《绿色化学》试题（A卷）答案

《绿色化学》试题（B卷）参考答案及评分标准一、选择题（本题共8小题，每题2分，28＝16分）1.B2.D3.D4.A5.D6.A7.A8.A二、名词解释（本题共6小题，每题4分，46＝24分）1.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、物种的多样性和生态系统多样性三个组成部分。生物多样性是人类社会赖以生存和发展的基础。（4分）2.间接中毒：也称生物活化，是指物质在初始结构时并不具有毒性，但它进入人体后，会转化为有毒的物质，如致癌物质。（4分）3.产毒结构：有些物质没有直接的毒性，但由于其分子的特殊结构，它能在代谢过程中转化为有毒的物质，这种结构特征称为产毒结构。（4分）4.离子液体：离子溶液是室温离子液体的简称，由带正电的离子和带负电的离子构成的在室温或近于室温下呈液态的物质。具有良好的溶解性和催化活性，是一种绿色、新型的溶剂和催化剂。（4分）5.固定化溶剂：是一种聚合物溶剂，即把溶剂分子固定在固体载体上，或者是溶剂分子与高聚物的骨架链接。其具有同化学合成、分离及清洗操作所用传统溶剂相似的溶剂化性质。（4分）6.软化学设计：也称为后代谢设计，是指对具有生理活性的、治疗上十分有用的，在人身体内完成治疗作用后很快转化为无毒物质的药物的设计。（4分）三、简答题（本题共5小题，每题8分，85＝40分）1.⑴绿色化学与传统化学的不同之处在于前者更多的考虑社会的可持续发展，促进人和自然关系的协调。绿色化学是人类用环境危机的巨大代价换来的新认识、新思维和新科学，是更高层次上的化学。（2分）⑵绿色化学与环境化学的不同之处在于前者是研究与环境友好的化学反应和技术，特别是新的催化反应技术，如酶催化反应、膜催化反应、清洁合成技术、生物工程技术等，而环境化学是一门研究污染物的分布、存在形式、运行、迁移及其对环境影响的科学。（3分）⑶绿色化学与环境治理的不同之处在于前者是从源头上防止污染的生成，即污染预防；环境治理则是对已被污染的环境进行治理，即“末端治理”，研究污染物对环境的污染情况和治理污染物的原理和方法。而绿色化学是从源头上阻止污染物生成的新学科，它是利用化学原理来预防污染，不让污染产生，而不是处理已有的污染物。（3分）2.通过分子结构修饰从空间上阻碍有毒分子亲电部分与目标细胞分子的作用而降低其特征性毒性，即将毒性减小到仅剩麻醉型。（3分）例，如在苯酚苯环上引入1个羧基后，其对水生生物的毒性也大为减少，苯酚的不连续96hLC50为7mg/l，而羧基苯甲酸的96hLC50>1000mg/l。（5分）96h,LC5096h,LC50=47mg/lpH=796h,LC50>1000mg/lpH=73.1）通过分子修饰，增大其颗粒度或使其保持非离子化形式，可降低其从口入而被肠胃系统吸收的可能性；2）通过分子修饰，增大其油溶性同时减少其水溶性，也能降低其从口入而被肠胃系统吸收的可能性；3）设计修饰该物质分子，使其相对分子质量大于500，熔点高于150℃或处于固态而不是液态，也是减小其从口入而被肠胃系统吸收的办法；4）用多种取代基联合作用，使分子在pH≤2时强离子化，其极性变得太强因而不能穿越脂肪膜，也可大幅度降低其吸收；5）含有硫酸根的分子难于穿越生物膜，且有良好的水溶性，因此，即使发生部分吸收也易于排泄，这样也就降低了毒性。（8分）4.1）在分子的所有其他性质均保持不变而仅增大相对分子质量时，可减少分子毒性。相对分子质量大到1000后，其对水生生物的毒性就可忽略，因为这么大的分子不能扩散通过水生生物的呼吸膜；（4分）2）化学物质对水生生物的毒性也会随其分子体积的增大而减小。当相对分子质量大于1000的聚合物的体积也较大，另外一些横截直径较大的物质单体的体积也较大。最小横截直径大于1nm的分子不易于在水生生物呼吸器官中扩散和穿越。（4分）5.1）老工艺过程需要氨、甲醛、氢氰酸和盐酸等原理原料。由于氢氰酸的剧毒性，需要特殊的防护，以尽可能消除对工人、社区和环境的危害。此反应是放热反应，反应过程中可能生成潜在的不稳定中间体，而且每生产7kg产物将产生1kg废物（含有氰化物和甲醛等有毒物质），因此必须对它们进行严格的安全处置。（4分）2）新工艺过程是很安全的，因为脱氢是吸热反应，没有反应失控的危险。