高中化学实验教学中绿色催化剂的筛选与应用探究

引言

当前高中化学教学在内容上日益强调化学与社会、环境之间的关联性，绿色化学理念已逐步渗透进课程目标和教学设计之中。然而，在实际操作层面，不少实验仍使用对人体或环境存在潜在危害的传统催化剂，如浓硫酸、铜粉等，这不仅影响实验安全，也与绿色教育理念背道而驰。因此，将绿色催化剂引入高中实验课堂，不仅是对传统教学手段的技术改进，更是对学生环保价值观的深度培养。从教学目标看，绿色催化剂的应用可提升学生对催化反应机理的理解，增强其对可持续化学的认知；从教学方法看，绿色实验设计有助于提升实验趣味性与参与度。因此，系统探究适用于高中化学课堂的绿色催化剂筛选原则与实践路径，具有十分重要的教育价值与现实意义。

、绿色催化剂引入高中实验教学的必要性与现实困境

高中阶段是学生科学兴趣和价值观形成的关键期，化学实验教学在其中起到了“以小见大”的育人作用。然而，传统催化剂的使用存在诸多问题。一方面，一些催化剂具有腐蚀性、挥发性或毒性，容易对学生操作安全构成威胁；另一方面，这类试剂在使用后的处理与排放不当也可能带来环境污染。例如在乙醇催化脱水制烯烃实验中常用的浓硫酸，在加热条件下具有较强危险性，而用固体酸如硅铝催化剂或无机盐替代，既提升了实验安全性，也符合绿色化学12 条原则中的“减少衍生物”“使用无毒催化剂”等要求，增强了环保教育的实际意义。

然而，现实中绿色催化剂的推广仍面临多重挑战。部分教师因教材、实验室配套设施或教学时间安排限制，难以快速替换现有实验方案；部分绿色替代催化剂来源渠道有限，价格相对偏高，难以批量采购使用；而有些教师对绿色化学理念的认知仍停留在理论层面，缺乏筛选与评估绿色催化剂的专业视角。这些都导致绿色催化剂在高中化学教学中的普及程度仍不理想。因此，必须从理念普及、标准建立与实践路径三个方面协同推进，打破阻碍绿色催化剂应用的壁垒，并推动绿色教育理念内化为教师与学生的共同价值导向。

二、绿色催化剂筛选标准与教学适配原则的构建

为实现绿色催化剂在高中实验教学中的科学替换，必须建立一套兼顾实验效果、安全性能与教学适应性的筛选标准。从催化效果看，候选绿色催化剂必须能在常温常压条件下稳定催化目标反应，确保实验现象显著、教学效果清晰；从环保指标看，应优先选用来源广泛、毒性低、易降解的物质，如可回收的金属氧化物、天然酶类或无机盐；从操作性能看，催化剂应易于称量、转移和储存，避免操作复杂导致的误差或安全隐患；从教学配套看，催化剂需适配已有实验设计，无需大幅度改动现有装置和教学流程，保证教学的连续性与经济性，真正做到绿色改进而非完全重构。

在教学适配方面，还应考虑催化剂本身的启发性和延展性。绿色催化剂本身就是化学研究热点，将其引入教学可激发学生主动探究的兴趣，拓展教材内容之外的知识结构。例如，过氧化氢分解实验中使用土豆中天然过氧化酶替代锰酸钾或二氧化锰，既保证了反应速度和气泡生成现象，又可引导学生思考生物催化的机理及其工业应用。教师可围绕催化原理、生物资源利用、绿色反应路径等开展引导性问题讨论，进而实现知识、能力与价值的三维目标整合，使课堂教学兼具科学性、趣味性与现实关照力，促进核心素养的系统提升。

三、典型实验案例中的绿色催化剂替代实践分析在实际教学中，已有部分实验通过替代催化剂实现了绿色转化。例如，在常见的蔗糖水解实验中，传统上使用浓硫酸作为催化剂，但其强腐蚀性和脱水副反应易引起误判。以柠檬酸或稀盐酸替代，不仅安全性更高，实验现象亦清晰可观。同时，还可延伸讨论酸碱强弱对催化活性的影响，引导学生深入理解反应速率控制因素。类似地，在金属置换反应中引入铁粉作为过渡金属催化剂，不仅环保无毒，还可强化学生对金属活动性顺序的理解，有助于深化对金属反应性质的整体认识与实际关联。

再如醇类氧化实验中，以常用的二价锰离子替代传统高锰酸钾，不仅减少了强氧化剂的使用带来的污染，也提升了实验可控性和教学互动性。此类实验设计在减少环境影响的同时，激发学生对化学反应本质的探究欲望，提升了课堂的参与度与反思深度。通过结构化引导，教师可以引导学生就催化效率、安全性能和环保性能三者之间进行综合比较和反思，进一步增强其实验设计与评价能力。这些替代实践案例不仅提供了可复制路径，也为建立绿色化学教学数据库打下基础，推动校本实验体系的持续优化。

四、绿色催化理念在高中化学教学中的推广路径探索

要实现绿色催化剂在高中化学实验教学中的普及，需要形成理念、制度与技术三位一体的推进体系。在理念层面，应通过教师培训、课题引导与教学研讨活动，加强一线教师对绿色化学理念的理解与接受，提升其主动替代传统催化剂的意愿。在制度层面，可推动地方教研室或学校教务部门出台实验安全与绿色标准指南，将绿色催化剂使用纳入实验项目评估体系中，形成推广激励机制，从而提升学校整体绿色实验教学水平与制度保障力度。

在技术支持层面，应依托高校或科研单位提供绿色催化剂技术包或推荐目录，为中学提供安全、可靠且经济适用的替代品，同时建设绿色化学资源共享平台，整合教学案例、操作视频与反思报告，为教师提供可操作的教学方案参考。此外，还可鼓励学生参与绿色催化剂的筛选与优化过程，以研究性学习形式开发自制催化材料，既提升其实践动手能力，也在无形中完成绿色化学教育的目标达成。通过建立完善的支持体系，推动绿色实验从“理念”走向“常态”，让绿色发展理念真正融入日常课堂，成为学生习得科学素养与环保意识的重要路径。

结论

绿色催化剂的引入不仅是对高中化学实验教学安全性和环保性的提升，更是深化绿色教育理念、培养学生可持续发展意识的现实需要。通过科学的筛选标准、教学适配原则以及具体实验替代实践，绿色催化剂可逐步融入课堂教学，并在提升教学质量的同时，减少环境负担。推动绿色催化剂的推广，应从教师理念提升、资源技术支持与制度保障等方面协同发力，构建系统化、常态化的绿色教学机制。未来，绿色催化理念将在基础教育中扮演更加重要的角色，成为化学教育迈向高质量与可持续发展的重要方向。

参考文献

[1]雒永辉,黑学军.指向迁移创新能力培养的“板块-任务式”教学设计——以乙酸乙酯制取方法改进为例[J].中学化学教学参考,2024,(36):17-19.

[2]王怀珍.人教版高中化学实验绿色化初步研究[D].华中师范大学,2013.

[3]许 凤 英. 落 实 新 课标 绿 色 化 学 理 念 于高 考 教 学 实 践 [J]. 中 学 课 程辅导,2025,(15):87-89.

[4]詹 三 红 , 晏 燕 . 高 中 化 学 实 验 探 究 中 绿 色 化 学 理 念 的 渗 透 [J]. 高考,2025,(07):123-126.