绿色化学题目

一、简要叙述绿色化学的概念、目标和实现途径。

答:绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学，指在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。

目标：降低或除去化学产品设计、制造、应用中有害物质的使用与产生，使所设计的化学产品或过程对环境更加友好．它包括研究和寻找最大限度地节约资源和能源、减轻化

实现途径：（1）开发绿色实验。如实验室用H2O2分解制O2代替KClO3分解法，实现了原料和反应过程的绿色化。（2）防止实验过程中尾气、废物等环境的污染，实验中有危害性气体产生时要加强尾气吸收，对实验产物尽可能再利用等。（3）在保证实验效果的前提下，尽量减少实验试剂的用量，使实验小型化、微型化。（4）对于危险或反映条件苛刻，污染严重或仪器、试剂价格昂贵的实验，可采用计算机模拟化学实验或观看实验录像等办法。（5）妥善处置实验产生的废物，防止环境污染。

二、叙述绿色溶剂的概念、作用和主要分类，并对每一类绿色溶剂举出一个相关实例。

答：一般是指溶剂化学性质不稳定，可以为土壤生物或其他物质降解，半衰期短，很

容易衰变成低毒、无毒的物质。也称环境友好型溶剂。在化工企业当中绿色溶剂一般指生物柴油、植物油，甲酯化植物油等。水也可以广义的认为是绿色溶剂。

作用：可以替代传统的有机溶剂而且能够为反应分子提供新的分子环境，使反

应的选择性转化率得到改变和提高，或使分离提纯等过程较容易进行,而溶剂本身是环境友好的

主要分类：水：

离子溶液:氯铝酸类，如

超临界流体: scCO2，如，

全氟碳流体是F，不是Fe 三、概述绿色催化剂的定义及其包括的主要类型，并以两种绿色催化剂类型在有机合成中的应用作为实例，简要叙述绿色催化剂与传统催化剂的区别及优越性。

答：定义：绿色化学要求化学品的生产最大限度地合理利用资源，最低限度

地产生环境污染和最大限度地维护生态平衡。它对化学反应的要求是：（1）采用无毒、无害的原料；（2）在无毒无害及温和的条件下进行；（3）反应应具有高的选择性；（4）产品应是环境友好的。这四点要求之中，有两点涉及到催化剂，人们将这类催化反应称为绿色催化反应，其使用的催化剂也就称之为绿色催化剂。

类型：分子筛催化剂；杂多酸催化剂；固体超强酸催化剂；光催化剂；电极催化剂；酶催化剂；膜催化剂。

实例：固体超强酸催化剂：

分子筛催化剂：

区别：绿色催化剂采用无毒、无害的原料，在无毒无害及温和的条件下进行，反应必须具有高效的选择性，产品应是环境友好的。

优越性：绿色催化剂能最大限度的合理利用资源，最低限度的产生环境污染和最大限度的维护生态平衡。

四、试写出三种绿色反应途径或操作方法，并简要写出每种方法的主

要特点。

答：声化学合成：声化学是指利用超声波加速化学反应，提高化学反应产率

的一门新兴学科。超声波对许多有机反应，尤其是非均相反应有显著的加速效应，反应时间比常规方法缩短数十倍乃至数百倍，并往往可以提高反应产率，减少副产物，简化实验操作，甚至可以实现某些常规条件下不能进行的反应

微波化学合成：与常规加热过程不同的是，微波是直接作用于目标分子的体相加热，能完成原位能量转化并使分子瞬间加热。因此，微波加热过程没有从界面到体相的传热过程，温度场分布均匀，热效率高。

计算机辅助的绿色化学合成设计：计算机辅助绿色化学设计与模拟应用到绿色合成是一种有效手段。在化学化工领域，计算机广泛用于构成分析、结构剖析、反应性预测、故障诊断及控制等许多方面。将计算机应用到寻找符合绿色化学原则的最佳反应路线、化工过程最优化、产品设计等方面无疑会推动绿色合成的更快发展。

