绿色化学复习资料.doc

填空题1、环境因子仅仅体现了废物与目标产物的相对比例，废物排放到环境中后，其对环境的影响和污染程度还与 相应废物的性质以及废物在环境中的毒性行为有关。2、分子机器是指 在生命过程中，最需要高度的选择性和原子经济性，在生物体内进行的化学反应都是以酶作为催化剂的。这些酶催化的反应通常都是高度专一、高选择性和原子经济的。因此，这种酶催化剂被称为分子机器，其大小以纳米计。 3、在生产商用亲电性物质时，不把产品直接做成亲电性的成品，而采用一些掩蔽剂把亲电基团掩蔽起来，使用时再用适当的试剂去掉掩蔽剂，使需要的亲电物质现场生成，这种方法称为 掩蔽法 。这样，就减少了该产品在 生产、运输和保存过程中 的危险性。4、化工过程强化是近年来发展起来的一个新兴研究领域。它包括发展新设备和新技术，这些新设备和新技术与现行设备和技术相比，使反应 体积 变得更小， 过程 变得更清洁， 能量 的利用更为有效的任何化学工程的进步都可认为是化工过程强化。化工过程强化可以通过 设备改进 来实现，也可以通过 方法的改进 来实现。5、在水溶液及土壤环境中，有机物的降解机理主要是 生物降解 ，这也是现代污水处理厂水处理的理论基础。因此，通过分子设计不仅可增大化学品的安全性，同时也可 增大产生的污物的可处理性 。6、大部分对水生生物有毒的化学品都是通过 麻醉作用 而使水生生物中毒的。特征致命化学品均有其特殊机理，其分子通常能与细胞大分子反应，从而产生除麻醉作用模式以外的其他毒性，称为 特征的毒效模式 。7、绿色化学致力于研究经济技术上可行的、以环境不产生污染的、对人类无害的化学品的设计、制造和使用；研究 经济技术上可行的、对环境不产生污染的、对人类无害的化学过程的设计和应用 。8、原子利用率达到100%的反应有两大特征：1）最大限度地利用了反应原料，最大限度地节约了资源； 2）最大限度地减少了废物排放（因达到了零废物排放），因而最大限度地减少了环境污染，或者说从源头上消除了由化学反应副产物引起的污染。 9、寻找安全有效的反应原料主要是指：1）考虑原料本身的危险性性；2）使用可再生资源 10、全球环境问题包括一、全球气候变暖；二、核冬天的威胁；三、 臭氧层破坏 ；四、光化学烟雾和大气污染 ；五、酸雨 ；六、生物多样性锐减；七、森林的破坏；八、荒漠化。11、导致臭氧层破坏的物质主要是水蒸气、氮氧化物和氟氯烃。12、清洁生产通常是指在产品生产过程和预期消费中，既合理利用自然资源，把对人类和环境的危害减至最小，又能充分满足人类需要，使社会经济效益最大化的一种生产模式。13、光化学烟雾：人类向大气圈排放的碳氢化合物、碳氧化合物、硫氧化合物、氮氧化合物、粉尘等，在太阳光的紫外线照射之下会发生一系列的化学反应。光化学烟雾主要是氮氧化合物与烃类化合物在紫外线照射下，经过一系列复杂反应形成的一种大气污染现象。光化学烟雾中通常含有高浓度的氧化剂，故又称为氧化性光化学烟雾。氮氧化合物是引发光化学烟雾的主要元凶。14、生物多样性：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。它包括遗传多样性、物种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。15、绿色材料又称环境材料，是指用以指那些具有最小的环境负担和最大的再生利用能力的材料，即节约资源和能源，减少和防止环境污染，容易回收利用，丢弃后易于自然降解而回归自然的材料。选择题1、在进行分子修饰时，主要考虑如下几点： ABC A、即减少吸收，利用致毒机理消除毒性；B、利用构效关系消除毒性；C、利用后代谢原理消除毒性；D、用等效的无毒物质代替有毒物质和不使用有毒物质2、通过方法改进实现过程强化的方式有 AD A、膜反应器B、分离技术集成C、微型反应器D、多功能反应器3、下列那些技术等电排置换 ABC A、在抗溃疡药物研制过程中，将硫脲部分用氰基胍取代，就得到塞麦替酊B、金属偶氮染料的设计C、用硅取代物代替杀虫剂MTI-800D、用甲苯代替苯4、以二氧化碳代替HCFC、CFC和脂肪烃作发泡剂有如下优点 ABCD A、不会消耗氧B、不会形成烟雾C、操作安全D、廉价5、下列那些是可持续发展的观点： DCA A、可持续发展强调的是发展，把消除贫困当作是可持续发展的一项不可缺少的条件；B、当代人享有的正当环境权力多一些，后代人享有少一些，没有那么紧迫；C、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；D、可持续发展思想要求人们必须改变传统对待自然的态度，建立起新的道德和价值标准。