《绿色化学》教学大纲

《绿色化学》课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：1061339010课程名称（中/英文）：绿色化学/GreenChemistry课程类别：专业选修课开课学期：第6学期学分：2.0总学时：32理论学时：32适用专业：应用化学适用对象：本科先修课程：无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、有机合成、化工原理开课学院：环境工程与化学学院二、课程简介《绿色化学》是应用化学专业的一门专业选修课。本课程具有明确的社会需求和科学目标，是实现循环经济和可持续发展的重要科学技术基础。课程阐述了绿色化学基本原理，化学化工行业中具有先进性、实用性和前瞻性的绿色材料、原子经济性反应、绿色合成技术以及绿色的原料、溶剂、催化剂和能源及其在现代化学工业中的应用，培养学生运用绿色化学原理和现代技术，从源头上防止污染产生的基本能力，为今后从事专业相关领域和科学研究工作奠定基础。三、课程目标1．课程对毕业要求的支撑指标点：7.1了解分析检测、化工技术及相关专业领域的发展前沿，掌握新技术、新产品和新工艺动态；指标点：7.2利用现代技术工具和信息手段，进行分析方法研究、产品（精细品）开发和化工技术工艺改造，具备开展初步科学研究和技术项目研发能力。指标点：8.2具有专业实习和和社会实践的经历，正确分析和评价应用化学专业问题解决方案对健康、社会、安全和环境及文化可能产生的影响，理解应承担的责任，并在专业设计方案中考虑，并加以改进2.课程目标（1）能够理解、掌握绿色化学十二条基本原则，理解运用绿色化学原理、方法和技术使化学品在设计、生产和使用的整个生命周期对人类健康和生态环境均不产生危害途径和意义。（2）能够理解、掌握原子经济性反应、绿色原料、绿色溶剂、绿色催化剂和能源以及绿色合成技术相关方面化工新产品和新工艺的发展，能够就特定产品的生产工艺问题进行绿色化学评价，提出初步的方案和方法对其设计或改进。（3）理解绿色材料的发展趋势，具备科学技术经济环境一体化和可持续发展的理念。3.主要教学内容与课程目标之间的对应关系课程目标教学内容教学方法目标1：能够理解、掌握绿色化学十二条基本原则，理解运用绿色化学原理、方法和技术使化学品在设计、生产和使用的整个生命周期对人类健康和生态环境均不产生危害途径和意义。绿色化学十二条原则：防止污染优于污染治理；提高原子经济性；绿色化学合成；设计安全化学品；采用安全的溶剂和助剂；合理使用和节省能源；利用可再生资源合成化学品；减少化合物不必要的衍生化步骤；采用高选择性的催化剂；设计可降解化学品；预防污染的快速检测和控制；减少或消除制备和使用过程中的事故和隐患。1.授课2.启发式教学3.案例分享课4.翻转课堂5.动画视频目标2：能够理解、掌握原子经济性反应、绿色原料、绿色溶剂、绿色催化剂和能源以及绿色合成技术相关方面化工新产品和新工艺的发展，能够就特定产品的生产工艺问题进行绿色化学评价，提出初步的方案和方法对其设计或改进。原子经济反应相关的原子利用率、环境因子和环境商概念，常见原子经济性反应和实例；超声波和微波等绿色合成技术；绿色原料碳酸二甲酯的合成及应用、二氧化碳的利用、生物质甲壳素和壳聚糖的利用；绿色溶剂水、超临界流体和二氧化碳的应用；绿色催化剂分子筛和杂多酸的结构和应用。1.授课2.启发式教学3.案例分享课4.翻转课堂5.动画视频目标3：理解绿色材料的发展趋势，具备科学技术经济环境一体化和可持续发展的理念。绿色高分子材料、绿色纳米材料和绿色能源材料，以聚乳酸的合成为典型案例分析和讨论。1.授课2.启发式教学3.