曹葵 朱慧娟 马欣瑞

摘要： 中学化学实验室废液主要包括废酸废碱、重金属离子、有机物、含卤有机物等，其中大多数可以通过中和、氧化还原、沉淀、萃取等方法进行处理，同时部分实验的有害物质可以使用其他试剂进行替代，一些变质试剂则可以经过简单处理得到再利用，从而达到有效减少污染物排放、保护环境的目的。

关键词： 中学化学实验室; 废弃化学品; 实验安全; 无害化處理

文章编号： 10056629（2019）7007604中图分类号： G633.8文献标识码： B

中学化学实验教学过程中总会产生一定数量的废液，这些有毒有害化学废液数量虽然不大，但在没有经过任何处理的情况下直接排入下水道，依然会对环境产生有害影响。

在中学化学教学中，虽然已经越来越重视实验安全，但实验室废弃物处理依然没有得到足够的重视。已有研究提出了对中学常见的危险化学品进行合理使用及保存的注意事项，分析了中学化学实验室废弃危化品产生的原因、特征及现状，并提出“中学化学实验室中存在一定的有害物质，需要对化学废弃物进行规范处理”[1～3]，但没有给出具体的规范化处理方法。同时，虽然有文献指出针对中学化学实验室废水处理的一些方法，但在实际教学中，化学实验废弃物的处理操作复杂，难以实现完全回收。

为了防止环境污染，对学生进行环境保护教育，非常有必要对化学实验室的废液进行基本的无害化处理的介绍。中学阶段常见的有害废弃物主要分为有机废弃物、无机酸碱和无机重金属离子，应进行分类处理。笔者通过实际工作研究，总结了一些有益的经验，以下基本按照教材实验顺序进行讨论。

1 常用废液处理

中学化学实验室的废液主要是因教学实验产生，每一时间段主要有害物质成分相对单一。因此，只要即时回收，随时处理，处理程序依然比较简单。

1.1 高锰酸钾制氧残渣的处理

高锰酸钾是中学经常使用的试剂，在进行SO2、乙烯、乙炔性质等教学时都会使用，其中初中阶段使用高锰酸钾制氧气用量最大，残渣抛弃后不仅污染环境还浪费其中有效物质。

制备氧气后的残渣中，主要成分是K2MnO4和MnO2， KMnO4因分解温度不同还可能有另一个产物K2Mn2O[4]5，但产物性质均不稳定，在酸性条件下可以发生歧化反应：

3K2MnO4+2H2SO42KMnO4+MnO2+2K2SO4+2H2O。

残渣处理方法1： 将制氧残渣用稀硫酸浸泡，就可以得到KMnO4稀溶液和MnO2， KMnO4稀溶液可以用于相关的性质实验或者加以保存用于有机废液处理，MnO2可以用于催化剂、制取氯气等实验。

残渣处理方法2： 高锰酸钾制氧气剩余物可以与浓盐酸反应，按照物质的量之比为1∶8和盐酸反应制取氯气、氯水，原理如下：

K2MnO4+8HCl（浓）

2KCl+MnCl2+2Cl2↑+4H2O。

所得固体过滤晒干可以作为纯MnO2用，溶液可抽滤得MnCl2可代替MnSO4用。

1.2 一般废酸的处理

二氧化碳制取与性质实验中会产生大量的废盐酸，即使这些酸已经不能和碳酸钙发生反应，但是其依然具有较强的酸性，排入下水道还是会造成环境污染。

将废液回收，加入氢氧化钠溶液，将废液调节pH至6～8之间，此时会有大量的白色氢氧化钙产生，上层清液即可排放。下层的氢氧化钙可以回收利用，不利用则可以当作一般垃圾处理。

中学阶段最主要的废液来源就是酸和碱，即硫酸、盐酸、硝酸、醋酸和氢氧化钠。除了初中的二氧化碳气体制取外，高中的中和热测定、中和滴定、乙酸乙酯制取等都有一定量的废酸产生。对于一般酸碱的处理比较简单，如果废酸或废碱中没有其他有害物质，使用稀盐酸或者氢氧化钠溶液，将废液调节pH至6～8之间即可达到处理要求。

