《綠色化學(xué)》試題（A卷）答案

《綠色化學(xué)》試題（B卷）參考答案及評分標(biāo)準(zhǔn)一、選擇題（本題共8小題，每題2分，28＝16分）1.B2.D3.D4.A5.D6.A7.A8.A二、名詞解釋（本題共6小題，每題4分，46＝24分）1.生物多樣性：是指地球上所有生物–植物、動物和微生物及其他物質(zhì)構(gòu)成的綜合體。它包括遺傳的多樣性、物種的多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性三個組成部分。生物多樣性是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。（4分）2.間接中毒：也稱生物活化，是指物質(zhì)在初始結(jié)構(gòu)時(shí)并不具有毒性，但它進(jìn)入人體后，會轉(zhuǎn)化為有毒的物質(zhì)，如致癌物質(zhì)。（4分）3.產(chǎn)毒結(jié)構(gòu)：有些物質(zhì)沒有直接的毒性，但由于其分子的特殊結(jié)構(gòu)，它能在代謝過程中轉(zhuǎn)化為有毒的物質(zhì)，這種結(jié)構(gòu)特征稱為產(chǎn)毒結(jié)構(gòu)。（4分）4.離子液體：離子溶液是室溫離子液體的簡稱，由帶正電的離子和帶負(fù)電的離子構(gòu)成的在室溫或近于室溫下呈液態(tài)的物質(zhì)。具有良好的溶解性和催化活性，是一種綠色、新型的溶劑和催化劑。（4分）5.固定化溶劑：是一種聚合物溶劑，即把溶劑分子固定在固體載體上，或者是溶劑分子與高聚物的骨架鏈接。其具有同化學(xué)合成、分離及清洗操作所用傳統(tǒng)溶劑相似的溶劑化性質(zhì)。（4分）6.軟化學(xué)設(shè)計(jì)：也稱為后代謝設(shè)計(jì)，是指對具有生理活性的、治療上十分有用的，在人身體內(nèi)完成治療作用后很快轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)的藥物的設(shè)計(jì)。（4分）三、簡答題（本題共5小題，每題8分，85＝40分）1.⑴綠色化學(xué)與傳統(tǒng)化學(xué)的不同之處在于前者更多的考慮社會的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)人和自然關(guān)系的協(xié)調(diào)。綠色化學(xué)是人類用環(huán)境危機(jī)的巨大代價(jià)換來的新認(rèn)識、新思維和新科學(xué)，是更高層次上的化學(xué)。（2分）⑵綠色化學(xué)與環(huán)境化學(xué)的不同之處在于前者是研究與環(huán)境友好的化學(xué)反應(yīng)和技術(shù)，特別是新的催化反應(yīng)技術(shù)，如酶催化反應(yīng)、膜催化反應(yīng)、清潔合成技術(shù)、生物工程技術(shù)等，而環(huán)境化學(xué)是一門研究污染物的分布、存在形式、運(yùn)行、遷移及其對環(huán)境影響的科學(xué)。（3分）⑶綠色化學(xué)與環(huán)境治理的不同之處在于前者是從源頭上防止污染的生成，即污染預(yù)防；環(huán)境治理則是對已被污染的環(huán)境進(jìn)行治理，即“末端治理”，研究污染物對環(huán)境的污染情況和治理污染物的原理和方法。而綠色化學(xué)是從源頭上阻止污染物生成的新學(xué)科，它是利用化學(xué)原理來預(yù)防污染，不讓污染產(chǎn)生，而不是處理已有的污染物。（3分）2.通過分子結(jié)構(gòu)修飾從空間上阻礙有毒分子親電部分與目標(biāo)細(xì)胞分子的作用而降低其特征性毒性，即將毒性減小到僅剩麻醉型。（3分）例，如在苯酚苯環(huán)上引入1個羧基后，其對水生生物的毒性也大為減少，苯酚的不連續(xù)96hLC50為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）通過分子修飾，增大其顆粒度或使其保持非離子化形式，可降低其從口入而被腸胃系統(tǒng)吸收的可能性；2）通過分子修飾，增大其油溶性同時(shí)減少其水溶性，也能降低其從口入而被腸胃系統(tǒng)吸收的可能性；3）設(shè)計(jì)修飾該物質(zhì)分子，使其相對分子質(zhì)量大于500，熔點(diǎn)高于150℃或處于固態(tài)而不是液態(tài)，也是減小其從口入而被腸胃系統(tǒng)吸收的辦法；4）用多種取代基聯(lián)合作用，使分子在pH≤2時(shí)強(qiáng)離子化，其極性變得太強(qiáng)因而不能穿越脂肪膜，也可大幅度降低其吸收；5）含有硫酸根的分子難于穿越生物膜，且有良好的水溶性，因此，即使發(fā)生部分吸收也易于排泄，這樣也就降低了毒性。