五、简述绿色化学的十二条原则。

答：1.防止污染优于污染治理；2.提高原子经济性；3.尽量减少化学合成中的

有毒原料、产物；4.设计安全的化学品；5.使用无毒无害的溶剂和助剂；6.合理使用和节省能源，合成过程应在环境温度和压力下进行；7.原料应该可再生而非耗尽；8.减少不必要的衍生化步骤 9.采用高选择性催化剂;10.产物应设计为发挥完作用后可分解为无毒降解产物;11.应进一步发展分析技术对污染物实行在线监测和控制;12.减少使用易燃易爆物质，降低事故隐患。

六、什么是绿色化学产品？并举出一种绿色化学产品的成功实例。答：绿色化学品的定义是指以环境和环境资源保护为核心概念而

设计的可以拆卸并分解的产品，其零部件经过翻新处理后，可以重新利用。

实例：一种新的抗菌剂—THPS杀生物剂THPS杀生物剂是一种全新的抗

菌剂，它将优良的抗菌活性与一个相对友好的毒物学特征结合在一起。THPS 的好处包括低毒、低推荐处理标准、在环境中快速分解、以及没有生物累积。当代替更毒的杀菌剂时，THPS杀菌剂减少了对人类健康和环境的危害性。

七、叙述离子液体的概念及其主要特征，并举一实例说明离子液体作为绿色溶剂与传统溶剂的区别。

答：离子液体（或称离子性液体）是指全部由离子组成的液体，如高温下的

KCI, KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。

主要特征：不挥发、不可燃、导电性强、室温下离子液体的粘度很大（通常比传统的有

机溶剂高1~3个数量级，离子液体内部的范德华力与氢键的相互作用决定其粘度。）、热容大、蒸汽压小、性质稳定，对许多无机盐和有机物有良好的溶解性，在电化学、有机合成、催化、分离等领域被广泛的应用。

区别：在与传统有机溶剂和电解质相比时，离子液体具有一系列突出的优点：（1）液态范围宽，从低于或接近室温到300摄氏度以上，有高的热稳定性和化学稳定性；（2）蒸汽压非常小，不挥发，在使用、储藏中不会蒸发散失，可以循环使用，消除了挥发性有机化合物环境污染问题，（3）电导率高，电化学窗口大，可作为许多物质电化学研究的电解液；（4）通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，并且其酸度可调至超酸。（5）具有较大的极性可调控性，粘度低，密度大，可以形成二相或多相体系，适合作分离溶剂或构成反应—分离耦合新体系；（6）对大量无机和有机物质都表现处良好的溶解能力，且具有溶剂和催化剂的双重功能，可以作为许多化学反应溶剂或催化活性载体。由于离子液体的这些特殊性质和表现，它被认为与超临界CO2，和双水相一起构成三大绿色溶剂，具有广阔的应用前景。

八、叙述酸性离子液体的概念、分类及其主要特征，并举一实例说明酸性离子液体作为绿色催化剂与传统催化剂的区别？

答:概念：通常所说的酸性离子液体是由金属卤化物MCl

和有机卤化物（如卤

x

化的四级铵盐、四级鏻盐）混合制成的。当MCl x的摩尔分数足够大时，离子液体可呈Lewis酸性。

分类：可分为Lewis酸性离子液体、Bronsted酸性离子液体、Bronsted-Lewis双酸性离子液体

主要特征：酸性离子液体作为一种新型的环境友好液体催化剂，拥有液体酸催化剂的高密度反应活性位，具有低挥发性，其结构和酸性具有可调变性，酸性离子液体用于催化过程具有催化活性高、环境友好、选择性高、产物易分离、可循环利用等优点，具有取代传统工业酸催化剂的潜力。