1.3 无机重金属离子处理

初中阶段在金属的物理性质与化学性质实验、酸碱的化学性质实验、以及高中阶段铁及其化合物、化学能转化为电能、电镀等实验中会产生含有Cu2+、 Ag+、 Ba2+等的废液，这些重金属离子均有一定的毒性，不能直接从下水道排放，应进行简单的无害化处理，达到国家3级水质后才可以排放。

1.3.1 含Ag+废液处理

中学化学实验中使用Ag+主要是离子鉴别和银镜反应。废液收集后，加热，逐滴加入氯化钠溶液。根据实验中实际使用的AgNO3用量，估算出需要使用的氯化钠溶液用量，按照过量一倍的用量加入。充分搅拌，而后停止加热，静置一段时间，待液体上层出现一层2～3mm高的清液时，用滴管沿烧杯壁缓缓滴下一滴沉淀剂。沉淀剂进入液体时，如果产生新的沉淀就说明沉淀不完全，如果观察到浓溶液扩散的水纹，就说明沉淀已经完全（见图1）。

Ba2+主要用于SO2-4的鉴别，如果溶液中含有Ba2+，则加入Na2SO4溶液，实验方法同上。

1.3.2 Cu2+废液处理

Cu2+在中学教材中出现多次，如置换反应、乙炔制备除杂、乙醛性质、丁达尔效应、电解电镀等处，是中学阶段使用量最大的重金属离子。Cu2+相对而言在重金属中毒性较小。

处理时首先加入NaOH溶液，将溶液pH调节到8～10，使Cu2+沉淀，注意不能碱性过强，如果碱性过强，Cu2+沉淀会再次溶解。再加入硫酸亚铁、聚合硫酸铁或聚丙烯酰胺等絮凝剂，加速沉淀物沉淀。

使用该方法可以将绝大多数中学常见金属沉淀下来，因此如果确定废液中没有毒性很大的物质，均可以采用该方法进行统一处理。

1.3.3 Cr（Ⅵ）废液处理

Cr（Ⅵ）废液主要来源于高中化学平衡和乙醇的性质实验，Cr（Ⅵ）的毒性较强，而Cr（Ⅲ）的毒性比较弱，因此必须将Cr（Ⅵ）转化为Cr（Ⅲ）。Cr（Ⅵ）具有氧化性，在溶液中加入足够的还原剂就可以达到处理效果[5]。

方法一： 在含有Cr（Ⅵ）溶液中加入少量硫酸，使其保持一定的酸性，在pH=4～5左右，加入Na2S2O3溶液或Na2SO3溶液，将其还原为Cr（Ⅲ），此时溶液为绿色。再用氢氧化钠溶液调节到弱碱性，Cr（Ⅲ）转化为Cr（OH）3，静置，等待Cr（OH）3沉淀下来。此方法需要注意的是，处理过程中必须保证pH符合要求，第一步若酸度不够，则氧化还原反應进行得非常慢，若第二步碱性不够沉淀不能形成，碱性过强则Cr（OH）3溶解成为可溶性的配位化合物[6]。

通常，在实验中的重金属不是只有单一的一种，往往是含有多种金属离子，如果要将其分离后再处理存在一定难度，且成本过高、费时较多，如果这些金属离子中没有毒性较大的离子，可以将其进行统一一次性处理，其步骤如下：

先调节其pH至8～10后，此时大部分重金属都会发生水解，形成不溶于水的沉淀，再加入硫化钠，与重金属反应生成低毒性、更难溶的硫化物沉淀，然后加入一定量的硫酸亚铁或聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺等其他絮凝剂使其加速沉淀，过滤，滤液经活性炭吸附后排放。

