化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)習(xí)和研究的基本方式，實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境質(zhì)量直接關(guān)系到教師和學(xué)生的身體健康。據(jù)教育部2010年的統(tǒng)計，目前我國擁有普通高中14058所，初中5.49萬所。每天數(shù)以萬計的中學(xué)生在做著各種各樣的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。
中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課上都有這樣一個美妙的場景：清澈透亮的硫酸銅溶液，滴入適量氫氧化鈉，馬上產(chǎn)生美麗的藍(lán)色絮狀沉淀。如魔術(shù)般神奇的化學(xué)實(shí)驗(yàn)太讓人著迷了。
日前，由昆明第十四中學(xué)師生20人組成的科技競賽代表隊(duì)，參加了新加坡第13屆基礎(chǔ)科學(xué)博覽會暨2012年安德遜初級學(xué)院（以下簡稱“安初學(xué)院”）科技挑戰(zhàn)賽。其中楊俊凡、諶億、趙子文、李涵彭皓4名學(xué)生的研究項(xiàng)目《中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的綠色化研究》榮獲金獎。在這篇論文中，他們提出了一個極少有人關(guān)注的問題：中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是一種不容忽視的污染源，其污染種類復(fù)雜，雖然每次排放的污染物量不算大，但“聚沙成塔”的累計效應(yīng)會造成較大的毒害。
中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計很少考慮污染問題
化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)習(xí)和研究的基本方式，實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境質(zhì)量直接關(guān)系到教師和學(xué)生的身體健康。據(jù)教育部2010年的統(tǒng)計，目前我國擁有普通高中14058所，初中5.49萬所。每天數(shù)以萬計的中學(xué)生在做著各種各樣的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。
我國比較重視在化學(xué)教育中滲透環(huán)境教育，在環(huán)境教育的內(nèi)容編排上，涉及當(dāng)今世界上主要的環(huán)境及污染問題，例如教材中分別穿插有關(guān)“大氣污染、水污染、溫室效應(yīng)、酸雨、臭氧空洞”等內(nèi)容。
“但化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，現(xiàn)行初、高中教材有60%的知識通過實(shí)驗(yàn)引入，但教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計只重視了操作方便、裝置簡單、現(xiàn)象明顯，卻很少顧及環(huán)境污染問題，更談不上對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綠色化設(shè)計。”昆明第十四中學(xué)副校長、中學(xué)化學(xué)特級教師魏戚光說：“在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大多數(shù)學(xué)校忽視了化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的污染問題，對化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的廢棄物很少進(jìn)行處理就直接將它們排放到環(huán)境中，不僅嚴(yán)重污染環(huán)境，也對人體健康造成損害。”
十四中團(tuán)委書記、中學(xué)化學(xué)一級教師陳明告訴記者，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢棄物主要有三類：廢液、廢氣和固體廢棄物。
廢液包括：多余溶液、實(shí)驗(yàn)殘液、失效的貯藏液、清洗儀器時的廢液等。“幾乎所有的化學(xué)實(shí)驗(yàn)都不同程度存在著廢水污染問題。這些廢液中成分非常復(fù)雜，包括最常見的有機(jī)物、重金屬離子、有害微生物和細(xì)菌毒素等。這些廢液大多具有易燃性、腐蝕性和毒害性，有的甚至還可以致癌。”陳明說。