这种新工艺不用氢氰酸和甲醛作为原料，操作比较安全，总收率也比较高，生产过程步骤少。反应完成后将催化剂过滤得到足够高纯度的产品。不需要进行纯化和分离副产物，即可用于Roundup的制造。（4分）四、论述题（本题共1小题，共20分）本题只需选择其中一个方面加以论述即可得分。绿色表面活性剂⑴根据表面活性剂结构与性能关系的研究成果，设计或改进分子结构，开发易生物降解、对人体温和的表面活性剂。①研究表面活性剂结构，尤其是疏水链结构与生物降解的关系。②研究极性基团与刺激性的关系。一般来说，在疏水链相同的情况下，钠盐的刺激性大于铵盐和胺盐，因而在香波和餐洗配方中，人们逐渐用烷基硫酸三乙醇胺、烷基硫酸铵代替烷基硫酸钠，用醇醚硫酸的胺盐和铵盐代替钠盐。⑵降低现有产品中有害物质含量，推进产品的环境友好化。如AOS(烯基磺酸盐)产品、AES类产品、咪唑啉、甜菜碱类两性表面活性剂产品。⑶在表面活性剂及其中间体的合成中推进化学反应的绿色化。①“原子经济”反应如：生成阴离子表面活性剂的磺化与硫酸化反应，由传统的盐酸磺化、氯磺酸磺化变为SO3磺化，以避免生成HCl和稀H2SO4。②减少中间过程，提高反应选择性。③采用环境友好的高效催化剂。⑷在考虑产品绿色化、反应过程绿色化的同时，还应考虑原料的绿色化。在要求产品具有高表面活性的同时，还要求其生物降解性好、低毒、无刺激，并采用再生资源，进行清洁生产，是表面活性剂领域80、90年代以来的追求目标，其中最典型的产品有：烷基葡萄糖酰胺(MEGA)、烷基多苷(APG)、甲酯磺酸型(MES)、甲酯乙氧基化物(FMEE)。⑸表面活性剂的绿色应用。鉴于表面活性剂能对界面过程产生影响，因此它往往能有效地改进相关的工艺过程，或者能改善产品质量、节能降耗、改善环境，使反应过程绿色化，甚至起到“绿色使者”的作用。药物赋型剂、制备高效催化剂与生物矿化模拟、液膜分离、胶束增溶超滤与土壤修复、微乳燃油、代替使用有机溶剂的精细清洗。绿色催化剂⑴分子筛催化剂，又称沸石分子筛催化剂，系指以分子筛为催化剂活性组分或主要活性组分之一的催化剂。分子筛具有离子交换性能、均一的分子大小的孔道、酸催化活性，并有良好的热稳定性和水热稳定性，可制成对许多反应有高活性、高选择性的催化剂。⑵杂多酸有类似于浓液的“拟液相”，这种特性使其具有很高的催化活性，既可以在表面发生催化反应，也可以在液相中发生催化反应。杂多酸既是氧化催化剂，还是光电催化剂。杂多酸在石油化工中作为烷基化、酰基化、异构化、酯化、水合、脱水及氧化等诸多反应的催化剂。杂多酸具有的可调控酸性，它取代HF、硫酸、磷酸，以固体形式进行多相催化反应。用杂多酸做催化剂可提高反应的回收率。与沸石分子筛催化剂类似，它具有不腐蚀设备、资源利用充分、不污染环境、工艺简便等优点。杂多酸又因其兼具氧化、光电催化等功能，在化工生产尤其是石油化工生产中被广泛采用。⑶以固体超强酸作催化剂主要应用于石油炼制及有机合成工业，具有多方面的优点。由于是固相催化剂，故反应物和催化剂易于分离。催化剂可反复使用，不腐蚀反应器，催化剂选择性高，反应条件温和，原料利用率高，“三废”少。⑷其他类型的绿色催化剂。光催化剂，这是一类借助光的激发而进行催化反应的催化剂；电极催化剂，在电化学反应中，电极既是电化学反应的反应物场所，也是供应和接收电子的场所，故兼有催化和促进电子迁移的双重功能。通过外部电路调控电极电位，可对反应条件、反应速率进行调控；酶催化剂，一种真正的绿色催化剂，它是一种能加速特殊反应的生物分子，有近乎专一的催化性能；膜催化剂是将催化剂制成膜反应器。反应物可选择性的穿越催化膜并发生反应，产物也可以选择性的穿过膜而离开反应区域，从而有效地调节反应区域内的反应物和产物的浓度。这是将膜技术和催化综合的一种催化工艺。绿色农药⑴化学农药。在化学农药的发展中，杂环化合物是新药发展的主流。在世界农药的专利中，大约有90％是杂环化合物，其中很多是超高效的农药。近年来，化学农药的发展趋势，向着超高效发展，新出现的超高效农药，较老一代的农药药效高出数十至百倍。⑵微生物源农药是利用微生物，如细菌、病毒、真菌和线虫等，或者其代谢物作为防治农业有害物质的生物制剂。从上世纪90年代以来，我国利用生物技术，提高了真菌杀虫剂的稳定性，通过对微生物与靶标生物之间生态关系的研究，提高了活体微生物的农药药性。⑶植物源农药在我国已成为一类重要的农药，多年来通过对植物资源的开发研究，发现可成为农药的植物种类很多，作为农药的植物主要集中在楝科、菊、豆科等。