秦晚霞
深圳市第七高级中学 ， 广东 深圳 518104
摘要：绿色化学在国家教育事业发展“十三五”规划中有了明确的内涵，是高中化学学科核心素养培养的更高层次的目标追求，是实现社会可持续发展的关键。基于此，本文结合绿色化学理念渗透于教学实践的重要性，从高中化学实验教学、创设真实情景教学，运用数学思维教学三个方面论述了高中化学教学中绿色化学理念的渗透策略。
关键词：高中化学教学；绿色化学理念；环保意识
人类和环境彼此依存，化学支持了高新技术的快速发展的同时，也为社会带来了各种环境危害的问题，为了实现科技、社会与生态环境的和谐发展，可持续发展战略已成为世界各国的基本国策，绿色化学应运而生。因此在对环境愈发保护的机制下，化学在环境质量检测、环境保护和清洁生产等方面发挥着越来越重要的作用；在国家教育事业改革的规划中，绿色化学的理念渗透也是化学教师教学中必要的学科任务，在化学教育中，促使学生建立环保意识，形成可持续发展思维，建立正确的生态价值观。
国家教育事业发展“十三五”规划明确：广泛开展可持续发展教育，深化节水、节电、节粮教育，引导学生厉行节约、反对浪费，树立尊重自然、顺应自然和保护自然的生态文明意识，形成可持续发展理念、知识和能力，践行勤俭节约、绿色低碳、文明健康的生活方式，引领社会绿色风尚[1]。
作为高中化学教师，为高校输送人才的同时，不能只是以培养学生应试考试的能力为目标，还要培养学生在学习中体会化学对社会的作用以及化学学科的价值，更要注重高中化学学科核心素养的培养，培养学生的“科学态度与社会责任”素养是化学教学的更高层次的目标追求。本文将阐释在高中化学教学中绿色化学理念渗透以达到有效培育学生“科学态度与社会责任”素养的重要性以及策略。
一、绿色化学理念概述
绿色化学又称环境友好化学或情节化学，是从源头上防止污染产生或把化学过程对环境的负面影响降低到最低程度的化学，绿色化学要求原料和产品无害，在化学过程中不产生“三废”或使“三废”降低到最低程度[2]。绿色化学最理想的原子经济就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子的利用率为100%。尽量不使用有毒有害的物质，安全的生产工艺，生产环境友好的产品。绿色化学的核心就是利用化学反应原理从源头上减少和消除工业生产对环境的影响，推动可持续发展。
化学研究的是探索化学物质及其运动变化规律的学科，化学教学在于引导学生构建以物质为基础的知识网络，培养学生的学习能力，认识化学对社会发展的重大贡献，并且在教学中要联系生活实际情景问题帮助学生深刻认识环境保护和资源合理开发的重要性，渗透“绿色化学”理念，培养社会责任意识，促进人类社会可持续发展。
二、高中化学教学中绿色化学思想的渗透策略
1.利用化学实验进行渗透
化学是以实验为基础的学科，化学实验对于全面发展学生的化学核心素养有着极为重要的作用，教师要通过化学实验创设教学情境，激发学生学习化学学科的兴趣，帮助学生理解化学知识和技能，更加要注重化学实验中的安全意识，通过阅读参考文献学习优秀教师的教学实践进行改进实验、优化实验方案进行演示实验、学生实验教学，注重绿色化学理念的渗透。
例如：电解原理是电化学的重要基础理论，在电化学基础之电解池的章节的教学中，为了让学生能更好的理解电解原理，在教学中可以采取学生实验教学，将理论和实验结合，更好地理解电解原理，并且基于教材的实验进行改进， 进行绿色、简易、便携、节能、高效的实验装置。
在人教版《选修4 化 学反应原理》第四章电化学基础第三节电解池用电解CuCl2溶液的实验来分析电解原理。教材用在U型管中进行CuCl2溶液电解，如下图1所示，可以进行教师演示实验。
图1 CuCl2溶液的电解