例子：2、在100℃无溶剂条件下，分别用酸性离子液体[Et_3NH][HSO_4]和[BPy][HSO_4]催化芳香醛和5,5-二甲基-1,3-环己二酮的缩合反应，分别以77-97%和73-97%的产率得到八氢化氧杂蒽二酮。[Et_3NH][HSO_4]循环使用了6次，催化活性没有明显降低。[BPy][HSO_4]循环使用了5次，催化活性没有明显降低。

区别：酸性离子液体具有取代工业酸催化材料的潜力，其优点在于：1、与固体酸相似，离子液体也没有挥发性，因此同样具有环境友好的优点;同时它还可以兼具Bronsted和Lewis酸性。相比之下，离子液体酸性的调变更容易、更精细、从而更加有利于催化机理的研究和催化剂的优化。2、与无机酸相似，离子液体同样具有液体材料的优势，如：流通性好，酸性位密度高和酸强度分布均匀。3、通过改变和修饰离子液体阴、阳离子的结构，可以实现多相反应体系的优化，如：增强底物的溶解性，简化产物的分离，促进离子液体的循环使用。

九、举例说明绿色化学的主要研究领域。

答：1、绿色氧化剂和催化剂的研究例如：从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料中开发固体酸烷基化催化剂，这种催化剂选择性高，催化剂寿命长。

2、新的原子经济反应的开发例如：环氧乙烷的生产原来是通过氯醇法二步制

备，采用银催化剂后，改为乙烯直接氧化成环氧乙烷的原子经济反应。

3、采用无毒、无害的溶剂例如：超临界流体特别是超临界二氧化碳作溶剂。

超临界二氧化碳既具有常规液态溶剂的溶解度，在相同条件下，又具有气体的粘度，因而具有很高的传质速度。超临界二氧化碳的最大优点是无毒、不可燃、价格低廉。

十、什么是相转移催化剂？相转移催化剂的催化原理是什么？举一实例说明相转移催化剂在有机合成中的应用。

答：相转移催化剂是可以帮助反应物从一相转移到能够发生反应的另一相当中，从而加

快异相系统反应速率的一类催化剂。

催化原理：一般存在相转移催化的反应，都存在水溶液和有机溶剂两相，离子型反应物往往可溶于水相，不溶于有机相，而有机底物则可溶于有机溶剂之中。不存在相转移催化剂时，两相相互隔离，几个反应物无法接触，反应进行得很慢。相转移催化剂的存在，可以与水相中的离子所结合（通常情况），并利用自身对有机溶剂的亲和性，将水相中的反应物转移到有机相中，促使反应发生。

实例：在三相催化剂C一2催化下，1—溴辛烷(溶解在苯中) 与KCN的水溶液反应，壬睛的产率为95 %。在一般条件下，1—溴辛烷与C6H5SK、KSCN不反应。但在固一液两相中，用新近合成的相转移催化剂[C6H13S(O)CH2]4C进行催化，反应很易进行，产率很高。

十一、什么是超临界流体？举一例子说明超临界流体

co作为绿色溶

2

剂在有机合成中的优点。

答：温度及压力均处于临界点以上的液体叫超临界流体。

实例：将超临界二氧化碳在医学工业范畴内的应用分为三大类-生物活性物质和天然药物提取，药剂学，药物分析

优点：超临界二氧化碳具有低粘稠度、高扩散性、易溶解多种物质、且无毒无害，常态下是无色无味无毒的气体，与萃取成分分离后，完全没有溶剂的残留，可以有效地避免传统溶剂萃取条件下溶剂毒性的残留.同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染，.萃取温度低，可以有效地防止热敏性成分的氧化，逸散和反应，完整保留生质物体的生物活性；同时也可以把高沸点，低挥发度，易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来。萃取和分离合二为一，当饱含溶解物的二氧化碳超临界流体流经分离器时，由于压力下降使得CO2与萃取物迅速回复成为分离的两相(气液分离)而立即分开，不存在物料的相变过程，不需回收溶剂，操作方便；不仅萃取效率高，而且能耗较少，节约成本，并且符合环保节能的潮流。