（8分）4.1）在分子的所有其他性質(zhì)均保持不變而僅增大相對分子質(zhì)量時(shí)，可減少分子毒性。相對分子質(zhì)量大到1000后，其對水生生物的毒性就可忽略，因?yàn)檫@么大的分子不能擴(kuò)散通過水生生物的呼吸膜；（4分）2）化學(xué)物質(zhì)對水生生物的毒性也會隨其分子體積的增大而減小。當(dāng)相對分子質(zhì)量大于1000的聚合物的體積也較大，另外一些橫截直徑較大的物質(zhì)單體的體積也較大。最小橫截直徑大于1nm的分子不易于在水生生物呼吸器官中擴(kuò)散和穿越。（4分）5.1）老工藝過程需要氨、甲醛、氫氰酸和鹽酸等原理原料。由于氫氰酸的劇毒性，需要特殊的防護(hù)，以盡可能消除對工人、社區(qū)和環(huán)境的危害。此反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中可能生成潛在的不穩(wěn)定中間體，而且每生產(chǎn)7kg產(chǎn)物將產(chǎn)生1kg廢物（含有氰化物和甲醛等有毒物質(zhì)），因此必須對它們進(jìn)行嚴(yán)格的安全處置。（4分）2）新工藝過程是很安全的，因?yàn)槊摎涫俏鼰岱磻?yīng)，沒有反應(yīng)失控的危險(xiǎn)。這種新工藝不用氫氰酸和甲醛作為原料，操作比較安全，總收率也比較高，生產(chǎn)過程步驟少。反應(yīng)完成后將催化劑過濾得到足夠高純度的產(chǎn)品。不需要進(jìn)行純化和分離副產(chǎn)物，即可用于Roundup的制造。（4分）四、論述題（本題共1小題，共20分）本題只需選擇其中一個方面加以論述即可得分。綠色表面活性劑⑴根據(jù)表面活性劑結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究成果，設(shè)計(jì)或改進(jìn)分子結(jié)構(gòu)，開發(fā)易生物降解、對人體溫和的表面活性劑。①研究表面活性劑結(jié)構(gòu)，尤其是疏水鏈結(jié)構(gòu)與生物降解的關(guān)系。②研究極性基團(tuán)與刺激性的關(guān)系。一般來說，在疏水鏈相同的情況下，鈉鹽的刺激性大于銨鹽和胺鹽，因而在香波和餐洗配方中，人們逐漸用烷基硫酸三乙醇胺、烷基硫酸銨代替烷基硫酸鈉，用醇醚硫酸的胺鹽和銨鹽代替鈉鹽。⑵降低現(xiàn)有產(chǎn)品中有害物質(zhì)含量，推進(jìn)產(chǎn)品的環(huán)境友好化。如AOS(烯基磺酸鹽)產(chǎn)品、AES類產(chǎn)品、咪唑啉、甜菜堿類兩性表面活性劑產(chǎn)品。⑶在表面活性劑及其中間體的合成中推進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的綠色化。①“原子經(jīng)濟(jì)”反應(yīng)如：生成陰離子表面活性劑的磺化與硫酸化反應(yīng)，由傳統(tǒng)的鹽酸磺化、氯磺酸磺化變?yōu)镾O3磺化，以避免生成HCl和稀H2SO4。②減少中間過程，提高反應(yīng)選擇性。③采用環(huán)境友好的高效催化劑。⑷在考慮產(chǎn)品綠色化、反應(yīng)過程綠色化的同時(shí)，還應(yīng)考慮原料的綠色化。在要求產(chǎn)品具有高表面活性的同時(shí)，還要求其生物降解性好、低毒、無刺激，并采用再生資源，進(jìn)行清潔生產(chǎn)，是表面活性劑領(lǐng)域80、90年代以來的追求目標(biāo)，其中最典型的產(chǎn)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表面活性劑的綠色應(yīng)用。鑒于表面活性劑能對界面過程產(chǎn)生影響，因此它往往能有效地改進(jìn)相關(guān)的工藝過程，或者能改善產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗、改善環(huán)境，使反應(yīng)過程綠色化，甚至起到“綠色使者”的作用。藥物賦型劑、制備高效催化劑與生物礦化模擬、液膜分離、膠束增溶超濾與土壤修復(fù)、微乳燃油、代替使用有機(jī)溶劑的精細(xì)清洗。綠色催化劑⑴分子篩催化劑，又稱沸石分子篩催化劑，系指以分子篩為催化劑活性組分或主要活性組分之一的催化劑。分子篩具有離子交換性能、均一的分子大小的孔道、酸催化活性，并有良好的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性，可制成對許多反應(yīng)有高活性、高選擇性的催化劑。⑵雜多酸有類似于濃液的“擬液相”，這種特性使其具有很高的催化活性，既可以在表面發(fā)生催化反應(yīng)，也可以在液相中發(fā)生催化反應(yīng)。雜多酸既是氧化催化劑，還是光電催化劑。