绿色化学
绿色化学
Draths K M, Frost J W , JACS 1990, 112:9630; 1991, 113: 9361
以可再生资源为原料
150年前，大多数工业 有机化学品都来自植 物提供的生物质，仅 有少数来自动物。 工业革命采用煤为化工 原料，目前95%以上 有机化学品都是由石油 加工得到。
煤和石油：不可再生资源 生物质：可再生资源
第二章 绿色化学原理
第二章 绿色化学原理
第一节 绿色化学内涵 第二节 化学反应的原子经济学 第三节 原子经济学与环境效益 第四节 绿色化学的任务 第五节 绿色化学十二原则
绿色化学就是利用化学原理和 方法来减少或消除对人类健康、 社区安全、生态环境有害的反应 原料、催化剂、溶剂和试剂、产 物、副产物的使用和产生的新兴 学科 ，是一门从源头上减少或消 除污染的化学。
用生物质作化学化工原料是保护环境和实现可 持续发展的长远和重要发展方向，是绿色化学 的重要研究方向之一。
淀粉 （ 玉米、小麦、 土豆等）
生物质 (Biomass)
木质纤维素 (农业废料、 森林废物、草 类等）
木质纤维素是地球上最丰富的生物质，每年以
1640108吨的速度不断再生，但至今人类仅利 用了不足1.5%。
(一）催化等离子体法
Example 由二氧化碳和甲烷合成燃料油 Traditional way
CO2 + CH4
镍催化剂 高能耗，催化剂易失活 费-托合成
2CO + 2H2
合成气
燃料油
New greener way
CO2 + CH4
（天津大学，刘昌俊）
催化等离子体法
燃料油
(二）电化学方法
绿色化学——精选推荐
绿⾊化学绿⾊化学的定义及其特点绿⾊化学⼜称环境⽆害化学、环境友好化学、洁净化学。
利⽤现代科学技术的原理和⽅法，从根源上根除污染；研究环境友好的新原料、新反应、新过程、新产品，实现环境化⼯与⽣态协调发展；减少甚⾄消灭对⼈类健康、社区安全、⽣态环境的有害原料、催化剂、溶剂、助剂、产物、副产物的使⽤和⽣产。
特点:绿⾊化学是从源头上消除污染，促进⾃然⽣态系统的良性循环；绿⾊化学是要求合理利⽤资源和能源、降低⽣产成本、实现资源使⽤的“减量化、在再使⽤、再循环”，是发展循环经济的关键途径。
绿⾊化学的基本特点是：在获取新物质的转化过程中，充分利⽤每个原⼦，实现零排放。
1、绿⾊化学反应的主要任务寻找⽆害化学合成；尽量减少化学合成中得有毒原料和有毒产物；设计安全化学品；使化学品在被期望功能得以实现的同时，将其毒性降到最低；使⽤安全溶剂和助剂，尽可能不使⽤助剂采⽤⽆毒⽆害的溶剂代替挥发性有毒有机物作溶剂反应原⼦转化率⾼2、举例说明绿⾊化学的主要研究领域。
设计安全有效的⽬标分⼦：构效关系。
设计安全有效化学品主要包括如下两个⽅⾯的内容：①新的安全有效化学品的设计；②对已有的有效但不安全的分⼦进⾏重新设计。
寻找安全有效的反应原料，如：（1）⽤⼆氧化碳代替有毒有害的光⽓⽣产聚氨酯:RNH2 + CO2-> RNHCOOR1（2）亚氨基⼆⼄酸⼆钠的⽣产采⽤新⼯艺消除有毒氢氰酸的使⽤:HOCH2CH2NHCH2CH2OH + 2NaOH (铜催剂)=NaOOCH2CH2NHCH2CH2OONa + 4H2寻找安全有效的合成路线：要符合原⼦经济性原理。
要考虑到产品的性能优良，价格低廉，⼜要使产⽣的废物和副产物少，对环境⽆害，可利⽤计算机来进⾏辅助设计。
寻找新的转化⽅法：①催化等离⼦体⽅法；②电化学⽅法；③光化学及其他辐射⽅法；寻找安全有效的反应条件：（1）寻找安全有效地催化剂①活性组分的负载化②⽤固体酸代替液体酸；（2）寻找安全有效的反应介质①采⽤超临界流体作为反应介质②⽔作溶剂的两相催化法。
绿色化学工艺概述
毒剂。世界卫生组织(WHO) 确认ClO2为AI 级安全消毒剂, 我国于2000 年也将其作为饮 用水消毒剂首次列入规范之列。ClO2的合 成及应用作为绿色产业已在悄然兴起。
2.制取ClO2的工艺及存在的问题
迄今为止, 成型的ClO2生产工艺有10 多种 。 在水处理领域ClO2的制取基本上采用的是 氯酸钠+ 盐酸工艺、亚氯酸钠+ 盐酸工艺和 电解食盐水工艺。这些工艺的不足之处见 下表：
绿色化学与工艺
——CLO2的合成及消毒过程
1.绿色化学定义
绿色化学是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。
