化學實驗是化學學習和研究的基本方式，實驗室的環(huán)境質量直接關系到教師和學生的身體健康。據教育部2010年的統(tǒng)計，目前我國擁有普通高中14058所，初中5.49萬所。每天數以萬計的中學生在做著各種各樣的化學實驗。
中學化學實驗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，馬上產生美麗的藍色絮狀沉淀。如魔術般神奇的化學實驗太讓人著迷了。
日前，由昆明第十四中學師生20人組成的科技競賽代表隊，參加了新加坡第13屆基礎科學博覽會暨2012年安德遜初級學院（以下簡稱“安初學院”）科技挑戰(zhàn)賽。其中楊俊凡、諶億、趙子文、李涵彭皓4名學生的研究項目《中學化學實驗室的綠色化研究》榮獲金獎。在這篇論文中，他們提出了一個極少有人關注的問題：中學化學實驗室是一種不容忽視的污染源，其污染種類復雜，雖然每次排放的污染物量不算大，但“聚沙成塔”的累計效應會造成較大的毒害。
中學化學實驗設計很少考慮污染問題
化學實驗是化學學習和研究的基本方式，實驗室的環(huán)境質量直接關系到教師和學生的身體健康。據教育部2010年的統(tǒng)計，目前我國擁有普通高中14058所，初中5.49萬所。每天數以萬計的中學生在做著各種各樣的化學實驗。
我國比較重視在化學教育中滲透環(huán)境教育，在環(huán)境教育的內容編排上，涉及當今世界上主要的環(huán)境及污染問題，例如教材中分別穿插有關“大氣污染、水污染、溫室效應、酸雨、臭氧空洞”等內容。
“但化學是一門以實驗為基礎的自然科學，現行初、高中教材有60%的知識通過實驗引入，但教材中的實驗設計只重視了操作方便、裝置簡單、現象明顯，卻很少顧及環(huán)境污染問題，更談不上對實驗進行綠色化設計。”昆明第十四中學副校長、中學化學特級教師魏戚光說：“在實驗教學中，大多數學校忽視了化學實驗室的污染問題，對化學實驗室的廢棄物很少進行處理就直接將它們排放到環(huán)境中，不僅嚴重污染環(huán)境，也對人體健康造成損害。”
十四中團委書記、中學化學一級教師陳明告訴記者，化學實驗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、實驗殘液、失效的貯藏液、清洗儀器時的廢液等。“幾乎所有的化學實驗都不同程度存在著廢水污染問題。這些廢液中成分非常復雜，包括最常見的有機物、重金屬離子、有害微生物和細菌毒素等。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。
實驗室常見的廢氣污染物主要包括酸霧、甲醛、苯系物、各種有機溶劑和汞蒸氣等。這些污染物對人體傷害較大。硫化氫氣體對人的眼睛、上呼吸道黏膜有強烈的刺激作用；甲醛會刺激眼睛和呼吸道；苯是致癌物質；甲苯可能引起貧血。按照要求，實驗室中直接產生有毒、有害氣體的實驗都要在通風櫥內進行，這雖然保證了室內空氣不被污染，保護了實驗人員的健康安全，卻污染了周圍空氣。
實驗室產生的固體廢棄物包括多余樣品、實驗產物、消耗或破損的實驗用品（如玻璃器皿、棉花）、殘留或失效的化學試劑等。這些固體廢棄物成分復雜，涵蓋各類化學污染物，尤其是不少過期失效的化學試劑，處理稍有不慎，很容易導致嚴重的污染事故。
“中學化學教材中有不少與化學有關的內容，綠色化學是對環(huán)境更友善的化學，它要求任何一個與化學有關的活動對人類的健康和環(huán)境都應該是友好的，它的目標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，不再產生廢物，強調從源頭上消除污染，是符合可持續(xù)發(fā)展要求的。”魏戚光說，“減少中學化學實驗室廢棄物，及時對廢棄物污染進行處理已迫在眉睫。”
綠色化學實驗室建設樹立了學生環(huán)保觀念
昆明第十四中學的學生們想了很多辦法減少實驗室污染。
比如，他們在教師的指導下，使用微型化的儀器裝置進行實驗，試劑用量大幅減少。吸熱反應的實驗，藥品減半；物質的量濃度配置實驗，將用量由500ml改為100ml；濃硫酸的脫水性實驗，蔗糖用量減半；學生分組進行物質性質實驗，均采用小試管或點滴板進行。
他們還對部分實驗方案進行重新設計和完善，如銅和濃硫酸反應的實驗，將銅片改為銅絲，通過調節(jié)銅絲的位置，直接控制反應，再根據需要隨時終止反應。通過這樣的改進，不僅降低了試劑使用量，還縮短了實驗時間，優(yōu)化了實驗效果。