⑷动物源生物农药。昆虫内激素（昆虫体内腺分泌物质）蜕皮激素（蜕皮激素固酮防治蛾类幼虫）和保幼激素（它是成虫保幼激素使昆虫无法成活）。昆虫外激素（它是成虫期分泌的能引诱一定距离的同种异性昆虫的性质，具有高度的专一性）。迄今为止已发观的外激素和性引诱剂超过了1600种。我国已商品化的昆虫信息素有20多种左右，主要能杀死含氯、有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊等具有对抗性的害虫。绿色能源绿色能源内涵丰富,它是在可持续发展背景下提出的新理念,主要体现为与生态环境友好相容的能源与能源利用。绿色能源不仅包括开拓应用自然界中可再生与清洁能源(太阳能、地热能、风能、海洋能等可再生能源以及氢能等清洁能源),还覆盖各种化石能源等的高效与清洁利用的准绿色能源科技等,例如太阳能、风能、水能、生物质能、海洋能、地热能、燃料电池、城市或农业废弃物联合气化(或燃烧)、整体煤气化联合循环发电、循环流化床燃烧技术等。目前,绿色能源主要有：太阳能光伏发电、热发电，风力发电，地热利用，海洋能、生物质能等等。⑴太阳能发电技术。太阳能发电有太阳能热发电和太阳能光伏发电。太阳能热发电是通过搜集太阳热能，用水或低沸点流体直接或间接产生的蒸汽驱动汽轮发电机。⑵风力发电技术。由于清洁发电及利用可再生能源，风力发电发展很快。我国的风电发展也很快，到2000年总装机26.2万kW,最大为达坂城风电场，有133台机组，总装机63.45MW。⑶海洋能。现代海洋能源开发主要就是指利用海洋能发电。利用海洋能发电的方式很多，其中包括波力发电、潮汐发电、潮流发电、海水温差发电和海水含盐浓度差发电等。比较成熟的技术则有潮汐能发电。⑷燃料电池。直接将化学能转化为电能,没有任何机械和热的中间媒介，且污染物的排放少，特别是以氢为原料的燃料电池，其燃烧放热高，产物为水，被认为是未来最理想的高效清洁能源。以燃料电池为动力的新一代电动汽车被普遍认为是解决城市机动车排气污染的最有效途径，其中以氢氧燃料电池为动力的机动车，各种污染物排放量几乎为零。⑸地热发电，实际上是用蒸汽动力发电。通过打井找到正在上喷的天然热水流。由于水是从1～4Km的地下深处上来的，所以水是处在高压下。一眼底部直径25cm的井每小时可生产20～80万Kg的地热水与蒸汽。由于水温的不同，5～10眼井产出的蒸汽可使一个发电装置生产出55MW的电。⑹生物质能。开发利用生物质能，要求人们恢复植被，最终形成二氧化碳的平衡，使用这种能源几乎不会产生二氧化硫的污染，有利于回收利用有机废弃物、处理废水和治理污染；生物质能中的沼气发酵系统能和农业生产紧密结合，可减缓化肥农药带来的种种对环境的不利因素，有效刺激农村经济的发展。生物质能源转换技术包括生物转换、化学转换和直接燃烧三种转换技术。生物质能源转换的方式有生物质气化、生物质固化、生物质液化。地球上生物量的潜力决定农村开发利用这一能源的可靠程度。⑺自然冷能，“常温环境中，自然存在的低温差低温热能”，简称“冷能”。实际上冷热感觉都是相对的，无论气温高低，温差的存在就意味着能量。由于大自然维持环境温度的能力为无限大，而温差又无处不在，所以该能量的数量也为无限大，是一种潜在的巨量低品位绿色能源。绿色塑料⑴绿色高分子塑料的发展。到目前为止，现有的绿色高分子塑料按降解的方式主要可以划分为生物降解类、光降解类、光降解-生物降解、双降解类等几大类型。绿色高分子材料技术在20世纪80~90年代才真正兴起，天然高分子淀粉类，纤维素类，甲壳素类及其改性高分子化合物被广泛应用于可降解塑料的各个应用领域。这类绿色高分子化合物是以多糖类天然资源为原料的，与有限的石油化工资源相比，植物只要通过光合作用就可以合成，具有可持续获得性，原料来源广阔。多糖类天然高分子及其改性化合物通过与通用塑料的共混改性等手段可以加工成可降解性的一次性的薄膜、片材、容器、发泡制品等等，其废弃物可以通过自然环境中广泛存在的淀粉酶等多糖类天然高分子分解酶的介入，逐步水解成小分子化合物，并且最终分解成无污染的二氧化碳和水，回归生物圈。由微生物生产的全光学活性的聚PHA是另外一大类重要的生物可降解性绿色高分子材料。从90年代起，化学合成型生物降解性高分子经过崛起、发展和壮大，如今在绿色塑料里面已经占有举