利用?；瘜W反應或化工生產(chǎn)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，排放物甚至是冷卻水等，都應該回收循環(huán)使用，決不能不經(jīng)處理就排放到環(huán)境中去。（5）再生利用。對化學家而言，世界上沒有廢物，只有未被利用的物質(zhì)。本著這個原則，要盡可能地利用各種化學過程的”廢物“。第17頁/共54頁歷史上的八大公害事件1.馬斯河谷事件：1930年12月1～5日比利時馬斯河谷工業(yè)區(qū)工業(yè)區(qū)處于狹窄的盆地中，12月1～5日發(fā)生氣溫逆轉(zhuǎn)，工廠排出的有害氣體在近地層積累，三天后有人發(fā)病，癥狀表現(xiàn)為胸痛、咳嗽、呼吸困難等。一周內(nèi)有60多人死亡。心臟病、肺病患者死亡率最高。2.多諾拉事件:1948年10月26～31日美國賓夕法尼亞洲多諾拉鎮(zhèn)該鎮(zhèn)處于河谷，10月最后一個星期大部分地區(qū)受反報旋和逆溫控制，加上26～30日持續(xù)有霧，使大氣污染物在近地層積累。二氧化硫及其氧化作用的產(chǎn)物與大氣中塵粒結(jié)合是致害因素，發(fā)病者5911人，占全鎮(zhèn)人口43％。癥狀是眼痛、喉痛、流鼻涕、干咳、頭痛、肢體酸乏、嘔吐、腹瀉，死亡17人。第18頁/共54頁3.洛杉磯光化學煙霧事件:二十世紀40年代初期美國洛杉磯市全市250多萬輛汽車每天消耗汽油約1600萬升，向大氣排放大量碳氫化合物、氮氧化物、一氧化碳。該市臨海依山，處于50公里長的盆地中，汽車排出的廢氣在日光作用下，形成以臭氧為主的光化學煙霧。4.倫敦煙霧事件:1952年12月5～8日英國倫敦市5～8日英國幾乎全境為濃霧覆蓋，四天中死亡人數(shù)較常年同期約多40000人，45歲以上的死亡最多，約為平時3倍；1歲以下死亡的，約為平時2倍。事件發(fā)生的一周中因支氣管炎死亡是事件前一周同類人數(shù)的9.3倍。第19頁/共54頁5.四日市哮喘事件:1961年日本四日市1955年以來，該市石油冶煉和工業(yè)燃油產(chǎn)生的廢氣，嚴重污染城市空氣。重金屬微粒與二氧化硫形成硫酸煙霧。1961年哮喘病發(fā)作，1967年一些患者不堪忍受而自殺。1972年市共確認哮喘病患者達817人，死亡10多人。6.米糠油事件:1968年3月日本北九洲市、愛知縣一帶生產(chǎn)米糠油用多氯聯(lián)苯作脫臭工藝中的熱載體，由于生產(chǎn)管理不善，混入米糠油，食用后中毒，患病者超過1400人，至七八月份患病者超過5000人，其中16人死亡，實際受害者約13000人。第20頁/共54頁7.水俁病事件:1953～1956年日本熊本縣水俁市含甲基汞的工業(yè)廢水污染水體，使水俁灣和不知火海的魚中毒，人食用毒魚后受害。1972年日本環(huán)境廳公布：水俁灣和新縣阿賀野川下游有汞中毒者283，其中60人死亡。8.痛痛病事件:1955～1972年日本富山縣神通川流域鋅、鉛冶煉廠等排放的含廢水污染了神通川水體，兩岸居民利用河水灌溉農(nóng)田，使稻米和飲用水含鎘而中毒，1963年至1979年3月共有患者130人，其中死亡81人。第21頁/共54頁實驗1-2氯氣的生成及其性質(zhì)的微型實驗

回憶實驗室制氯氣第22頁/共54頁制取方程式—MnO2+4HCl(濃)=MnCl2+Cl2↑+2H2O裝置—分液漏斗,圓底燒瓶,加熱檢驗—能使?jié)駶櫟乃{色石蕊試紙先變紅后褪色;除雜質(zhì)—先通入飽和食鹽水(除HCl),再通入濃H2SO4(除水蒸氣)收集—排飽和食鹽水法或向上排氣法尾氣回收—Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O