雜多酸在石油化工中作為烷基化、酰基化、異構(gòu)化、酯化、水合、脫水及氧化等諸多反應(yīng)的催化劑。雜多酸具有的可調(diào)控酸性，它取代HF、硫酸、磷酸，以固體形式進(jìn)行多相催化反應(yīng)。用雜多酸做催化劑可提高反應(yīng)的回收率。與沸石分子篩催化劑類似，它具有不腐蝕設(shè)備、資源利用充分、不污染環(huán)境、工藝簡便等優(yōu)點(diǎn)。雜多酸又因其兼具氧化、光電催化等功能，在化工生產(chǎn)尤其是石油化工生產(chǎn)中被廣泛采用。⑶以固體超強(qiáng)酸作催化劑主要應(yīng)用于石油煉制及有機(jī)合成工業(yè)，具有多方面的優(yōu)點(diǎn)。由于是固相催化劑，故反應(yīng)物和催化劑易于分離。催化劑可反復(fù)使用，不腐蝕反應(yīng)器，催化劑選擇性高，反應(yīng)條件溫和，原料利用率高，“三廢”少。⑷其他類型的綠色催化劑。光催化劑，這是一類借助光的激發(fā)而進(jìn)行催化反應(yīng)的催化劑；電極催化劑，在電化學(xué)反應(yīng)中，電極既是電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物場所，也是供應(yīng)和接收電子的場所，故兼有催化和促進(jìn)電子遷移的雙重功能。通過外部電路調(diào)控電極電位，可對反應(yīng)條件、反應(yīng)速率進(jìn)行調(diào)控；酶催化劑，一種真正的綠色催化劑，它是一種能加速特殊反應(yīng)的生物分子，有近乎專一的催化性能；膜催化劑是將催化劑制成膜反應(yīng)器。反應(yīng)物可選擇性的穿越催化膜并發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)物也可以選擇性的穿過膜而離開反應(yīng)區(qū)域，從而有效地調(diào)節(jié)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度。這是將膜技術(shù)和催化綜合的一種催化工藝。綠色農(nóng)藥⑴化學(xué)農(nóng)藥。在化學(xué)農(nóng)藥的發(fā)展中，雜環(huán)化合物是新藥發(fā)展的主流。在世界農(nóng)藥的專利中，大約有90％是雜環(huán)化合物，其中很多是超高效的農(nóng)藥。近年來，化學(xué)農(nóng)藥的發(fā)展趨勢，向著超高效發(fā)展，新出現(xiàn)的超高效農(nóng)藥，較老一代的農(nóng)藥藥效高出數(shù)十至百倍。⑵微生物源農(nóng)藥是利用微生物，如細(xì)菌、病毒、真菌和線蟲等，或者其代謝物作為防治農(nóng)業(yè)有害物質(zhì)的生物制劑。從上世紀(jì)90年代以來，我國利用生物技術(shù)，提高了真菌殺蟲劑的穩(wěn)定性，通過對微生物與靶標(biāo)生物之間生態(tài)關(guān)系的研究，提高了活體微生物的農(nóng)藥藥性。⑶植物源農(nóng)藥在我國已成為一類重要的農(nóng)藥，多年來通過對植物資源的開發(fā)研究，發(fā)現(xiàn)可成為農(nóng)藥的植物種類很多，作為農(nóng)藥的植物主要集中在楝科、菊、豆科等。⑷動物源生物農(nóng)藥。昆蟲內(nèi)激素（昆蟲體內(nèi)腺分泌物質(zhì)）蛻皮激素（蛻皮激素固酮防治蛾類幼蟲）和保幼激素（它是成蟲保幼激素使昆蟲無法成活）。昆蟲外激素（它是成蟲期分泌的能引誘一定距離的同種異性昆蟲的性質(zhì)，具有高度的專一性）。迄今為止已發(fā)觀的外激素和性引誘劑超過了1600種。我國已商品化的昆蟲信息素有20多種左右，主要能殺死含氯、有機(jī)磷、氨基甲酸酯、擬除蟲菊等具有對抗性的害蟲。綠色能源綠色能源內(nèi)涵豐富,它是在可持續(xù)發(fā)展背景下提出的新理念,主要體現(xiàn)為與生態(tài)環(huán)境友好相容的能源與能源利用。綠色能源不僅包括開拓應(yīng)用自然界中可再生與清潔能源(太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能等可再生能源以及氫能等清潔能源),還覆蓋各種化石能源等的高效與清潔利用的準(zhǔn)綠色能源科技等,例如太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮?、燃料電池、城市或農(nóng)業(yè)廢棄物聯(lián)合氣化(或燃燒)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、循環(huán)流化床燃燒技術(shù)等。目前,綠色能源主要有：太陽能光伏發(fā)電、熱發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電，地?zé)崂?