今天的绿色化学是指能够保护环境的化学 技术,它可通过使用自然能源,避免给环境造 成负担、避免排放有害物质 。
23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
（2）阳极电解亚氯酸钠工艺
有关电化学反应如下: 阳极: ClO2- -e- →ClO2 阴极:H2O+ e- →OH- + 1/ 2H2 电解反应: NaClO2 + H2O →ClO2+ 1/ 2H2+ NaOH 此工艺只用亚氯酸钠一种原料, 无需添加辅助 化学药剂, 易于调节控制。就电解反应来看, 该反应的原子经济性达62. 2% 。亚氯酸钠的 转化率较高,ClO2的纯度可达98% 以上
绿色化学的基本概念
绿色化学的英文名叫Green chemistry，别名又叫环境无害化学或环境友好化学。
减少或消除危险物板距质的使用和产生的化学品和过程的设计叫做绿色化学。
涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等各类学科，是一门从源头上阻止环境污染的新兴交叉学科。
绿色化学起源于美国，绿色化学的核心围绕院子经济性和5R”原则，最理想的技术是采用“原子经济”反应，实现反应的绿色化，即原料分子中的每一原子都转化成产品，不产生任何废物和副产物，实现废物的“零排放”。
绿色化学的目的在于环保，倡导用化学的技术和方法减少或停止那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用与产生。
绿色化学的定义及其核心内容_概述及解释说明
绿色化学的定义及其核心内容概述及解释说明1. 引言：1.1 概述绿色化学作为一种新兴的科学理念和方法，旨在通过最小化或消除对环境的危害，实现高效、可持续的化学反应和过程。
它注重资源的有效利用和废物的减少，以及对人类健康和生态系统安全的保护。
绿色化学关注的不仅是产品开发过程中各个环节的绿色改进，更重要的是将这种理念贯穿于整个化学产业链中。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行论述，首先介绍了引言部分，接着阐述了绿色化学的定义及其背景起源。
接下来将详细讨论绿色化学的核心内容，包括原料选择与设计、反应条件优化与改进以及废物处理与资源回收利用等方面。
然后会探讨绿色化学在不同领域中的应用情况，包括化工行业、能源领域以及材料科学与工程领域。
最后，在结论部分总结了绿色化学的重要性和影响力，并对未来发展方向和挑战进行了展望。
1.3 目的本文旨在介绍和解释绿色化学的定义及其核心内容，并探讨其在不同领域中的应用情况。
通过对绿色化学的深入了解，可以更好地认识到它对环境保护和可持续发展的重要性，以及在实践中所面临的挑战。
同时，本文也希望能够为各个领域从事研究和应用的人员提供一定的参考和借鉴，促进绿色化学理念在工业界的广泛推广与应用。
2. 绿色化学的定义2.1 定义解释绿色化学是一种以最大限度减少环境污染、降低对可持续资源的需求、提高产品能源效率和安全性为目标的新型化学范式。
它旨在通过设计和开发环境友好型化学反应、原料和产品，推动可持续发展和生态平衡。
绿色化学强调的是整个生命周期的可持续性，包括原材料选择、合成过程优化、废物处理与资源回收利用。
2.2 背景和起源绿色化学的概念最早于1990年由美国化学家Paul T. Anastas和John C. Warner提出，并于2001年正式被美国化学会（ACS）采纳并广泛传播。
绿色化学的起源是为了回应传统化工行业带来的巨大环境压力及其对人类健康和生态系统造成的威胁。
这一新颖理念促使科学家们重新思考传统有机合成方法，优先考虑可再生资源利用、无毒无害物质使用以及工艺条件优化。
绿色化学课件
生成前进行实时的和在线跟踪及控制； （12）在化学转换过程中，所选用的物质和物质形
态应尽可能地降低发生化学事故的可能性。
9
Twelve Principles of Green Chemistry
10
1: It is better to prevent waste than to treat or clean up waste after it is formed.