6、催化剂从以下哪些方面满足绿色化学的要求 ADC A、污染防治B、新反应原料的需要C、新产品的需要D、过程改善7、 ABC 是实现资源合理利用、避免污染缺一不可的A、原子经济的反应B、高的反应物转化率C、高的目标产物选择性D、高的反应产物选择性8、下列哪几项不是分子筛的特性 ADC A、分子筛具有开放的骨架结构B、大量用于多相酸碱催化C、大量用于均相催化D、其孔径大小由X原子决定9、下列不易生物降解的化学结构有 AC A、卤代物，尤其是氯化物和氟化物B、存在未取代的直链烷基（尤其是大于4个碳的直链）和苯环C、杂环残基，比如吡啶环D、相对低取代的化合物10物理化学性质与对水生生物毒性之间有定量的QSAR的染料有： ABCD A、中性染料B、阳离子染料C、阴离子染料D、两性染料问答题：1、绿色化学的定义、特点、目标及其与环境化学和环境治理的区别：答：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。目标是：化学过程不产生污染，即将污染消除于其产生之前。实现这一目标后就不需要治理污染，因其根本就不产生污染，是一种从源头上治理污染的方法，是一种治本的方法。如何从源头上防止污染，从根本上减少或消除污染，提高反应的原子经济性，实现废物的“零排放”，这是绿色化学追求的首要目标。绿色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。2、绿色化学的十二条原则：1.防止废物的产生而不是产生后再来处理；2.提高原子经济性：合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入到最终产物中；3.尽量减少化学合成中的有毒原料、产物：只要可能，反应中使用和生成的物质应对人类健康和环境无毒或毒性很小；4.设计安全的化学品：设计的化学产品应在保护原有功效的同时尽量使其无毒或毒性很小；5.使用无毒无害的溶剂和助剂：尽量不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等），如果一定要用，也应使用无毒物质；6.合理使用和节省能源，合成过程应在环境温度和压力下进行：能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的考虑所接受；7.原料应该可再生而非耗尽：只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的；8.减少不必要的衍生化步骤：应尽量避免不必要的衍生过程（如基团的保护，物理与化学过程的临时性修改等）9.采用高选择性催化剂：尽量使用选择性高的催化剂，而不是提高反应物的配料比;10.产物应设计为发挥完作用后可分解为无毒降解产物：设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后，不再滞留于环境中，而可降解为无毒的产品;11.应进一步发展分析技术对污染物实行在线监测和控制：分析方法也需要进一步研究开发，使之能做到实时、现场监控，以防有害物质的形成;12.减少使用易燃易爆物质，降低事故隐患：化学过程中使用的物质或物质的形态，应考虑尽量减少实验事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。3、绿色化学研究领域是什么，并简要说明。绿色化学致力于研究经济技术上可行的、以环境不产生污染的、对人类无害的化学品的设计、制造和使用；研究经济技术上可行的、对环境不产生污染的、对人类无害的化学过程的设计和应用。简言之，绿色化学就是把化学知识、化学技术和化学方法应用于所有的化学品和化学过程，以减少直到消除对人类健康和对环境有害的反应原料的使用、反应过程的利用、反应产物的生产和使用、反应溶剂的使用，尽可能不生成副产物，更加充分地利用资源，以适应可持续发展的需要。