《绿色化学》思考题参考答案

绿色化学思考题第一章绪论1.二十世纪人类面临的环境危机是什么？温室气体大量排放导致全球变暖臭氧层空洞生物多样性减少酸雨成灾森林锐减土地沙漠化大气污染淡水资源污染海洋污染垃圾围城—最严重的城市病核冬天(核污染)2.绿色化学的定义、特点及其与环境化学和环境治理的区别。定义：绿色化学，又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。它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。特点：从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式的创新和发展；从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利用资源和能源、降低生产成本、符合经济持续发展的原理和方法;从环境观点看，绿色化学是从源头上消除污染，保护环境的新科学和新技术方法。绿色化学是更高层次的化学。与环境化学和环境治理的区别：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。环境治理则是对已被污染了的环境进行治理，即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.绿色化学的十二条原则是什么？防止污染优于污染治理；提高原子经济性；尽量减少化学合成中的有毒原料、产物；设计安全的化学品；使用无毒无害的溶剂和助剂；合理使用和节省能源；利用可再生资源代替消耗性资源合成化学品；减少不必要的衍生化步骤；采用高选择性催化剂优于使用化学计量助剂；产物的易降解性；发展分析方法，对污染物实行在线监测和控制；减少使用易燃易爆物质，降低事故隐患第二章不产生三废的原子经济反应1.什么是原子经济性及如何计算原子利用率。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”（Atomeconomy）概念是绿色化学的核心内容之一。2.原子经济性与环境效益的相关性.原子利用率越低，环境因子就越大，生产过程产生的废物就越多，造成的资源浪费和环境污染就越大。产品越精细复杂，E值越大。因为产品越复杂，生产步骤越多，原子利用率越低。原子经济反应是最大限度利用资源、最大限度减少污染的必要条件，但不是充分条件。3.提高化学反应原子经济性的途径有哪些?开发新型催化剂；简化合成步骤；采用新合成原料。第三章绿色合成让社区中毒的悲剧不再重演1.光气和氢氰酸是生产哪些产品的原料？他们对人有什么危害？光气（COCl2）又称碳酰氯，主要用于生产聚氨酯，也是生产染料、医药、农药和矿物浮选剂的原料。光气对人的危害：剧毒，吸入微量时可引起咳嗽、咽喉发炎、粘膜充血、呕吐等；重症时，引起肺部淤血和肺水肿；深度中毒时，引起血管膨胀、心脏功能丧失，导致急性窒息性死亡。氢氰酸主要用于生产聚合物的单体如甲基丙烯酸系列产品、己二腈等。前者主要用于生产有机玻璃，也用于制造涂料、胶粘剂、润滑剂、皮革整理剂、乳化剂、上光剂和防锈剂等；后者是尼龙-66的重要中间体。氢氰酸对人的危害:无色液体或气体，极易挥发，能迅速被血液吸收，口服致死量一般在0.1-0.3g之间。当空气中氢氰酸的浓度达到300毫克/立方米时，可使人立即死亡。急性中毒时，氢氰酸在血液中立即与氧化性细胞色素氧化酶的Fe3+结合，使细胞色素失去传递电子能力，结果使呼吸链中断，出现细胞内窒息，引起组织缺氧，呼吸衰竭。慢性中毒则发生帕金森综合症。2.举出几个采用低毒或无毒原料代替光气或氢氰酸生产有机化学品的成功例子。（1）用二氧化碳代替光气生产亚氨酯，用CO代替光气制碳酸二甲酯，用CO代替光气制异氰酸酯；（2）甲基丙烯酸甲酯的合成，取代氢氰酸路线制造己二酸，生产除草剂，取代氢氰酸路线合成苯乙酸。第四章无毒无害的绿色催化剂1.试举出催化剂在绿色有机合成中的应用实例。分子筛代替三氯化铝催化剂合成异丙苯，固体酸代替氢氟酸合成十二烷基苯2.在解决环境污染问题时，催化剂有哪些重要作用？提高反应速率，缩短反应时间，并且可以使一些不易发生反应的物质促使其发生化学反应，但催化剂无法改变化学反应的最终产物，只能是反应的速度加快，促使反应快速达到平衡状态，缩短污染物污染环境的时间，最大程度减少污染物的危害。第五章取之不尽用之不竭的可再生生物质资源1.什么是生物质？生物质有哪些特点？生物质：由光合作用产生的所有生物有机体的总称，包括植物、农作物、林产物等。其中含有淀粉、纤维素、木质素等。特点：可再生，储量丰富，大部分已高度氧化，作为化工原料可避免氧化步骤，比矿物原料更清洁，季节性强，产量、质量不稳定，需要大量土地。2.在我国农村发展沼气事业有什么重要意义？解决了部分农户的燃料问题，发酵后的沼液、沼渣，还是很好的有机肥料，同时人畜粪便经过发酵，许多寄生虫卵被消灭，环境效益也不错。3.举出一种利用生物质资源生产有机化学品的例子。生产乙酰丙酸，生产己二酸，用玉米制塑料，用纤维素生产燃料酒精第六章无毒无害的辅助物质1.试举出你（或同学、朋友）家中家具所用的涂料，使用什么稀释剂？有什么毒害？如何减少对人体的危害？常用溶剂有：笨、氯仿、四氯化碳危害：危害人类健康挥发性强污染环境3.什么是离子液体？它有哪些应用？离子液体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。