13
10: Chemical products should be designed so that at the end of their function they do not persist in the environment and break down into innocuous degradation products.
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4: Chemical products should be designed to preserve efficacy of function while reducing toxicity 5: The use of auxiliary substances(e.g. solvents, separation agents) should be made unnecessary wherever possible and innocuous when used. 6: Energy requirements should be recognized for their environmental and economical impacts and should be minimized.
绿色化学-中国科学院化学研究所
展的更高层次
的化学。
目 前
>10,000,000 年
未
来
CO2, H2O
1999年国际《绿色化学》期刊创刊
1995年，美国设立了
“总统绿色化学挑战奖 ”
绿色化学人类和环境协调发展 的更高层次的化学
发展绿色化学是人类赋予化学 工作者的责任
谢
谢！
绿色化学
绿色化学 是从源头上消除 污染的化学。与传 统的先污染后治理 的理念截然不同，绿
绿色化学的内容
开发原子经济性反应，
即把所有原料转化为产 品；使用无毒、无害化
学品或可再生的生物 资
源为原料；采用无毒、 无害的催化剂；使用无
色化学是化学学科发
展的必然趋势，是 人类和环境协调发
毒、无害的绿色溶剂；
Байду номын сангаас绿色化学
中国科学院化学研究所
韩布兴
化学在人类社会进步和发展中 发挥着关键的作用
1.44 Å 1.34 Å 1.22 Å
许多传统的化学化工过程造成 严重的环境污染
许多传统的化学化工过程不利
于健康，甚至危险性很大
能否在创造物质财富的同时
不产生环境污染？
绿色化学!
绿色化学 GREEN CHEMISTRY
绿色化学是什么意思有什么重要性
绿色化学是什么意思有什么重要性绿色化学是研究利用一套原理在化学产品的设计、开发和加工生产过程中减少或消除使用或产生对人类健康和环境有害物质的科学，以下是由店铺整理关于什么是绿色化学的内容，希望大家喜欢!绿色化学的简介按照美国《绿色化学》(GreenChemistry)杂志的定义，绿色化学是指: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。
而今天的绿色化学是指能够保护环境的化学技术、它可通过使用自然能源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质、利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的开发，并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。
绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和发展起来的，是一个“新化学婴儿”。
它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。
绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。
世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。