一些連接儀器多，容易產生有毒有害物質，危險性大的實驗也被進行了改造。比如，將實驗室制取氯氣的實驗借助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。
在不影響實驗效果的前提下，學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。如溶液的導電性實驗，鹽酸和氯化鈉在通電時會產生有害的氯氣，將它們換成硝酸鈉和稀硝酸，這樣既達到了比較電解質溶液導電能力強弱的目的，又避免了氯氣的污染。又如用CuSO4溶液代替水與電石反應，產生的H2S氣體就可以和CuSO4溶液反應而被吸收，減少污染。
他們還對某些化學試劑進行循環(huán)再利用，如將實驗室制氨氣后產生的CaCl2固體進行回收，作干燥劑使用；寒、暑假時將廢堿液放在化學藥品室，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，減少實驗污染的簡便方法。”陳明說，“更重要的是，在教學中開展綠色化學實驗，激發(fā)了學生學習化學的興趣，強化了學生實驗動手能力、樹立了環(huán)保觀念。”
陳明說，目前許多學校并沒有意識到實驗室的污染問題，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，他建議有關單位應制定出一套“化學實驗室污染處理”的措施，以便各校參照使用，從而推進化學實驗室綠色化建設，更好地保護環(huán)境。
中學化學課堂教學是最直接的環(huán)保教育基地
在陳明的指導下，4名學生完成的《中學化學實驗室的綠色化研究》在新加坡獲得金獎，并赴新加坡安初學院交流學習。
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生環(huán)保意識的培養(yǎng)，“這一點在他們的實驗室得到了充分的體現”。
在安初學院的理化生實驗室，李涵彭皓看到，這里的每個試驗臺都配有廢液回收裝置，學生實驗完成后，回收對環(huán)境有污染的有害物質；實驗臺面有干凈的抹布，在做完實驗的同時，遺留下來的污漬及時清理，不會給實驗臺面造成污染；實驗室的儀器制備較為先進，很多實驗借助儀器可以輕松實現微量化，在減少實驗成本的同時還減少了對環(huán)境的破壞。
2013屆8班的諶億最關注的是安初學院如何將化學實驗所產生的廢液和其他廢棄物進行處理。通過觀察和親身體驗，他發(fā)現，安初學院對各種不同的廢液進行的是分類處理，廢液在處理之后還能夠再次利用。在實驗室的下水道出口，他們還安裝了檢測儀器，隨時都能檢測到從實驗室流出的液體的情況，這樣就做到了雙重保險，更加減少了實驗廢液對水體乃至環(huán)境的影響。
2013屆6班的楊俊凡始終對安初學院實驗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，“結果發(fā)現我的擔心是多余的。這種注射器是學校特制的，絕不會將廢棄的氣體排放到大氣中。”
安初學院的很多細節(jié)，讓中國師生體會到了新加坡如何在日常的教育教學中提高學生對環(huán)境的保護意識，如校園內的雨水回收設施；實驗室的垃圾桶始終在最醒目的地方，沒有一點臟亂的跡象；所有的中學實驗室建有廢液處理池，實驗后的廢液和其他廢棄物要統(tǒng)一進行處理，處理后的廢液還要經檢測過關后才能排入城市污水管道系統(tǒng)。
“事實上，目前國內對環(huán)境保護和環(huán)境污染及其治理方法的研究做得很多，但與中學生相關的環(huán)境教育卻很少，環(huán)保知識教育也僅限于提高國民素質的普及教育，忽略了學校教育中與學科教學相結合的特點。”魏戚光說，“化學與環(huán)境污染密切相關，環(huán)境污染主要是由化學污染物造成的，很多環(huán)境問題的解決要依靠化學的方法來實現，中學化學課堂教學是最直接的環(huán)保教育基地，只有把環(huán)保教育貫穿于化學學科教學的課內課外，把中學研究性學習與環(huán)保教育聯系起來，才能真正培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。”