實(shí)驗(yàn)室常見的廢氣污染物主要包括酸霧、甲醛、苯系物、各種有機(jī)溶劑和汞蒸氣等。這些污染物對人體傷害較大。硫化氫氣體對人的眼睛、上呼吸道黏膜有強(qiáng)烈的刺激作用；甲醛會刺激眼睛和呼吸道；苯是致癌物質(zhì)；甲苯可能引起貧血。按照要求，實(shí)驗(yàn)室中直接產(chǎn)生有毒、有害氣體的實(shí)驗(yàn)都要在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行，這雖然保證了室內(nèi)空氣不被污染，保護(hù)了實(shí)驗(yàn)人員的健康安全，卻污染了周圍空氣。
實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的固體廢棄物包括多余樣品、實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物、消耗或破損的實(shí)驗(yàn)用品（如玻璃器皿、棉花）、殘留或失效的化學(xué)試劑等。這些固體廢棄物成分復(fù)雜，涵蓋各類化學(xué)污染物，尤其是不少過期失效的化學(xué)試劑，處理稍有不慎，很容易導(dǎo)致嚴(yán)重的污染事故。
“中學(xué)化學(xué)教材中有不少與化學(xué)有關(guān)的內(nèi)容，綠色化學(xué)是對環(huán)境更友善的化學(xué)，它要求任何一個與化學(xué)有關(guān)的活動對人類的健康和環(huán)境都應(yīng)該是友好的，它的目標(biāo)是研究和尋找能充分利用的無毒害原料，最大限度地節(jié)約能源，它的理想在于不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，強(qiáng)調(diào)從源頭上消除污染，是符合可持續(xù)發(fā)展要求的。”魏戚光說，“減少中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢棄物，及時對廢棄物污染進(jìn)行處理已迫在眉睫。”
綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)樹立了學(xué)生環(huán)保觀念
昆明第十四中學(xué)的學(xué)生們想了很多辦法減少實(shí)驗(yàn)室污染。
比如，他們在教師的指導(dǎo)下，使用微型化的儀器裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試劑用量大幅減少。吸熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，藥品減半；物質(zhì)的量濃度配置實(shí)驗(yàn)，將用量由500ml改為100ml；濃硫酸的脫水性實(shí)驗(yàn)，蔗糖用量減半；學(xué)生分組進(jìn)行物質(zhì)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，均采用小試管或點(diǎn)滴板進(jìn)行。
他們還對部分實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行重新設(shè)計和完善，如銅和濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，將銅片改為銅絲，通過調(diào)節(jié)銅絲的位置，直接控制反應(yīng)，再根據(jù)需要隨時終止反應(yīng)。通過這樣的改進(jìn)，不僅降低了試劑使用量，還縮短了實(shí)驗(yàn)時間，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)效果。
一些連接儀器多，容易產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，危險性大的實(shí)驗(yàn)也被進(jìn)行了改造。比如，將實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的實(shí)驗(yàn)借助T型管控制尾氣排放，防止有毒氣體逸散。
各種各樣的方法都被用上了。
在不影響實(shí)驗(yàn)效果的前提下，學(xué)生們還尋找一些無毒害的藥品來替換有毒害的藥品；尋找一些對環(huán)境無影響或影響較小的藥品來替代對環(huán)境影響較大的藥品。如溶液的導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)，鹽酸和氯化鈉在通電時會產(chǎn)生有害的氯氣，將它們換成硝酸鈉和稀硝酸，這樣既達(dá)到了比較電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力強(qiáng)弱的目的，又避免了氯氣的污染。又如用CuSO4溶液代替水與電石反應(yīng)，產(chǎn)生的H2S氣體就可以和CuSO4溶液反應(yīng)而被吸收，減少污染。
他們還對某些化學(xué)試劑進(jìn)行循環(huán)再利用，如將實(shí)驗(yàn)室制氨氣后產(chǎn)生的CaCl2固體進(jìn)行回收，作干燥劑使用；寒、暑假時將廢堿液放在化學(xué)藥品室，吸收酸性氣體，減少藥品室環(huán)境污染。