4、绿色化学实现的途径一、设计安全有效的目标分子 绿色化学的一大关键任务就是设计安全有效的目标分子或设计比被代替的其他分子更安全有效的目标分子。（1）新的安全有效化学品的设计。（2）对已有的有效但不安全的分子进行重新设计，使这类分子保留其已有的功效、消除掉其不安全的性质，得到改进过的安全有效的分子。 二、寻找安全有效的反应原料（1）用无毒无害原料取代有毒有害原料（2）以可再生资源为原料 三、寻找安全有效的合成路线 原料和目标产物确定之后，合成路线对过程的友好与否就具有十分重要的影响。一条理想的合成路线应该是采用价格便宜的、易得的反应原料，经过简单的、安全的、环境可接受的和资源有效利用的操作，快速和高产率地得到目标分子，而不管这一目标分子是天然物分子还是根据需要设计的分子。 四、寻找新的转化方法（1）催化等离子体方法（2）电化学方法（3）光化学及其他辐射方法五、寻找安全有效的反应条件（1）寻找安全有效的催化剂1、活性组分的负载化2、用固体酸代替液体酸（2）寻找安全有效的反应介质1、采用超临界流体作为反应介质2、水作溶剂的两相催化法5、什么是原子利用率？什么是原子经济性？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% 或者=(目标产物的量/各反应物的量之和) 100%原子经济性（Atom Economy）是指反应物中的原子有多少进入了产物，一个理想的原子经济性的反应，就是反应物中的所有原子都进入了目标产物的反应，利用率为100%的反应。环境因子(E因子)：在一个化学反应过程中，所生成废物质量占目标产物质量的比值。用以衡量生产过程对环境的影响程度；废物概念：相对于每一种化工产品而言，目标产物以外的任何物质都是废物。环境商(EQ)：是化工产品生成过程中产生废弃物量的多少、物化性质及其在环境中的毒性行为等综合评价指标，用以衡量合成反应对环境造成影响的程度。也是环境效益的一个评价指标。EQ=EQ，环境因子*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。6、催化剂是一种能够改变一个化学反应的速率，却不改变化学反应热力学平衡，本身在化学反应中不被明显地消耗的化学物质。作用：加快反应速度，提高生产效率、提高选择性，控制反应方向或产物构成、缓和反应条件特征：循环过程、热力学可行、改变速度不改变平衡位置、具有选择性。分类：多相反应固体催化剂、均相反应催化剂、酶催化剂固体催化剂的构成：主催化剂、助催化剂、共催化剂、载体。催化已经在减少环境污染方面引起到了重要作用。利用催化剂减少和消除发电厂废气及汽车尾气中的NOx的排放，以改善空气的质量/利用催化剂以减少挥发性有机溶剂的使用/利用催化技术取代使用氯或有含氯中间物的合成方法和过程，并减少污染物的生成/改善反应条件，降低化学反应的能耗：减少CO2的排放/提高选择性：减少副产物和其他废物的排放。催化过程是符合绿色化学要求的化学过程，在新的、不产生污染的合成途径中将继续发挥重要的作用。缩短反应步骤，提高原子经济性，减少副产物和其他废物的排放/消除有毒有害的反应原料、试剂的使用/改善化学反应条件/淘汰有污染的反应过程。7、催化技术如何实现高原子经济性，并进而实现高收率?答：催化科学就是最好的桥梁，制造出高选择性、高速率的催化剂，使实际反应路线按照100%原子经济性的反应路线进行。原子经济性反应路线是绿色化学的首要内容消除辅助物质危害的方法采用超临界流体替代有机溶剂2、非溶剂化3、水作溶剂4、固定化溶剂5、离子液体8、催化剂设计的原则和要素：一般原则:总目标：高活性、高选择性、尽可能廉价，能取得最大的经济效益和环境效益。要素：活性、选择性、稳定性或寿命、对人、对环境是否无害/可根据反应类型、反应分子的活化方式等选择催化剂的类型和可选用材料，找出最适宜催化剂/用实验证实设计的可行性，若实验证明设计不合理，则又从头开始重新进行设计。9、绿色化学中怎样改变反应试剂达到绿色生产的目的。采用无毒无害的试剂代替有毒有害的试剂，如：碳酸二甲酯取代光气和硫酸甲酯作甲基化试剂借助外场（光、声、磁、电等）诱导取代试剂的使用用催化氧化取代化学试剂氧化反应用催化加氢取代化学试剂还原反应反应试剂的负载化。