1.4 常见有机废液的处理

1.4.1 四氯化碳的回收处理

（1） 碘化钾反萃法

在实验后含碘的四氯化碳溶液中加入碘化钾溶液，利用碘更易溶于碘化钾的特点，可以将碘完全溶解到碘化钾溶液中，四氯化碳层立即变为无色，因为碘在碘化钾中的溶解度明显高于在四氯化碳中的溶解度。该方法得到的含碘化钾的碘水不能再次用于萃取实验，但可以作为碘水用于其他实验。

（2） 氧还处理法

实验中将碘和四氯化碳都能重复使用是最理想的，但是在实际操作中优先处理回收四氯化碳是一个比较便捷的选择。

由于碘具有氧化性，可以使用还原性试剂将其还原为碘离子，从而使得四氯化碳重复使用。用Na2S2O3和Na2SO3最为便捷有效。反应原理分别为：

处理时只需要提前配好亚硫酸钠溶液或者硫代硫酸钠溶液，放入回收瓶中，将含有四氯化碳的废液倒入回收瓶中，仅需要轻微振荡，就可以将原溶液中的碘完全还原生成碘负离子。

硫代硫酸钠溶液中应加入少量的酸，才能得到较好的效果，否则反应比较缓慢。但是不能太多，太多的酸会和硫代硫酸钠起反应，影响效果。这样，利用课余时间教师使用分液漏斗就可以将处理好的四氯化碳回收，用于后续教学使用。

注意不能使用蒸馏方法分离四氯化碳和碘[7]。如果仅仅使用氢氧化钠溶液处理，应注意需要再次使用蒸馏水洗涤四氯化碳，以免四氯化碳中残存的碱在后续实验中与碘反应，影响实验效果。

1.4.2 一般有机废液的处理

中学阶段常用的有机废液主要是芳香烃、醇、醛、酸、酯、酚，其中芳香烃、醛、酚具有一定毒性，不能直接排放。

实验后含有醛、酚的有机物废液收集后，可以倒入高锰酸钾溶液（可以使用高锰酸钾制氧回收处理得到的锰酸钾溶液，也可以直接使用锰酸钾废渣），为了加快反应，再加入少量的硫酸，直到加入高锰酸钾后废液能保持一定时间的粉红色，就表示废液中的有机物已经得到处理。

该方法处理芳香烃的能力有限，反应速率非常缓慢。

2 有害物质替代研究

中学化学实验中需要使用到很多危险化学品，其中危化品52种，属于有毒易爆的就有23种，在不影响实验教学效果的前提下，尽量减少有毒有害物品的使用是一个必然的趋势。还有，微型化减量是一个重要的发展方向，但必须使用这些危化品，尽量用其他试剂替代这些危化品将是另一个重要的发展方向。

化学反应的热量变化在化学教学中有着举足轻重的作用，在实验教学中，通常使用氢氧化钡和氯化铵反应来完成。但该实验存在的问题是原料氢氧化钡毒性较低，而产物氯化钡具有较高毒性，因此有必要将其进行替换。

要达到良好的降温效果，就要选择有结晶水的盐和铵盐反应，利用失去结晶水吸热、铵盐溶解吸热以及两种物质反应也是吸热的三重吸热效应，才能达到良好的实验效果。

使用Na2CO3·10H2O和NH4Cl反应，按照质量比为3∶2进行反应，可以降温到0℃以下并且持续时间较长。该方法不再使用Ba（OH）2，避免了产生有毒物质，保护环境。

苯是中学化学教学中毒性较大的试剂，主要在对比苯和甲苯性质时使用。教学中可以使用无毒的戊烷、石油醚、乙酸乙酯进行替代，可以达到同样的实验效果。

3 变质试剂简单处理再利用

化学实验教学中总有一些化学试剂不能当年用完，而中学化学教学的特点是一年只使用一次。第二年再使用时，有的化学试剂就已经变质不能使用，大多数情况就只能抛弃，既浪费又污染环境。因此，有条件时，应尽量将这些化学试剂进行处理后再利用。

