四川大学绿色化学习题答案

第一章作业一：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，生物多样性。气候变暖的原因主要是大气中温室气体浓度升高。大气中CO2等多种温室气体对于来自太阳的短波辐射吸收很少，却对地面反射的长波辐射有强烈吸收，被“困住”的这部分能量使得近地层温度上升，这就是所谓的温室效应。引起温室气体排放量增大的原因包括自然界的因素和人为的因素。自然界因素主要就是动植物等的呼吸、植物腐烂和动植物腐烂分解。但是近几十年来，由于人口急剧增加、工业迅猛发展、呼吸产生的二氧化碳及煤炭、石油、天然气燃烧产生的二氧化碳，远远超过了过去的水平，人类在煮饭、照明、取暖、交通以及工业生产中排放了大量的温室气体；而另一方面，由于对森林乱砍乱伐，大量农田建成城市和工厂，破坏了植被，减少了将二氧化碳转化为有机物的条件，再加上地表水域逐渐缩小，降水量大大降低，减少了吸收溶解二氧化碳的条件，破坏了二氧化碳生成与转化的动态平衡，就使大气中的二氧化碳含量逐年增加。可见目前人为因素已经成为引起温室气体含量增大的主导因素。有限的核战争所产生的烟尘会导致地球冷却的假设，这个概念被称为“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。化学本质：NO2→NO＋OO+CXHY→CXHYO.CXHYO.+O2→CXHYO3.CXHYO3.+CmHn→RCHO+R’CO+O2→O3ROO+NO2→ROONO2生物多样性是指地球上所有生物（包括植物、动物和微生物）以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。二：为什么说化学是一门中心的、实用的、创造性的学科？化学涉及其他学科的众多领域，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。比如：材料科学：金属材料、无机材料、生物医学材料；生命科学：分子生物学（分子层次时→化学）；能源科学：石化工业、天然气化学工业、煤化学工业、核工业等；航空航天科学等，这些科学全部与化学密切相关。化学研究如何开发和有效利用天然资源，以寻找一些未知的有用化学品，比如利用天然资源制取大量化肥、农药、农膜、塑料、钢铁、水泥等产品和原料，并生产大量的合成纤维和橡胶以满足农业和林业的不足；化学研究如何在陆地和海洋动植物中提取有用的化学品；研究物质的结构和功能之间的关系，并将这些规律性认识反馈于化学合成中以服务于人类的生产和生活。化学之所以具有创造性，是因为化学一直在为人类设计开发研究新材料，比如在医药卫生和高分子材料方面。在药物方面，以往获取中药的手段是靠上山采药，由于土地和植物资源的限制，中药的来源越来越有限；如果我们掌握了中药中有效成分的构效关系，我们就可以依靠化学手段来合成有效的药物。另外，随着社会的进步和工业的发展，从天然资源中提取的化学材料已不能满足人类生产和生活的需要，因此，人们迫切需要开发新的、有特殊用途的材料，这就需要化学来合成新的高分子材料，这个合成过程就是一项由无到有创造性的工作。因此，人类的衣食住行以及保持健康无一例外都离不开化学，化学与人类的整个生活息息相关。三：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？这些典型的环境问题包括：全球气候变暖、核冬天的威胁、臭氧层破坏、光化学烟雾和大气污染、酸雨、生物多样性锐减、森林的破坏以及土地荒漠化。四；在人类面临的健康问题面前，化学有何作为？五：可持续发展观的主要观点是什么，它与传统的发展观有何差异？可持续发展观则强调经济与环境的协调发展，追求人与自然的和谐。（一）、可持续发展思想强调的是发展，把消除贫困当作是可持续发展的一项不可缺少的条件（二）、可持续发展思想把环境保护作为发展过程的一个重要组成部分，作为衡量发展质量、发展水平和发展程度的客观标准之一。