十二、什么是分子筛？如何进行分类？试举出一种分子筛为载体的非均相催化剂在有机合成反应中应用的实例。

答：分子筛是指具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当的一类物质。

分类：分子筛有天然沸石和合成沸石两种。

商品分子筛常用前缀数码将晶体结构不同的分子筛加以分类，如3A型、4A型、5A型分子筛。

例子：介孔分子筛MCM-41的修饰及在非均相催化有机合成，催化烯烃不对称二羟基化制备1,2-二醇，用化学气相沉积法(CVD)将Os3(CO)12固载在M41和Al-M41上, 以N-甲基吗啉-N- 氧化物(NMO)为氧化剂

十三、硅胶的主要分类包括哪几种？试举出一种对硅胶进行改性并进行应用的实例。

答：分类：硅胶按其性质及组分可分为有机硅胶和无机硅胶两大类。按其组成

形状分为挤出硅胶和模压硅胶。

例子：

十四、什么是生物质？生物质有哪些特点？

答：生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即

一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。

特点：可再生性。低污染性。广泛分布性。

十五、叙述汽车尾气中主要有哪些有害成分？其主要危害是什么？答：汽车尾气排放的主要污染物为一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、铅等。

一氧化碳：一氧化碳和人体红血球中的血红蛋白有很强的亲合力，它的亲合力比氧强几十倍，亲合后生成碳氧血红蛋白，从而消弱血液向各组织输送氧的功能，

造成感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，重者危害血液循环系统，导致生命危险。

氮氧化物：氮氧化物主要是指NO、NO2，都是对人体有害的气体，特别是对呼吸系统有危害。在N02浓度为9．4mg／m2(5PPm)的空气中暴露10分钟，即可造成呼吸系统失调。

碳氢化合物：目前还不清楚它对人体健康的直接危害。但是HC和NOX在大气环境中受强烈太阳光紫外线照射后，产生一种复杂的光化学反应，生成一种新的污染物——光化学烟雾。光化学烟雾会导致因支气管炎、冠心病、肺结核和心脏衰弱者的死亡概率增大。

十六、清洁生产的原则是什么？简述实现清洁生产的途径。

答：原则：1、持续性，清洁生产不是一劳永逸的，而是需要对产品和工艺持续

不断地改进。

2、预防性，清洁生产强调在产品生命周期内，从源头上进行污染无的削减。

3、综合性，清洁生产涉及区域经济、社会、环境等多方面，是一项全社会都应参与的系统工程。

实施清洁生产的主要途径和方法包括合理布局、产品设计、原料选择、工艺改革、节约能源与原材料、资源综合利用、技术进步、加强管理、实施生命周期评估等许多方面，可以归纳如下：

1、合理布局，调整和优化经济结构和产业产品结构，以解决影响环境的“结构型”污染和资源能源的浪费

2、在产品设计和原料选择时，优先选择无毒、低毒、少污染的原辅材料替代原有毒性较大的原辅材料，以防止原料及产品对人类和环境的危害。

3、改革生产工艺，开发新的工艺技术，采用和更新生产设备，淘汰陈旧设备。

4、节约能源和原材料，提高资源利用水平，做到物尽其用。

5、开展资源综合利用，尽可能多地采用物料循环利用系统，如水的循环利用及重复利用，以达到节约资源，减少排污的目的。

6、依靠科技进步，提高企业技术创新能力，开发、示范和推广无废、少废的清洁生产技术设备。

7、强化科学管理，改进操作。

8、开发、生产对环境无害、低害的清洁产品。

十七、可持续发展的基本原则是什么？

答：三大原则

公平性原则：本代人之间的公平、代际间的公平和资源分配与利用的公平；

可持续发展是一种机会、利益均等的发展。它既包括同代内区际间的均衡发展，即一个地区的发展不应以损害其它地区的发展为代价；也包括代际间的均衡发展，即既满足当代人的需要，又不损害后代的发展能力。