“這些措施節(jié)約了藥品，減少了開支，是降低成本，減少實(shí)驗(yàn)污染的簡便方法。”陳明說，“更重要的是，在教學(xué)中開展綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，強(qiáng)化了學(xué)生實(shí)驗(yàn)動手能力、樹立了環(huán)保觀念。”
陳明說，目前許多學(xué)校并沒有意識到實(shí)驗(yàn)室的污染問題，造成的污染還不知道該如何處理，即使想處理也是心有余而力不足，只得任其排放。因此，他建議有關(guān)單位應(yīng)制定出一套“化學(xué)實(shí)驗(yàn)室污染處理”的措施，以便各校參照使用，從而推進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室綠色化建設(shè)，更好地保護(hù)環(huán)境。
中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)是最直接的環(huán)保教育基地
在陳明的指導(dǎo)下，4名學(xué)生完成的《中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的綠色化研究》在新加坡獲得金獎，并赴新加坡安初學(xué)院交流學(xué)習(xí)。
新加坡之旅，2013屆10班的李涵彭皓最感興趣的是新加坡對學(xué)生環(huán)保意識的培養(yǎng)，“這一點(diǎn)在他們的實(shí)驗(yàn)室得到了充分的體現(xiàn)”。
在安初學(xué)院的理化生實(shí)驗(yàn)室，李涵彭皓看到，這里的每個試驗(yàn)臺都配有廢液回收裝置，學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成后，回收對環(huán)境有污染的有害物質(zhì)；實(shí)驗(yàn)臺面有干凈的抹布，在做完實(shí)驗(yàn)的同時，遺留下來的污漬及時清理，不會給實(shí)驗(yàn)臺面造成污染；實(shí)驗(yàn)室的儀器制備較為先進(jìn)，很多實(shí)驗(yàn)借助儀器可以輕松實(shí)現(xiàn)微量化，在減少實(shí)驗(yàn)成本的同時還減少了對環(huán)境的破壞。
2013屆8班的諶億最關(guān)注的是安初學(xué)院如何將化學(xué)實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的廢液和其他廢棄物進(jìn)行處理。通過觀察和親身體驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)，安初學(xué)院對各種不同的廢液進(jìn)行的是分類處理，廢液在處理之后還能夠再次利用。在實(shí)驗(yàn)室的下水道出口，他們還安裝了檢測儀器，隨時都能檢測到從實(shí)驗(yàn)室流出的液體的情況，這樣就做到了雙重保險，更加減少了實(shí)驗(yàn)廢液對水體乃至環(huán)境的影響。
2013屆6班的楊俊凡始終對安初學(xué)院實(shí)驗(yàn)室里那個裝氣體的注射器保持懷疑，“我生怕它會漏氣。”他擰了幾下，“結(jié)果發(fā)現(xiàn)我的擔(dān)心是多余的。這種注射器是學(xué)校特制的，絕不會將廢棄的氣體排放到大氣中。”
安初學(xué)院的很多細(xì)節(jié)，讓中國師生體會到了新加坡如何在日常的教育教學(xué)中提高學(xué)生對環(huán)境的保護(hù)意識，如校園內(nèi)的雨水回收設(shè)施；實(shí)驗(yàn)室的垃圾桶始終在最醒目的地方，沒有一點(diǎn)臟亂的跡象；所有的中學(xué)實(shí)驗(yàn)室建有廢液處理池，實(shí)驗(yàn)后的廢液和其他廢棄物要統(tǒng)一進(jìn)行處理，處理后的廢液還要經(jīng)檢測過關(guān)后才能排入城市污水管道系統(tǒng)。
“事實(shí)上，目前國內(nèi)對環(huán)境保護(hù)和環(huán)境污染及其治理方法的研究做得很多，但與中學(xué)生相關(guān)的環(huán)境教育卻很少，環(huán)保知識教育也僅限于提高國民素質(zhì)的普及教育，忽略了學(xué)校教育中與學(xué)科教學(xué)相結(jié)合的特點(diǎn)。”魏戚光說，“化學(xué)與環(huán)境污染密切相關(guān)，環(huán)境污染主要是由化學(xué)污染物造成的，很多環(huán)境問題的解決要依靠化學(xué)的方法來實(shí)現(xiàn)，中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)是最直接的環(huán)保教育基地，只有把環(huán)保教育貫穿于化學(xué)學(xué)科教學(xué)的課內(nèi)課外，把中學(xué)研究性學(xué)習(xí)與環(huán)保教育聯(lián)系起來，才能真正培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。”