10、离子液体定义：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，如由烷基吡啶、咪唑等含氮杂环化合物的季铵盐与金属卤化物就能构成常温下呈液态的离子液体。即在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，又称为室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等。离子液体具有以下特点：1.热稳定性较高，在较宽的温度范围(-100200)内处于液体状态；2.不挥发、无毒、无可燃性；3.导电性良好；4.可以溶解许多有机/无机物；5.易于循环利用。离子液体的使用将会大大减少现在仍大量使用的有机溶剂对环境的污染，被誉为绿色溶剂。10、设计安全无毒化学品的一般原则：具有所要求的使用功能，对人类和环境无害，即不能进入机体对机体的生物化学和生理过程不产生有害的影响分子释放于环境后的行为或释放后结构的变化，即在空气、水、油中的分散性和在环境中可能引发的直接和间接的有害效应2个关系：分子结构与功能的关系，分子的结构与生物效能的关系。11、设计安全有效化学品的外部原则：主要是指通过分子设计，改善分子在环境中的分布、人和其他生物机体对它的吸收性质等重要物理化学性质，从而减少它的有害生物效应。12、内部效应原则，目标及实现方法：内部”效应原则通常包括通过分子设计以达到以下目标：（1）增大生物解毒性，尽可能提高在生物体内的无毒代谢和转化（2）避免物质的直接毒性，尽可能降低本征毒性（3）避免间接生物致毒性或生物活化，尽可能避免生物代谢和转化的增毒效应。13、如何减少化学品在环境中的扩散和分布：与物质在环境中的分布相关的物理化学性质，尽可能减少在环境中的扩散和分布。挥发性小/密度大/熔点高，水溶性小/脂溶性大。残留性小/生物降解性大；氧化/水解/光解/微生物降解。有毒转化转化为具有生物活性（毒性）物质的可能性，尽量避免。无毒转化转化为无生物活性物质的可能性，越大越好。14、生物聚集：某些化学品在某些生物体内会聚集和积累，造成累计性中毒。生物放大：生物体内的有毒转化和食物链的延伸使化学品的毒性放大1010000倍。15、什么是构效关系，如何利用构效关系来设计化学品化合物的毒性以及该类化合物中不同结构引起的毒性差异称为构效关系。作用：根据分子结构预测和化物的药效或毒性/利用构效关系设计新的化合物，增加药效，降低毒性。如何利用：（1）利用定性构效关系设计更加安全的化学品（2）利用定量构效关系设计更加安全的化学品（3）用基团贡献法构筑构效关系（4）用等电排置换设计更加安全的化学品（5）“软”化学设计（6）用有相同功效而无毒的物质替代有毒有害的物质（7）消除有毒辅助物质的使用。16、生命周期：如果将“产品”视为“生命体”，则一种产品从原料开采开始，经过原料加工、产品生产、包装、运输和销售，然后由消费者使用、维修、直至废弃或重新回收再循环，整个过程称为产品的生命周期。生命周期评价：针对指定产品的整个生命周期中相互联系的各个环节进行系统分析，将各个环节的输入和输出进行量化和汇总，分析和评价这些输入和输出量产生的环境负荷和潜在的环境影响，并对有关的分析结果做出合理的总结和说明，以此来评价产品的有关环境影响。主要特点：1）全过程评价2）系统和量化3）注重环境影响生命周期评价-环境影响评价：生命周期评价中的环境影响评价是依据清单分析所提供的物质、能量消耗数据以及各种污染物排放数据，用定性或定量的方法来评价生命周期各阶段的资源消耗和污染物排放产生的环境影响。17、生态设计又称为绿色设计、面向环境设计等（以下统称生态设计），是一种关注和考虑产品生态环境属性的先进设计理念和方法。其关键是要把环境意识贯穿或渗透于产品和生产工艺的设计之中。产品生态设计的原则和类型：全生命周期设计、资源利用最大化、能源消耗最小化、污染物排放最小化、技术先进。类型：改进设计、再设计、概念更新、系统更新。18、简述循环经济的三大原则：定义：以资源高效利用、循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，符合可持续发展理念的经济增长模式，是对“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统增长模式的根本变革。