持续性原则：人类经济和社会的发展不能超越资源和环境的承载能力。即在满足需要的同时必须有限制因素，即发展的概念中包含着制约的因素；在“发展”的概念中还包含着制约因素，因此，在满足人类需要的过程中，必然有限制因素的存在。主要限制因素有人口数量、环境、资源，以及技术状况和社会组织对环境

满足眼前和将来需要能力施加的限制。最主要的限制因素是人类赖以生存的物质基础——自然资源与环境。因此，持续性原则的核心是人类的经济和社会发展不能超越资源与环境的承载能力，从而真正将人类的当前利益与长远利益有机结合。

共同性原则：各国可持续发展的模式虽然不同，但公平性和持续性原则是共同的。地球的整体性和相互依存性决定全球必须联合起来，认知我们的家园。

十八、什么是原子经济性？其评价指标是什么？在有机合成中，举一为原子经济反应的实例。

答：原子经济性是绿色化学以及化学反应的一个专有名词。绿色化学的“原子

经济性”是指在化学品合成过程中，合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中；化学反应的“原子经济性”概念是绿色化学的核心内容之一。

例子：

十九、什么是均相催化和非均相催化，它们各自具有哪些优缺点？试分别举出一个实例证明之。

答：均相催化是催化剂与反应物同处于一均匀物相中的催化作用

优点均相催化剂的活性中心比较均一，选择性较高，副反应较少，易于用光谱、波谱、同位素示踪等方法来研究催化剂的作用，反应动力学一般不复杂。

缺点难以分离、回收和再生

实例：过二硫酸根离子（S2O8）与碘离子（I）的反应为例：S2O8(aq) + 2 I = 2 SO4(aq) +I2 (aq)加入铁离子可均相催化之

非均相催化是催化剂与反应物处于不同物相中的催化作用

优点就是分离简单甚至不需要分离（如气固两相催化），可以不间断流水作业；缺点就是催化剂只能利用其表面部分催化活性点，效率稍低，但可以通过增大比表面积来改善。

实例：为解决生物柴油酯交换过程中的产物与催化剂分离问题,制备了负载型固体碱催化剂(CaO/SiO2、CaO/Al2O3和CaO/MgO体系)，结果表明,CaO可以很好地分散在催化剂载体上,该体系催化剂是制备生物柴油的良好非均相催化剂。

二十、简要叙述杂多酸的定义、分类，并试举一实例说明杂多酸作为酸性催化剂在有机合成中相比于一般无机或有机酸催化剂的优点。答：杂多阴离子是指由两种以上不同的含氧阴离子缩合而成的聚合态阴离子。

杂多酸化合物为杂多酸及其盐类。分类：杂多酸的分类是根据分子组成中是否存在杂原子来判断,若多酸组成元素是由杂原子构成的称为杂多酸。钼、钨、银是杂多酸中较为常见的配原子,同时,杂多酸中心杂原子可以由数十种元素构成,主要分布在周期表中过渡金属元素区以及非金属区,由于构成的杂原子通常以多种不同价态分布于多酸的阴离子中,使得杂多酸种类极其繁多,为杂多酸的生产应用奠定了基础。

例子：生成叔丁基醚的醚化反应；乙酸与乙醇或戊醇的酯化反应；甲酸或羧酸的分解反应；

优点：(1) 结构确定,有一般配合物和金属氧化物的主要结构特征,有电子和质子转移P贮藏能力; (2) 不同的元素可表现出其酸性和氧化还原性的差别,使其催化性能可控,有利于催化剂设计; (3) 易溶于水和有机溶剂,可负载于硅凝胶或活性碳等物质,显示出很高的催化能力及选择性,可用于均相和非均相催化反应系统;

(4) 具有较好的热稳定性。

二十一、举一实例说明无溶剂合成相比于采用可挥发性有机溶剂合成的优缺点。

答：