3.1 变质苯酚的处理利用

苯酚是中学化学常用试剂，但是其化学性质活泼，非常容易变质，存放一段时间后因苯酚氧化变为苯醌就会变红，最终变为褐色。

当苯酚出现红色后，就影响到教学效果，实验室中可以使用约为苯酚体积二分之一的乙醇洗涤浸泡苯酚，而后将乙醇倒出，洗涤后的苯酚就变回白色，可以正常使用。处理时注意乙醇用量需要适中，太多就会将苯酚溶解，造成损失，而用量过少则处理效果不好。用量还需要根据苯酚变质情况确定，如果变色严重就需要适当增加乙醇用量，而变色不严重就需要减少乙醇用量。

处理用的乙醇可以使用工业乙醇，处理后不能再作为燃料使用，可将其放在通风橱内点燃处理。有时因溶解苯酚后不易点燃，可以放入一个火柴头作为灯芯，就可以很方便地点燃。

3.2 变质溴乙烷的处理

溴乙烷在中学化学教学中仅仅在讲解氯代烃性质时使用一次，并且用量很少，试剂瓶中的溴乙烷需要保存到第二年继续使用，但使用时有时会出现药品因氧化变质发黄的现象。

使用时将变质发黄的溴乙烷倒入分液漏斗中，再加入蒸馏水，振荡，静置分液，即可得到洁净的溴乙烷。

3.3 变质乙醛的处理再利用

乙醛主要用于乙醛的相关性质实验。实验室中使用的市售乙醛都会有意添加三聚乙醛层来防止乙醛的挥发，并且随着放置时间延长，乙醛还会自己聚合，这样三聚乙醛层会越来越厚。但是这些三聚乙醛在实验中没有任何用处，一般都当作废液直接处理掉，造成浪费，更为严重的是未经回收，直接排放到下水道中，污染环境。

使用10%的硫酸和三聚乙醛按照体积比1∶5～1∶10混合，在60℃水浴加热条件，回流10min，解聚效果良好，解聚得到的乙醛可以完成乙醛的有关性质实验。需要注意的是解聚后得到的乙醛显酸性，需要调节到中性后再用于有关的性质实验。

当然，在中学化学实验室中，化学废弃物最好的处理方法是送至专业部门进行规范化处理，这是最安全可靠的化学废弃物处理方式，但送至专业部门通常有处理周期长、不及时的缺点。所以在保障安全的前提下，中学化学实验中的绝大多数化学试剂都可以自己进行无害化处理，大多数常见变质試剂可以自己进行处理再利用，减少污染物的排放。药品管理水平和废液的处理，是衡量学校教学和管理水平高低的一个重要标志[8]。建立综合利用与废液回收利用的试剂管控模式，减少资源浪费，保护环境，也是贯彻学科基本素养目标的一个有效过程。

参考文献：

[1]谢家艳. 中学化学实验室的安全与管理[J]. 中小学实验与装备， 2015， 25（5）： 42～43.

[2]包桂玲. 中学化学实验室的污染对人体的危害及防治对策[J]. 内蒙古石油化工， 2004， 30（5）： 45～48.

[3]潘国荣， 刘芬， 白显圣. 中学化学实验室危险化学品的使用与保管[J]. 中国现代教育装备， 2016， （24）： 9～12.

[4]严宣申. 化学原理选讲[M]. 海口： 南方出版社， 2001： 58.

[5]陈寿椿. 重要无机化学反应（第二版）[M]. 上海： 上海科学技术出版社， 1982： 915， 1016.

[6]胡涛， 李亚云. 含铬废水的治理研究[J]. 污染防治技术， 2005， 18（4）： 5.

[7]熊美容. 不能用蒸馏的方法分离碘和四氯化碳[J]. 化学教育， 2009， （7）： 72.

[8]刘兰， 林博. 高校石油化工专业实验教学试剂综合利用与探索[J]. 广东化工， 2015， （21）： 202， 195.