绿色化学的重要性传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重，目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨～4亿吨，给环境造成危害，并威胁着人类的生存。
化学工业能否生产出对环境无害的化学品?甚至开发出不产生废物的工艺?有识之士提出了绿色化学的号召，并立即得到了全世界的积极响应。
绿色化学的核心就是要利用化学原理从源头消除污染。
绿色化学给化学家提出了一项新的挑战，国际上对此很重视。
1996年，美国设立了“绿色化学挑战奖”，以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出成就的企业和科学家。
绿色化学将使化学工业改变面貌，为子孙后代造福。
迄今为止，化学工业的绝大多数工艺都是20多年前开发的，当时的加工费用主要包括原材料、能耗和劳动力的费用。
近年来，由于化学工业向大气、水和土壤等排放了大量有毒、有害的物质。
以1993年为例，美国仅按365种有毒物质排放估算，化学工业的排放量为30亿磅。
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第一章1、简答：温室效应及其与化学的相关性；核冬天；光化学烟雾及其化学本质；生物多样型？答：全球气候变暖是大气中温室气体浓度升高引起的。
这些温室气体又是人类在寻找食物、生活用品及供热取暖等满足基本生活要求的过程中，以及工业生产活动过程中排放到大气中的。
温室气体主要有CO2、NO X、CH4、卤代烃等。
核冬天：有限的核战争所产生的烟尘会导致地球冷却的假设，被称为“核冬天”。
光化学烟雾主要就是氮氧化合物与烃类物质在紫外线照射下，经过一系列复杂反应后形成的一种大气污染现象。
氮氧化物是光化学烟雾引发的主要元凶：NO2→NO+O；O+C X H Y→C X H Y O；C X H Y O+O2→C X H Y O3；C X H Y O3+C M H N→RCHO+R’COR2；O+O2→O3。
生物多样性是指地球上所有生物——植物、动物和微生物及其他物质构成的综合体。
它包括遗传的多样性、物种多样性和生态系统多样性三个组成部分。
2、为什么说化学是一门中心的、实用的、创造性的学科？答：化学的原理和方法以及化学反应方面的研究目前仍在主导其他学科；它在开发天然资源以满足人类的生活需要方面作出了巨大贡献。
基于化学的产业，利用天然资源制取大量的化肥、农药、农膜、塑料、钢铁、水泥等产品和材料，并生产大量的合成纤维和橡胶等以弥补农业、林业的不足；能源的开发利用，新材料的开发利用，医药卫生等均离不开化学。
可以说，人类的衣、食、住、行、用及保持健康等无一项可以离开化学，化学在这些领域中直接或间接地发挥着不可替代的作用。
3、人类目前面临的主要环境问题有哪些？造成这些困境的原因是什么？（1页）答：1、全球气候变暖2、核冬天的威胁3、臭氧层破坏4、光化学烟雾和大气污染5、酸雨6、生物多样性锐减7、深林的破坏8、荒漠化9、水资源危机10、海洋污染日甚。
环境问题的起因是人类自己。
环境问题是指由于人类活动作用于周围的环境所引起的环境质量变化以及这种变化对人类的生产、生活和质量造成的影响。
第二章1、简答：绿色化学的目标；化学工业造成的危害；风险试剂；生物质的种类；可再生资源；原子利用率；环境商；环境因子？（课本第2章）答：绿色化学的目标是：化学过程不产生污染，即将污染消除于其产生之前。
2、为什么要大力发展绿色化学？（11页）答：1、大力发展绿色化学是人类社会可持续发展的必然要求；2、发展绿色化学是科学技术和经济发展的要求。
3、绿色化学及其与环境污染治理的异同？（10~11页）答：绿色化学就是利用化学原理和方法来减少或消除对人类健康社会安全、生态环境有害的反应原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物的新兴学科，是一门从源头上、从根本上减少或消除污染的化学。