按照教材上的实验方案实施教学有些不足：电解质溶液用量较多，而且需要在较大的电压下，并且电解时间较长才能看到明显现象：阳极碳棒附近有较多的小气泡产生，且能使靠近U型管口的湿润的淀粉-碘化钾试纸逐渐变蓝色; 阴极碳棒有些许红色固体析出并附着在碳棒下端。 此演示实验在教室进行会有较浓的氯气的刺激性气味，尾气不易处理，不符合绿色化学理念；坐在教室后面的学生不易看清楚教师演示实验时的实验现象，基于以上原因也不适合进行学生分组实验，同时也让学生缺失了实验探究的机会，所以在教学中可以对此实验装置进行改进，解决试剂用量多、氯气污染、学生自主探究、实验可视性等问题。本着绿色化学的原则，在实验效果较好的情况下，实验中严格控制试剂用量，有毒气体必须进行处理，保护人身安全健康，根据氯气的性质，采用浓氢氧化钠溶液吸收产生的氯气，同时又便于检验氯气的生成。
基于以上考虑因素就有了如下图2中的改进装置：
图2 改进CuCl2溶液的电解装置简示图
改进后的实验用品中，采用规格为5ml的一次性塑料滴管作为反应容器，两根铅笔芯穿过管壁作为电极材料，实验现象很明显，接通电源后，电解速率明显加快，阴极铅笔芯下端很快有红色固体析出，阳极铅笔芯上有较多的小气泡产生，产生的气体使紧贴滴管上壁的湿润的淀粉-碘化钾试纸逐渐变蓝，且多余的氯气在滴管末端的脱脂棉处被浓氢氧化钠溶液吸收。有研究表明：在电解电压保持不变的情况下，电解时间会随着两电极间的距离变化而变化，表现为当增大两电极间的距离时，需要的电解时间增大，电解速率变慢，所以通过以改变电极间距离的方式来提高电解效率[3]，改进后的实验中采取缩短两碳棒的距离加快了电解速率，达到较好的实验效果：节约原料，节约能源，缩短实验时间，产生的气体量少，产生的污染气体少，实验装置简易，实验现象明显。
改进后的实验采用学生分组实验，让学生切身体会实验探究过程，充分调动了学生的学习积极性，有助于提高学生从宏观现象迁移到电解池的微观分析：电流方向、电子移动方向、电子得失、溶液中离子的迁移等，从而更好地理解电解原理，培养学生宏观辨识与微观探析的核心素养，同时也培养科学精神与社会责任，践行绿色化学理念。
2.创设真实情景进行渗透
元素化合物内容繁杂，贯穿整个化学学习，而且元素化合物的知识和社会热点问题情景联系紧密，可以以社会热点现象作为情景素材引入复习课题，将物质的结构、来源、性质、用途作为完整的学习主题。避免教师单一讲解物质的性质等知识点，让学生体会到化学知识来源于生活，同时也要利用化学学科的知识想措施解决相关问题。例如：在硫元素及其化合物的性质时，可以创设如下真实情景，设置驱动性问题：
（1）什么是雾霾？并配以雾霾相关的图片，微课视频配音讲解雾霾的形成，让学生视觉感受雾霾的存在，并了解雾和霾的化学视角的组成，也激发学生想要深入了解其中的化学原理的学习欲望。
（2）雾霾中的硫酸如何形成的？并用化学符号表示出来。学生根据微课视频信息提取化学原理知识，了解燃煤产生了SO2，后又转化为硫酸；
（3）回忆SO2的性质，并思考如何降低燃煤中的SO2排放？回顾SO2的酸性氧化物的通性，以SO2的硫元素的价态居中的规律分析其还原性和氧化性，并找出能与之发生氧化还原反应的氧化剂：O2、X2、KMnO4(H+)、FeCl3、HClO、H2O2、HNO3等和还原剂H2S，写出相应的化学方程式，并根据反应原理思考降低燃煤中SO2的排放问题，学生也自然能根据SO2的性质支撑讨论出措施，比如据其酸性氧化物通性可以用碱液吸收，进而了解工业上采用氨酸法：氨水吸收尾气，然后加入硫酸；第二种为石灰～石膏法：石灰乳吸收尾气再转化为石膏。并用化学方程式表示两种方法的工作原理。并从吸收效率、成本、安全性、产品回收利用等角度评价这两种工艺。引导学生结合SO2的酸性氧化物通性和还原性并运用绿色化学技术来改善环境污染问题，将化学与生产生活问题联系起来，提高化学教育的应用价值，让学生更加积极主动的参与化学学习。
（4）展示以熏硫法漂白果干、果脯、干菜、粉丝、蜜饯类允许残留量参照“硫黄”照片。燃烧硫黄产生二氧化硫，可使果片表面细胞破坏促进干燥，同时由于其还原作用，可破坏酶的氧化系统，阻止酶被氧化；了解SO2虽然对环境有污染，但用其漂白性和还原性在食品加工领域中应用广泛。并以微课视频展示SO2的漂白性的实验室演示实验，避免直接进行课堂实验操作对教室环境产生污染。
（5）展示葡萄酒的成分表，如下表[4]