，海洋能、生物質(zhì)能等等。⑴太陽能發(fā)電技術(shù)。太陽能發(fā)電有太陽能熱發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電。太陽能熱發(fā)電是通過搜集太陽熱能，用水或低沸點(diǎn)流體直接或間接產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)。⑵風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。由于清潔發(fā)電及利用可再生能源，風(fēng)力發(fā)電發(fā)展很快。我國的風(fēng)電發(fā)展也很快，到2000年總裝機(jī)26.2萬kW,最大為達(dá)坂城風(fēng)電場，有133臺機(jī)組，總裝機(jī)63.45MW。⑶海洋能。現(xiàn)代海洋能源開發(fā)主要就是指利用海洋能發(fā)電。利用海洋能發(fā)電的方式很多，其中包括波力發(fā)電、潮汐發(fā)電、潮流發(fā)電、海水溫差發(fā)電和海水含鹽濃度差發(fā)電等。比較成熟的技術(shù)則有潮汐能發(fā)電。⑷燃料電池。直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,沒有任何機(jī)械和熱的中間媒介，且污染物的排放少，特別是以氫為原料的燃料電池，其燃燒放熱高，產(chǎn)物為水，被認(rèn)為是未來最理想的高效清潔能源。以燃料電池為動力的新一代電動汽車被普遍認(rèn)為是解決城市機(jī)動車排氣污染的最有效途徑，其中以氫氧燃料電池為動力的機(jī)動車，各種污染物排放量幾乎為零。⑸地?zé)岚l(fā)電，實(shí)際上是用蒸汽動力發(fā)電。通過打井找到正在上噴的天然熱水流。由于水是從1～4Km的地下深處上來的，所以水是處在高壓下。一眼底部直徑25cm的井每小時(shí)可生產(chǎn)20～80萬Kg的地?zé)崴c蒸汽。由于水溫的不同，5～10眼井產(chǎn)出的蒸汽可使一個發(fā)電裝置生產(chǎn)出55MW的電。⑹生物質(zhì)能。開發(fā)利用生物質(zhì)能，要求人們恢復(fù)植被，最終形成二氧化碳的平衡，使用這種能源幾乎不會產(chǎn)生二氧化硫的污染，有利于回收利用有機(jī)廢棄物、處理廢水和治理污染；生物質(zhì)能中的沼氣發(fā)酵系統(tǒng)能和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)緊密結(jié)合，可減緩化肥農(nóng)藥帶來的種種對環(huán)境的不利因素，有效刺激農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)包括生物轉(zhuǎn)換、化學(xué)轉(zhuǎn)換和直接燃燒三種轉(zhuǎn)換技術(shù)。生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換的方式有生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)固化、生物質(zhì)液化。地球上生物量的潛力決定農(nóng)村開發(fā)利用這一能源的可靠程度。⑺自然冷能，“常溫環(huán)境中，自然存在的低溫差低溫?zé)崮堋保喎Q“冷能”。實(shí)際上冷熱感覺都是相對的，無論氣溫高低，溫差的存在就意味著能量。由于大自然維持環(huán)境溫度的能力為無限大，而溫差又無處不在，所以該能量的數(shù)量也為無限大，是一種潛在的巨量低品位綠色能源。綠色塑料⑴綠色高分子塑料的發(fā)展。到目前為止，現(xiàn)有的綠色高分子塑料按降解的方式主要可以劃分為生物降解類、光降解類、光降解-生物降解、雙降解類等幾大類型。綠色高分子材料技術(shù)在20世紀(jì)80~90年代才真正興起，天然高分子淀粉類，纖維素類，甲殼素類及其改性高分子化合物被廣泛應(yīng)用于可降解塑料的各個應(yīng)用領(lǐng)域。這類綠色高分子化合物是以多糖類天然資源為原料的，與有限的石油化工資源相比，植物只要通過光合作用就可以合成，具有可持續(xù)獲得性，原料來源廣闊。多糖類天然高分子及其改性化合物通過與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、發(fā)泡制品等等，其廢棄物可以通過自然環(huán)境中廣泛存在的淀粉酶等多糖類天然高分子分解酶的介入，逐步水解成小分子化合物，并且最終分解成無污染的二氧化碳和水，回歸生物圈。由微生物生產(chǎn)的全光學(xué)活性的聚PHA是另外一大類重要的生物可降解性綠色高分子材料。從90年代起，化學(xué)合成型生物降解性高分子經(jīng)過崛起、發(fā)展和壯大，如今在綠色塑料里面已經(jīng)占有舉