案例分享课4.翻转课堂5.动画视频4.课程思政元素根据性质和教学内容，本课程的思政元素有：可持续发展理念，创新精神，家国情怀，社会责任。四、教学内容及重难点第一章绪论（2学时）1.教学内容（1）绿色化学的兴起与发展：生态环境的危机呼唤绿色化学，环境保护的宣传和法规推动绿色化学，化学工业的发展催化绿色化学，可持续发展促进绿色化学，绿色化学和技术成为各国政府和学术界关注的热点；（2）绿色化学的内涵、研究内容和特点：绿色化学的含义、绿色化学的研究内容及特点；（3）绿色化学的任务：设计安全有效的目标分子，寻找安全有效的反应原料，寻找安全有效的合成路线，寻找新的转发方法，寻找安全有效的反应条件。（4）绿色化学的产生和发展：绿色化学在国内外的发展和兴起。2.教学重点绿色化学的研究内容与特点；3.教学难点树立以绿色化学为核心的可持续发展观。4.教学案例从农药DDT到青蒿素看绿色化工的前世今生。5.翻转课堂近年来美国总统绿色化学挑战奖获奖项目。6.思政元素可持续发展理念及社会责任。7.思考题蕾切尔﹒卡森环保思想的核心是什么？第二章绿色化学基本原理（6学时）1.教学内容（1）防止污染优于污染治理：末端治理与污染防治，末端治理的局限性，污染防治措施；（2）提高原子经济性：原子经济性、环境因子、环境商的概念，常见化学反应的原子经济性；（3）绿色化学合成：采用无毒、无害的原料，改变合成路径，实行绿色化学合成；（4）设计安全化学品：设计安全化学品的含义，设计安全化学品的一般原则，设计安全化学品的内容和途径；（5）采用安全的溶剂和助剂：常规有机溶剂的环境危害；安全溶剂：水、二氧化碳、离子液体；固定化溶剂及无溶剂系统；（6）合理使用和节省能源：化学工业中的能源使用，新的能源利用技术，优化反应条件；（7）利用可再生资源合成化学品：可再生资源与不可再生资源，利用可再生资源合成化学品；（8）尽量减少不必要的衍生化步骤：引入保护基团，暂时改变某些物质的宏观性质或功能，加入官能团提高反应选择性；（9）采用高选择性的催化剂：催化作用优于化学计量关系，环境友好催化剂，环境友好催化过程；（10）设计可降解化学品：化学品废弃物的危害性，化学品设计应考虑降解功能；（11）预防污染的快速检测和控制；（12）减少或消除制备和使用过程中的事故和隐患。2.教学重点绿色化学的十二条原则；3.教学难点绿色化学各条原则在化学化工行业中的实际应用。4.教学案例环氧乙烷、布洛芬、甲基丙烯酸甲酯等的传统合成与绿色合成对比。5.作业题谈谈自己对绿色化学十二条原则的理解。作业：依据教学重点自拟客观试题20道。第三章绿色化学反应（4学时）1.教学内容（1）原子经济反应和环境因子：化学反应的原子经济；（2）化工生产零排放：零排放的概念，中国化工企业零排放实例；（3）原子经济性反应实例：甲醇羰基化法合成乙酸，亚氨基二乙酸二钠合成的新路线，无卤素的芳胺合成，碳-碳偶联反应，选择氧化。2.教学重点原子经济反应及其实例。3.教学难点原子经济反应实例。4.教学案例我国科学家侯德榜“联合制碱技术”零排放的实例。5.思政元素创新精神及家国情怀。6.作业题从有机化学中找出常见六类化学反应并计算出原子利用率，评价原子经济性。第四章绿色原料（6学时）1.教学内容(1)原料的绿色化学评价方法；(2)二氧化碳的利用；(3)碳酸二甲酯的性质、合成方法和应用；(4)生物质资源的开发和综合利用:微生物发酵法生产1,3-丙二醇，从可再生资源制备表面活性剂，甲壳素/壳聚糖的开发与综合利用。2.教学重点碳酸二甲酯作为反应原料在化学反应的应用。3.教学难点生物质资源综合利用。4.教学案例己二酸的合成案例。5.翻转课堂地沟油转化为生物柴油的过程。6.