思考：如何测定葡萄酒中的SO2的残留量？是否会危害健康？引导学生在定性知识的基础上进行定量分析，中学常见的定量测定方法有：沉淀质量法和滴定法。
限定试剂A组：KMnO4(H+)、碘水、淀粉溶液、H2O2溶液，选择合适的标准溶液采用滴定法测定葡萄酒样品中SO2的残留量。
限定试剂B组：BaCl2 溶液、Ba(OH)2 溶液、KMnO4(H+)、双氧水，选择合适的试剂采用沉淀质量法测定葡萄酒样品中SO2的残留量。
将学生分为两大组进行讨论，确定实验方案，最终采用滴定法的实验原理是：用0.01 mol?L-1的碘标准液测定50.00 mL未知试样中SO2的浓度（以 mg·L-1 为单位）。采用沉淀质量法测定的实验原理是：用双氧水和 BaCl2 溶液进行先氧化SO2，再转变成BaSO4沉淀，进行相关的沉淀处理及称量计算。
采用驱动性问题引导学生从定性和定量角度全面认识硫及其化合物的性质，构建物质性质知识框架，并联系生活生产实际，客观认识硫及其化合物“双刃剑”的特性，重视环境保护，提高环保意识，让化学知识和技术更好地服务于社会。
3.运用数学思维进行渗透
在化学实验教学中，通常要求要严格控制试剂用量，往往学生对化学实验兴趣浓厚，但通常却不是很明确为什么要控制试剂用量，比如在复习难溶电解质的溶解平衡知识环节，工业生产中某些重金属离子如Cu2+、Hg2+的废水如果直接排放，对环境有较大的污染性，所以要先进行预处理，将其转化为极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀。CuS、 HgS的溶度积Ksp分别为6.3×10-36、 6.4×10-23 ,当化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比相同时， Ksp 数值越大，表示该难溶电解质在水中的溶解能力越强，由此可知它们的溶解能力很弱，通过计算CuS的饱和溶液中：Ksp[CuS]=c(Cu2+)?c(S2-)=6.3×10-36,则 c(Cu2+)=c(S2-)= ×10-18mol/L ；HgS的饱和溶液中Ksp[HgS] =c(Hg2+)?c(S2-)= 6.4×10-23 ,则c(Hg2+)=c(S2-)=8.0×10-11mol/L。通过数学计算可知，要生成CuS、HgS等沉淀所需要的Cu2+、S2-、Hg2+的浓度都比较小；同理，例如：AgCl、BaSO4的溶度积Ksp分别为为1.8×10-10、1.1×10-10，要生成AgCl、BaSO4白色沉淀，只需要很小浓度的Ag+、Cl-、Ba2+、SO42-即可，所以在化学实验中，我们通常需要控制试剂用量，例如：在SO42-离子的检验中，在用稀盐酸酸化溶液后，通常只需加入少量BaCl2稀溶液即可观察到白色沉淀，而且现象很明显，所以在工艺流程的解题中，若要检验沉淀或晶体是否洗干净的实验方案中，若工艺流程中使用的试剂出现Cl-、SO42-等，一般选择检验Cl-、SO42-是否在洗涤液中有剩余，这样既节约了试剂也达到了实验效果，Ag+、Ba2+为重金属，直接转入废液，会造成水质和土壤污染，在化学教学中，利用数学计算思维引导学生理解实验试剂的选择的依据以及控制试剂用量的原理渗透绿色化学理念，减少对环境的不良影响，增强学生的环境保护意识。
综上所述，化学教师作为育人的特殊角色，就有责任在学科教学中有意识地培养学生的绿色化学意识，在课堂教学阵地渗透可持续发展的理念，据化学学科特点培养学生的实践能力和科学精神与社会责任，践行绿色化学理念，把学生培养成有环保意识的生产者和建设者。
参考文献
[1]国务院.国务院关于印发“十三五”国家知识产权保护和运用规划的通知.国发〔2017〕4号.2017年01月10日
[2]宋心琦.普通高中课程标准实验教科书《实验化学（选修3）》[M].2版.北京：人民教育出版社，2017：7
[3] 陈达，庄华清.电解饱和食盐水实验的新改［J］.化学教学，2012( 11) : 50
[4]曹旭琴.二氧化硫复习课教学设计［J］.化学教学，2014（4）:42