實驗室制法比較繁瑣、攜帶不方便，銜接處太多，可能對環(huán)境造成危害等缺點，我們必須想想還有沒有其他的方法可以取代？第23頁/共54頁實驗內(nèi)容：氯氣的生成與重要性質(zhì)的微型實驗。實驗目的：復習Cl2的制取原理，并通過微型實驗制取微量氯氣，試驗其性質(zhì)。體驗實驗微型化與規(guī)范化的關(guān)系。3.培養(yǎng)進行化學實驗創(chuàng)新設(shè)計的意識。第24頁/共54頁實驗原理：KClO3晶體與濃鹽酸反應時，會立即產(chǎn)生氯氣。實驗利用表面皿與玻璃片之間形成的一個相對密閉的小氣室，使生成的少量氯氣在密閉空間擴散，與各試劑液滴迅速反應，現(xiàn)象明顯，并可防止氯氣泄露。第25頁/共54頁實驗用品：0.1mol·L-1KBr、KI、NaOH、FeSO4溶液、KClO3晶體、濃鹽酸、淀粉液、酚酞溶液、KSCN溶液、pH試紙。滴管、白紙、表面皿、玻璃片。第26頁/共54頁表面皿玻璃片滴管pH試紙KSCN溶液第27頁/共54頁實驗步驟：1.在一塊下襯白紙的玻璃片的不同位置上分別滴加濃度為0.1mol·L-1的KBr、KI（含淀粉溶液）、NaOH（含酚酞）、FeSO4（含KSCN溶液）溶液各1滴，每種液滴彼此分開（應在下襯得白紙上編號，記清各滴的位置），圍成半徑小于表面皿的圓形。在圓心處放置2粒芝麻大小的KClO3晶體。蓋好表面皿。第28頁/共54頁2.打開表面皿，向KClO3晶體滴加一滴濃鹽酸，立即用表面皿蓋好，觀察氯氣的生成及其與各液滴反應的現(xiàn)象（約2分鐘）。記錄各液滴的變化，寫出相應反應的化學方程式。第29頁/共54頁思考與討論1.氯酸鉀與濃鹽酸的反應是一個氧化還原反應，請分析反應中的電子得失情況。2.利用這套簡易裝置，你設(shè)想還能進行哪些實驗？請舉出一些。它們之間有什么共同特點？第30頁/共54頁拓展實驗

化學實驗中要用到多種儀器，當實驗條件尚可但又缺少規(guī)范的儀器時，也可以利用現(xiàn)有的或易得的儀器或材料來完成實驗。下面介紹的利用計算機軟盤盒作反應容器來研究氣體的生成與性質(zhì)的做法，就是其中一例。第31頁/共54頁1.試利用計算機軟盤盒進行氣體的生成與性質(zhì)的微型實驗。

計算機軟盤盒是用透明塑料制成的，它與一般無極試劑沒有明顯的反應，而且具有一定的封閉性，可用于進行氣液反應的微型實驗。第32頁/共54頁（1）在軟盤盒蓋得適當位置鉆孔，以便滴加液體反應試劑。（2）在軟盤盒底的適當位置滴加或放置反應試劑。（3）蓋好盒蓋，并通過小孔滴加試劑，反應即可在密閉空間內(nèi)進行。方法步驟：第33頁/共54頁2.請你利用該軟盤盒，設(shè)計氣體生成與性質(zhì)的小實驗第34頁/共54頁

利用喝過珍珠奶茶的透明塑料杯和吸管改進成實驗裝置：第35頁/共54頁1.在吸管上均勻剪開4個傾斜向上的缺口。2.將濾紙剪成4個小條備用。3.分別將濾紙條浸入品紅溶液、溴水、KMnO4溶液、NaOH（含酚酞）溶液，片刻后取出，分別插在吸管的4個缺口上。4.在正對吸管的杯底位置放置適量Na2SO3粉末。5.將吸管插入塑料杯。第36頁/共54頁6.在吸管和杯口塑料膜接觸的部位圍一圈浸過稀NaOH溶液的棉花條，防止多余的SO2逸出污染環(huán)境。7.從吸管上口向Na2SO3粉末上滴加一滴濃H2SO4，并迅速用干燥的棉花團堵住吸管上口。8.透過透明塑料杯壁觀察現(xiàn)象。9.反應結(jié)束后，打開棉花團，沿吸管滴入適量稀NaOH溶液，堵住管口，振蕩搖動塑料杯，使多余的SO2氣體吸收完全。第37頁/共54頁再設(shè)計1~2種利用其他日常物品進行實驗的方案第38頁/共54頁實驗1-3污水處理—電浮選凝聚法試驗目的：1.了解電浮選凝聚法處理污水的原理及裝置。2.培養(yǎng)保護環(huán)境的意識。第39頁/共54頁試驗原理：Fe片、Al片、直流電源、導線、污水形成閉合回路，與直流電源正極相連的陽極鐵失去電子生成Fe2+，進一步被氧化，并生成Fe(OH)3沉淀，F(xiàn)e(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉積下來，具有凈化的作用；與直流電源負極相連的陰極產(chǎn)生H2，氣泡把污物中的懸浮物帶到水面形成浮渣層，積累到一定厚度時刮去（或撇掉）浮渣層，即起到了浮選凈化的作用。第40頁/共54頁其反應可表示為：陽極：Fe—2e-=Fe2+2H2O—4e-=4H++O24Fe2++10H2O+O2=4Fe(OH)3↓+8H+陰極：2H++2e-=H2↑第41頁/共54頁第42頁/共54頁實驗用品：污水、鹽酸、氫氧化鈉溶液、硫酸鈉溶液。燒杯、鋁片、鐵片、直流電源（含電壓、電流表）、pH試紙、導線。第43頁/共54頁pH試紙燒杯直流電源導線鋁片、鐵片第44頁/共54頁實驗步驟：1.取洗滌液200ml（內(nèi)含洗滌劑和油污）調(diào)節(jié)pH值到5~6，加入少許的Na2SO4，溶解后倒入電解槽。2.從直流電源的兩級接出來兩根導線，分別在電源的正極連接鐵片，負極連接鋁片，兩極平行置入電解槽，把