作业题碳酸二甲酯的合成和利用。第五章绿色溶剂（2学时）1.教学内容（1）水：疏水效应，鳌合效应，氢键；（2）超临界流体：超临界流体的概念、性质及超临界流体的应用及实例；（3）室温离子液体：离子液体的定义、分类及其参与的反应实例。2.教学重点超临界流体和离子液体作为化学反应介质参与实际反应。3.教学难点超临界流体在化学工程中应用。4.教学案例超临界流体参与的化学氧化反应、不对称加氢反应、烷基化反应、羰基化反应、酶催化反应、聚合反应、碳-碳键合成反应等。5.翻转课堂超临界二氧化碳的随温度和压力变化。6.作业题超临界流体和离子液体的特点、性质及参与的化学反应。第六章绿色催化剂（4学时）1.教学内容（1）固体酸碱催化剂：固体酸、固体碱、典型的固体酸催化剂分子筛和杂多酸；（2）固载化均相催化剂：均相催化剂的固载化、均相催化剂的固载化、影响固载催化剂活性的因素，常见固载化均相催化剂；（3）生物酶催化剂。2.教学重点固体酸、固体碱、分子筛和杂多酸。3.教学难点分子筛催化剂的结构及应用。4.教学案例分子筛催化剂代替AlCl3催化剂合成乙苯和异丙苯的案例。5.思政元素创新精神和可持续发展。6.作业题依据教学重点自拟10道客观题。第七章绿色有机合成方法和技术（4学时）1.教学内容（1）有机电化学合成：有机电化学合成原理，电化学合成的典型实例及发展趋势；（3）催化技术：环境友好的固体酸催化，金属有机催化技术及其实例；（4）超声技术：超声技术原理及强化有机合成中的应用及实例；（5）微波辐射技术：微波的作用原理，微波技术在液相和非溶剂反应的应用，微波反应器。2.教学重点各类有机合成技术的原理。3.教学难点各类有机合成技术的实例。4.教学案例各类技术在相转移催化、氧化反应、C-烷基化、羰基化、手性催化、加成、取代、耦合、缩合等反应中的应用。5.思政元素创新精神和可持续发展理念。6.案例题苯乙酸是一种重要有机化工原料，具有羧基、亚甲基氢和苯环的典型反应，生成许多有用的中间体，在医药、农药、香料等行业都有广泛的用途。传统工艺采用苄氯和氢氰酸反应合成。1.写出该过程的化学计量关系式和反应条件。2.计算该方法的原子利用率，用绿色化学观点分析该过程的不足。3.设计一条新的更接近绿色化学目标的苯乙酸合成路线。4.从绿色化学的原理出发，分析你设计合成反应的优点。第八章绿色材料（4学时）1.教学内容（1）绿色高分子材料：绿色高分子材料及聚乳酸合成案例；（2）绿色纳米材料：绿色纳米材料含义和发展，合成方法、主要性能及应用（3）绿色能源材料：绿色二次电池材料、燃料电池材料及太阳能电池材料；2.教学重点镍氢电池、锂离子电池及燃料电池的工作原理。3.教学难点镍氢电池、锂离子电池及燃料电池的工作原理。4.教学案例纳米材料及绿色能源。5.翻转课堂纳米材料的神奇作用。五、教学安排序号教学内容学时对应课程教学目标对应毕业要求指标点1第一章绪论21、2、37.1、7.2、8.22第二章绿色化学基本原理61、2、37.1、7.2、8.23第三章绿色化学反应41、2、37.1、7.2、8.24第四章绿色原料61、2、37.1、7.2、8.25第五章绿色溶剂21、2、37.1、7.2、8.26第六章绿色催化剂41、2、37.1、7.2、8.27第七章绿色有机合成方法与技术41、2、37.1、7.2、8.28第八章绿色材料41、2、37.1、7.2、8.2合计32六、课程考核方式与评分标准1.课程考核方式本课程成总成绩包括形成性评价（平时成绩）和结果性评价（期末成绩），形成性评价（平时成绩）占40%，结果性评价（期末考试成绩）占60%。形成性评价主要包括课堂研讨提问(5%)和学习习惯（考勤、课堂表现等，5%），课后作业(10%)，章节测验(10%)和案例设计分析(10%)。