（三）、可持续发展思想强调代际（两代人）之间的机会均等，指出，当代人享有的正当环境权力（即在发展中合理利用资源和具有清洁、安全、舒适环境的权力），后代人也应该同样享有。（四）、可持续发展战略呼吁人们改变传统的生成方式和消费方式，要求人们在生产时要少投入、多产出，在消费时要尽量多利用、少排放。（五）、可持续发展要求人们必须彻底改变传统的对待自然的态度，建立起新的道德和价值标准。传统发展观一味地追求GDP的增长而不惜以污染环境为代价，是不利于人类社会的繁衍和发展的，是不可取的；而可持续发展观强调了经济与环境的协调发展，追求人与自然的和谐，是人类应该改变观念加以接受和实践的。六：你怎样看待化学学科在本世纪的地位？七:你认为我国应怎样面对能源短缺?八:试论科学发展观与化学讨论你认为绿色化学能实现从源头上消除污染吗？理论（起源、发展、目标、原则、方法）实际（结合我国国情、现状）目前存在的主要问题第二章作业题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绿色化学的目标：化学过程不产生污染，即将污染消除于其产生之前。化学工业造成的危害：一些化学品不加节制的滥用，化学工业向环境排放了大量的污染物，给整个生态环境造成了严重的影响，另外，化工生产中的偶然事故也会对人类和环境造成突发性的影响。风险试剂：对人类健康和环境具有直接或间接危害的试剂。生物质的种类：主要有两类，淀粉和木质纤维素。可再生资源：在人类的寿命尺度内可再生的资源。原子利用率：原子利用率=目标产物的量／按化学计量式所得所有产物的量之和×100%=目标产物的量／各反应物的量之和×100%，用来衡量化学反应中，到底有多少反应物的原子转变到了目标产物中。环境商：EQ=E×Q（E表示环境因子；Q表示根据废物在环境中的行为给出的废物对环境的不友好程度），用来描述废物排放量和废物的环境行为本质的综合表现。环境因子：环境因子=废物质量／目标产物质量，用来衡量生产过程对环境的影响程度。2：为什么要大力发展绿色化学？①大力发展绿色化学是人类社会可持续发展的必然要求。人类社会的发展对环境和人类的身心健康已经造成了巨大的影响，我们既要为更加美好的生活而发展化学和化学工业，有不能让化学品生产过程和化学品破坏我们的生活。绿色化学既能支撑经济发展又能满足环境的要求，以保证可持续发展。②发展绿色化学是科学技术和经济发展的需要。绿色化学具有很好的潜力:寻求新的原理和方法，发展新的技术，以降低化学品的显性成本和隐性成本。另外在一些行业，治理污染比生产成本还要大，所以必须要大力发展绿色化学。3：绿色化学及其与环境污染治理的异同相同点：治理环境问题，共同改善人类的生存环境。不同点：绿色化学是从源头上消除污染，即将污染消除于其产生之前；环境污染治理是治理已有的污染，即先污染，再治理。4：什么是绿色化学品？怎样设计安全的化学品。绿色化学品是指具有最佳的使用功能，且分子的毒性最低的化学品。设计化学品是指利用分子结构和性能的关系和分子控制方法，获得最佳的所需功能的分子，且分子毒性最低。设计安全的化学品的方法有：①如果了解某种化学品的毒性机理及某种反应引发的毒性，就可以改变和修饰该物质的结构，使其制毒反应不至于发生，修饰后分子功能不变。②如果现有阶段还不了解毒性的具体机理，仍可以关联分子的化学结构和毒性，此时，要设法除去分子中的毒效基团。③减少分子中的生物药效性也是设计更加有效地化学品的方法之一。5：举例说明原子经济反应是不产生污染的必要条件证明B→A必要条件！要使化学反应尽可能最大限度的利用资源、减少环境污染，仅仅采用原子经济反应还不能完全达到目的。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。可能有一些化学反应，从计量式看，他是原子经济的，但如果反应平衡转化率很低，而反应物与产物分离又有困难，反应物难于循环使用，那么这些未使用完的反应物就会被当作废物排放到环境中，造成环境污染及资源的浪费。也有一些反应，反应本身是原子经济的，但两反应物还能同时发生其他平行反应，生成不需要的副产物，这也会造成资源浪费和环境污染。