（有机阳离子与无机/有机阴离子结合生成的盐）应用：有机合成中的应用(单纯的氢化)；在纳米材料制备上的应用；作为溶剂用于无机合成；作为溶剂与微波技术相结合；溶解纤维素的应用；作为萃取剂4.使用超临界二氧化碳作溶剂有什么优点？优点：二氧化碳在常温下是气体无色无味不燃烧化学性质稳定；不会形成光化学烟雾、也不会破坏臭氧层；来源丰富价格低廉；可很好溶解一般有机化合物4.简述超临界二氧化碳萃取技术的原理和应用。第七章注重功效和环境无害的绿色化学产品1.绿色化学产品有什么特征？产品本身不会引起环境污染和健康问题，包括不会对野生生物、有益昆虫或植物构成损害；当产品被使用后应能再循环或易于在环境中降解为无害物质。2.分别举出化学品对局部环境和全球环境产生影响的例子。对局部环境的影响，如氮氧化物排放→酸雨→植物、鱼类死亡。汽车尾气排放→光化学烟雾→使人生病对全球环境的影响：二氧化碳排放→温室效应→海平面升高，沿海地区被淹没：气候变化→影响人类健康。氟氯烃排放→臭氧层空洞→紫外线照射增加→皮肤癌等3.如何避免物质的直接毒性？（1）选择无毒物质（2）选择官能团避免有毒官能团对有毒官能团进行结构屏蔽4.什么是间接中毒？如何避免间接中毒？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。不使用具有生物活化途径的分子：强的亲电性或亲核性基团；不饱和键；其他分子结构特征对可生物活性结构进行生物屏蔽5.人体中毒的途径及其特点是什么？致毒途径有三种：接触致毒：皮肤接触、嘴接触、呼吸系统接触生物吸收致毒：生物吸收是指生物系统内对有毒化学品吸收的能力及在生命系统内的分布.物质的固有毒性致毒：物质的固有毒性是指有毒化学物质引起正常细胞改变的性质，通常有分子的部分结构引起，这部分结构称为毒性载体6.举例说明，在了解了有毒物质毒性机理后，进行分子修饰可大大降低其毒性。麻痹与产额毒性例如：用普通脂肪族胺的QSAR预测出的毒性仅为其实测毒性的1/84利用结构修饰减轻超额毒性例如甲基丙烯酸羟乙酯，由于甲基的位阻对水生生物的毒性比丙烯酸乙酯低了许多，，但两物质有基本相同的商业用途。染料，例如，在两性染料分子中加入一个羰基可降低其对鱼和水蚤的毒性。7.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。碳和硅:4A族元素，化学性质上有相似性碳和硅都是4价元素，能形成四面体结构，能与碳形成稳定化学键有机硅化合物存在时间有限优点：有机硅化合物能降解和氧化代谢，（生物降解和非生物降解）8.用辛醇-水分配系数表征有毒化学品毒性的一般准则是什么？对于表现出麻痹型毒性的非离子有机化合物LogP=5其致死性和慢性毒性均会随脂溶性呈指数增加LogP5时毒性随脂溶性指数减少，因此对生物活性降低LogP5-8时长期接触有害的这类非离子型有机物呈现慢性毒性LogP=8时长期接触也表现不出毒性，因为此时水溶性很差，化学品变得没有生物活性9.举例说明等电排置换是设计更加安全化学品的有效方法。对苍蝇有相似的毒性，氨基甲酸酯的硅取代等电排置换物，更易于降解，对环境危害小。第八章让城市天空更加蔚蓝的清洁机动车燃料1.汽车尾气中主要有哪些有害成分？其主要危害是什么？NOX危害：能见度，增加交通事故，形成光化学烟雾、酸雨CH：对眼、呼吸道、皮肤有强烈的刺激作用SO2：刺激眼睛和呼吸道形成酸雨颗粒物：铅化合物对血液、骨骼、神经系统的细胞有损害碳颗粒：能引起支气管炎、肺炎、胸膜炎等CO2：导致温室效应2.如何降低汽车尾气中有害成分的排放。改善发动机质量安装尾气净化装置开发清洁汽油、清洁柴油开发替代汽油、柴油的清洁燃料以燃料电池为动力第九章合理使用和节省能源1.化学工业中有哪些方面的能量需求？提供反应所需的能量用热能加速化学反应用冷却的方法控制化学反应分离需要能量2.举出几个国内外化工节能的成功例子。美国氰氨公司开发的苯绝热硝化工艺第十章环境友好的可降解物质1.什么是降解塑料？使用降解塑料有什么意义？降解塑料是在保存期内各项性能能满足使用需要，而使用后在自然条件下能降解成为环境无害的物质的塑料。2.降解塑料有哪些主要类型？主要包括生物降解，光降解、化学降解（氧化降解、水降解）三种类型第十一章绿色农药1.农药如何通过食物链对人体造成伤害？是生物富集作用生物富集作用又叫生物浓缩，是指生物体通过对环境中某些元素或难以分解的化合物的积累，使这些物质在生物体内的浓度超过环境中浓度的现象。生物体吸收环境中物质的情况有三种：一种是藻类植物、原生动物和多种微生物等，它们主要靠体表直接吸收；另一种是高等植物，它们主要靠根系吸收；再一种是大多数动物，它们主要靠吞食进行吸收。在上述三种情况中，前两种属于直接从环境中摄取，后一种则需要通过食物链进行摄取。环境中的各种物质进入生物体后，立即参加到新陈代谢的各项活动中。其中，一部分生命必需的物质参加到生物体的组成中，多余的以及非生命必需的物质则很快地分解掉并且排出体外，只有少数不容易分解的物质(如DDT)长期残留在生物体内。生物富集作用的研究，在阐明物质在生态系统内的迁移和转化规律、评价和预测污染物进入生物体后可能造成的危害，以及利用生物体对环境进行监测和净化等方面，具有重要的意义。2.绿色农药展望。注：亲们，答案是我们根据邓昌亮老师的讲课内容总结的（我们一个字一个字敲的，绝对没有copy），由于没有讲课用的PPT，部分内容不是特别完善。仅供参考！烟台大学柳建嵩