期末闭卷考试，满分100分，折算60%计入总成绩。2.课程目标的考核方式序号课程目标考核内容考核方式1目标1：能够理解、掌握绿色化学十二条基本原则，理解运用绿色化学原理、方法和技术使化学品在设计、生产和使用的整个生命周期对人类健康和生态环境均不产生危害途径和意义。对绿色化学十二条原则的理解；对原子经济性、环境因子和环境商及设计安全化学品等概念的理解掌握及应用。课堂讨论课后作业章节测验期末考试2目标2：能够理解、掌握原子经济性反应、绿色原料、绿色溶剂、绿色催化剂和能源以及绿色合成技术相关方面化工新产品和新工艺的发展，能够就特定产品的生产工艺问题进行绿色化学评价，提出初步的方案和方法对其设计或改进。对原子经济反应、超声波和微波等绿色合成技术；绿色原料碳酸二甲酯的合成及应用、二氧化碳的利用、生物质甲壳素和壳聚糖的利用；绿色溶剂水、超临界流体和二氧化碳的应用；绿色催化剂分子筛和杂多酸的结构和应用的掌握和应用。课堂讨论课后作业章节测验期末考试案例作业3目标3：理解绿色食品、绿色农药、绿色材料等的发展趋势，具备科学技术经济环境一体化和可持续发展的理念。针对某一领域相关问题和典型案例，运用绿色化学基本原理进行分析和讨论的能力。课堂讨论课后作业章节测验期末考试3.成绩评定标准平时成绩评定办法考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）学习习惯（5%）全勤，课堂表现非常积极和认真出勤率在90%以上，课堂表现良好出勤率在80%-90%以上，课堂表现良好出勤率在70%-80%以上，课堂表现一般出勤率在70%以下，课堂表现不认真课堂研讨提问（5%）积极参加课堂讨论，并有自己独到的见解积极参加课堂讨论能够主动参加课堂讨论能够参加课堂讨论不能有效参加课堂讨论章节测试（10%）学期中间不定期开展3-4次课堂测试，评分标准为参考答案学期中间不定期开展3-4次课堂测试，评分标准为参考答案学期中间不定期开展3-4次课堂测试，评分标准为参考答案学期中间不定期开展3-4次课堂测试，评分标准为参考答案学期中间不定期开展3-4次课堂测试，评分标准为参考答案课后作业（10%）作业能够独立完成，完成质量优秀，能够灵活运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论作业能够独立完成，完成质量良好，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论作业能够独立完成，完成质量基本符合要求，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得有效结论作业基本能够独立完成，部分题目解答存在抄袭现象，运用所学知识和理论解决问题的能力基本符合要求作业不能独立完成，存在抄作业现象案例分析设计（10%）针对某一化学品合成路线，能够灵活运用所学知识分析讨论，并提出可行的设计和改进方案针对某一化学品合成路线，能够运用所学知识分析讨论，并提出基本可行的设计和改进方案针对某一化学品合成路线，基本能够运用所学知识分析讨论，并提出基本可行的设计和改进方案针对某一化学品合成路线，基本能够运用所学知识分析讨论，但未能提出可行的设计和改进方案针对某一化学品合成路线，未能运用所学知识分析讨论，未能提出可行的设计和改进方案结果性评价（60%）：按教学目标规定的考核内容拟定期末考试试卷，试卷题型分为六大类型，包括名词解释、选择题、判断题、填空题、设计题和论述题。考试内容覆盖面广，涉及各章节内容，包括绿色化学基本原理、绿色化学反应、绿色原料、绿色溶剂、绿色催化剂