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。在设计新的安全有效的合成路线时，既要考虑产品的性能优良，价格低廉，又要使产品的废物和副产物最少，对环境无害，利用计算机来辅助设计可减轻人脑劳动，只有借助计算机建立某种智能，让其按我们制定的方法自动的设计合成路线，随时排除不适合的反应路线，找到不浪费资源，不污染环境的理想合成路线。方法：(1)建立一个尽可能全的化学反应资源库，对计算机进行训练，指导计算机在哪种物质在一起在什么条件下会发生什么样的化学反应。(2)提出要求，即确定目标产物和可采用的原料(3)让计算机找出生产目标产物及所需原料(4)以上原料为目标再做搜索，找出该目标产物合成的反应方法(5)比较各反应路线，找到最经济，对环境污染最小的绿色化学反应途径7：怎样在反应过程中使化学反应绿色化使一个反应绿色化，可以采用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、寻找新的转化方法和寻找安全有效的反应条件等方法来实现。其中，在反应过程中使化学反应绿色化的方法只有寻找新的转化方法和寻找安全有效的反应条件两种途径。在化学过程中要减少有毒有害物质的使用，可以采用多种方法。如催化等离子体、电化学和光化学即其他辐射方法。寻找安全有效的反应条件包括寻找安全有效的催化剂（活性组分的负载化、用固体酸代替液体酸）和寻找安全有效的反应介质（采用超临界流体作为反应介质、水作溶剂的两相催化法）。8：自选一条目前使用的有机化学合成路线，用绿色化学原理对其进行评价并设计一条更佳的新路线。9：简述绿色化学12原则。一：不让废物产生而不是让其生成后再处理二：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三：尽可能不使用，不生产对人类健康和环境有毒有害的物质四：尽可能有效的设计功效卓著而又无毒无害的化学品五：尽可能不使用辅助物质，如须使用也应是无毒无害的六：在考虑环境和经济效益的同时，尽可能使能耗最低七：技术和经济上可行时应以可再生资源为原料八：应尽可能避免衍生反应九：尽可能使用性能优异的催化剂十：应设计功能终结后可降解为无害物质的化学品十一：应发展实时分析方法，以监控和避免有毒有害物质的生成十二：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10：试论分析化学在绿色化学发展中的作为自从环境运动开始以来，分析化学家们已经在进行测定和检测环境方面的工作。现在分析化学领域中的一个重点是，开发在化学过程的进行之中就能够防止或极度降低有害物质产生的方法和技术。以绿色化学为目的的在线分析化学的发展是基于“如果不能测定就不能控制”这样一个前提。为了对化学过程施加影响，人们需要有准确和可信赖的传感器、跟踪器和分析技术来测定反应过程中存在的有害物质。为了达到绿色化学的目的，被开发的分析技术既可用于在线分析也可用于即时分析。利用这些功能，可以对一个化学过程中有害副产品的产生和副反应进行跟踪。当微量的这些有毒物质被检测到以后，也许能够通过调节该过程的一些参数以及时减少或消除这些物质的形成。如果把传感器和过程控制系统直接连接起来，这种极度降低有害物的过程很可能会实现自动化。应用在线分析化学的一个例子是，跟踪反应过程以测定反应是否已完成。在许多情况下，化学过程需要不断地加入试剂知道反应完成为止。如果有一个即时在线的检测器能让我们测定反应是否完成，那么就不需要加入更多的过量试剂，从而就能够避免过量使用有可能会造成危害的物质，因此这些危害物也不会进入到废物流里。11、生物柴油的化学核心是什么？生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物质能的一种，它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些