传统的环境保护方法是治理污染，或曰污染的末端处理，也就是研究已有污染物对环境的污染情况，研究治理这些已经产生了的污染物的原理和方法，是一种指标的方法。
绿色化学的目标是：化学过程不产生污染，即将污染消除于其产生之前。
实现这一目标后就不需要治理污染，因其根本就不产生污染，是一种从源头上治理污染的方法，是一种治本的方法。
4、什么是绿色化学品？怎么设计安全的化学品？（17页）5、举例说明原子经济反应是不产生污染的必要条件？（找不到）6、试论计算机辅助绿色化学合成路线设计的必要性和方法？（23页）7、怎样在反应过程中使化学反应绿色化？（第5节）8、自选一条目前使用的环氧丙烷合成路线，用绿色化学原理对其进行评价并设计一条更佳的新路线？（13页底端14页顶端）9、简述绿色化学十二原则？（27页）答：1、不让废物产生而不是让其生成后再处理；2、最有效地设计化学反应和过程，最大限度地提高原子经济性；3、尽可能不使用、不产生对人类健康和环境有毒有害的物质；4、尽可能有效地设计功效卓著而又无毒无害的化学品；5、尽可能不使用辅助物质，如须使用也应是无毒无害的；6、在考虑环境和经济效益的同时，尽可能使消耗最低；7、技术和经济上可行时应以可再生资源为原料；8、应尽可能避免衍生反应；9、尽可能使用性能优异的催化剂；10、应设计功能终结后可降解为无害物质的化学品；11、应发展实时分析方法，以监控和避免有害物质的生产；尽可能选用安全的化学物质，最大程度地减少化学事故发生。
第三章1、设计安全无毒化学品的一般性原则有哪些？（36页表3-1）2、设计安全化学品的方法主要有哪些？其基本原理分别是？（39~57页）答：方法有：1、毒理学分析及相关分子设计；2、利用构效关系设计安全的化学品；3、利用集团贡献法构筑构效关系；4、利用等电排置换设计更加安全的化学品；5、“软”化学设计；6、用另一类有相同功效而无毒的物质替代有毒有害物质；7、消除有毒辅助物品的使用。
3、化学品的毒理学分析包括哪些内容？如何根据毒理学分析进行相关分子的设计？举例说明？（39页）4、什么是构效关系？如何根据构效关系设计更加安全的化学品？（49页）答：一类化合物的毒性以及该类化合物中不同结构（结构差异）引起的毒性差异称为构效关系。
第四章1、由碳、硅元素的化学性质，试讨论用硅取代碳的可行性及硅取代物的优点？（58页）2、用辛酸—水分配系数表征有毒化学品毒性的一般准则是什么？（68页）3、举例说明等电排置换是设计更加安全化学品的有效方法？（找不到）4、从分子量、分子体积角度看，应该怎样设计更加安全的化学品？（找不到）5、常见可降解和不可降解的基团有哪些？（62页）6、从可生物降解、对水声生物的毒性角度看，怎样设计更加安全的化学品？（67页第3节）第五章1、举例说明什么是催化剂，它在化学反应中有何作用？（80页表5-1最后一列）2、以环戊二烯钛催化烯烃聚合为例，说明催化剂分子机器的作用？（81页图5-2）3、为什么说催化剂能全方位地促进绿色化学的发展？（81页）4、什么是催化剂设计？怎样进行催化剂设计？（84页）答：所谓催化剂设计，就是指人们按照自己的意图制造目标催化剂的工作，它代表一种构思，而不一定要画出图纸。
也就是对指定的反应，或者需要制造的某种产品，应该如何选用一种催化剂的知识逻辑分析。
（设计步骤见图5-5）5、以萘与丙烯发生烷基化反应为例说明催化剂结构对反应选择性的巨大影响？（87页）6、简述反应原料的重要性及绿色化学对反应原料的选择原则？（88页）7、生物质作为反应原料的优缺点？（89页）答：优点：1、生物质可给出结构多样性的产品材料2、生物质的结构单元通常比原油的结构单元复杂3、由生物质衍生所得物质常常已是氧化产物，无需再通过氧化反应引入氧4、增大生物质的使用量可增长原油的使用时间，为可持续发展做出贡献，为一些必须使用石油做原料的产品的生产提供保证5、使用生物质可减少二氧化碳在大气中浓度的增加，从而减缓温室效应6、化学工业使用更多的可再生资源可使其本身在原料上更有保障7、生物质资源比原油有更大的灵活性。
缺点：1、在经济上还不具备竞争力2、现在考虑用作化学化工原料的生物质是传统的食品原料，把食品原料改作化工原料是否合适3、生物质的生产季节性很强4、生物质的组成极为复杂，不同种类的物质，其组成和性质都可能不尽相同，若需要对每一类生物质有针对性地修建工厂，这将使生物质的利用变得十分困难。
8、改变反应溶剂的方法有哪些，各有何特点？（90页）9、超临界流体与普通流体相比有何特点？（91页）10、超临界CO2作为反应溶剂的局限性？（93页中间）11、何谓过程强化？可用哪些方法实现过程强化？（94页）答：使反应体积变得更小，过程变得更清洁，能量的利用更为有效的任何化学工程的进步都可认为是化工过程强化。
方法有：一、通过设备改进实现过程强化；（1、静态混合反应器2、整体式催化剂3、微型反应器；）二、改进方法实现过程强化；（1、多功能反应器2、膜反应器3、分离技术的集成4、利用其他形式的能量）第六章1、举例说明绿色化学反应的特点及其应用情况？（98页第1节）2、哪些原料可作为绿色化学原料？举例说明绿色化学原料在绿色化学中的应用？（105页第2节）3、常用的绿色化学溶剂有哪些？它们各具有说明特点？适用条件是说明？（112页第3节）4、举例说明改变反应方式和反应条件在绿色反应中的应用？（115页第4节）5、举例说明更安全腈、海洋船舶的防垢剂、低毒杀虫剂、水阻垢剂等的设计方法和特点？（119页第5节）第七章化工安全工程简介（笔记）7.1概述一、现代化学工业的生产特点1生产物料大多属于有害危险物系；2生产工艺参数苛刻；3生产规模大型化；4生产过程连续化、自动化。
以上特点存在的负面效应：化工生产过程处处存在危险因素、事故隐患，一旦失去控制，事故隐患就会转化为事故。
二、化工生产事故的特点——由化工生产所用的原料特性、工艺方法和生产规模决定1火灾爆炸、中毒事故多且后果严重；2生产活动时事故发生多；3设备缺陷及腐蚀原因较多——事故发生最多；4事故集中和多发；等等三、安全工程的任务、目的、研究对象（需要自己总结）对象：“人-物-环境”生产系统中各子系统存在的潜在危险因素。
目的：人身安全，持久工作能力，设备安全，顺利进行生产；任务：研究潜在因素，原理及特性，发现规律。
四、安全工程研究的基本内容1、安全技术——包括工艺、设备、控制等各个方面。
2、劳动卫生技术：研究如何防治职业危害的技术措施，包括防尘防毒、噪声治理、振动消除、通风采暖，采光照明，现场急救等。
3、安全卫生管理：指对安全生产所进行的计划、组织、指挥、协调和控制的一系列活动。
五、化工安全技术的内容——研究化工生产过程中各种事故和职业性伤害发生的原因，防止事故和职业病发生的系统科学技术和理论特点：具有政策性、群众性、技术复杂性。
1预防工伤事故和其他各类事故的安全技术；2预防职业性伤害的安全技术；3制定和执行规章制度。
六、化工安全生产技术措施1减少潜在危险因素——预防事故的最根本措施；2降低潜在危险因素的数值；3联锁；4隔离操作或远距离操作；5设置安全薄弱环节；6设备坚固或加强；7封闭；8设置警告牌示和信号装置；七、化学工业危险因素1.工厂选址——易遭受地震、洪水、暴风雨等自然灾害；水源不充足；缺少公共消防设施的支援；有高温度，高湿度变化显著等气候问题。
2.工厂布局——设备过于密集；有危险性和无危险性的工艺装置的安全距离不够；昂贵设备过于集中；对于不能替换的装置没有有效的防护；火源与可燃物距离过小。
3.结构——支撑物、门、墙等不是防火结构；电气设备无防护；通风换气能力不足；装置基础薄弱。
4.对加工物质的危险性认识不足5.化工工艺6.物料输送7.误操作8.设备缺陷9.防灾计划不充分八、化工装置紧急状态运转失灵；故障；异常；事故；灾难九、化学工业安全措施设备安全；物料加工和操作安全；装置布局安全7.2 物质性质、物化原理与安全7.2.1 化学物质及其危险概述化学物质的危险程度：取决于物质的性质、贮存和加工所应用的设备以及所属的过程。