19、什么是特征性中毒、非特征性中毒，原因非特征性中毒：有毒化学品对大部分水生生物通过麻醉作用中毒。特征性中毒：有些化学品本身或其代谢产物可以与细胞大分子发生某种特定的化学反应，这些物质除产生麻醉作用外还会有额外的毒性，称为特征型。原因：特征毒性有机化合物为亲电性物质，亲电性物质与细胞内大分子中的亲核部位形成共价键，使细胞发生不可复原的变化（变性），造成不可逆中毒。20、描述说明易生物降解与不易生物降解的化学结构的特点（1）不易生物降解的化学结构，具有下述结构特征的分子,对需氧生物降解具有抗拒作用。卤代物，尤其是氯化物和氟化物/支链结构，尤其是季碳和季氮或是极度分枝的物质/硝基、亚硝基、偶氮基、芳氨基/多环残基/杂环残基/脂肪族醚键（COC）/高取代的化合物比低取代的化合物更不易降解。不易生物降解的原理：上述结构会影响（抑制）降解酶对物质的引发作用或影响它们作为底物的能力，同时阻碍这些物质在细胞内的传输。（2）可生物降解的化学结构。具有水解酶潜在作用位的物质/羟基、羧基、醛基/未取代的直链烷基（尤其是C4）和苯环/水中溶解度大的物质/低取代的物质。原因：容易受氧化酶的进攻，有机化合物，尤其是烃类的生物降解的第一步通常也是速率控制步骤是在氧化酶作用下向分子结构中引入氧。21、简述可生物降解的物质的物质结构？可生物降解的化学结构 具有如下结构特征的分子具有较好的生物降解能力：（1）具有水解酶潜在作用位的物质会增大其生物降解能力（比如酯、胺）。（2）在分子中引入以羟基、醛基、羧基形式存在的氧会增大其生物降解性。（3）存在未取代的直链烷基（尤其是大于4个碳的直链）和苯环时，由于可受氧化酶进攻，因而可增大其生物降解能力。（4）水中溶解度大的物质更容易生物降解。（5）相对低取代的化合物。22、实现化工过程强化的方法？化工过程强化是近年来发展起来的一个新兴研究领域。它包括发展新设备和新技术，这些新设备和新技术与现行设备和技术相比，使反应体积变得更小，过程变得更清洁，能量的利用更为有效的任何化学工程的进步都可认为是化工过程强化。化工过程强化可以通过设备改进来实现，也可以通过方法的改进来实现 。 （一）通过设备改进实现过程强化 设备的改进包括对进行化学反应的设备的改进和对其他操作过程设备的改进。 1、静态混合反应器 2、整体式催化剂 3、微型反应器 。 （二）改进方法实现过程强化 方法上的改进是过程强化的另一个重要方面。 1、多功能反应器 多功能反应器是将传统的需要多个设备完成的功能集成在一个反应器中，以提高化学转化率和反应器的集成度。 2、膜反应器 膜反应器也是把反应功能与分离功能集成在一起的一种多功能反应器 。 23、超临界流体（SupercriticalFluids,SCF）是指温度和压力处于临界温度及临界压力以上的流体，其物理和化学性质介于液体和气体之间。超临界流体具有许多特性，主要表现在以下方面：（1）密度与液体相近，比一般气体大2个数量级，且临界点附近温度和压力发生微小的变化时，其密度就会发生显著变化。密度增大，溶质的溶解度就增大，有利于溶质的相转移。（2）介电常数随压力增大而增大，有利于溶解一些低挥发性物质，相应溶质的溶解度可提高5-10个数量级。（3）粘度比液体小1个数量级，近似于普通气体；扩散系数比液体大2个数量级，因而有较好的流动性、渗透性和传递性能。24、离子液体定义：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，如由烷基吡啶、咪唑等含氮杂环化合物的季铵盐与金属卤化物就能构成常温下呈液态的离子液体。即在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，又称为室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等。离子液体具有以下特点：1.热稳定性较高，在较宽的温度范围(-100200)内处于液体状态；2.不挥发、无毒、无可燃性；3.导电性良好；4.可以溶解许多有机/无机物；5.易于循环利用。离子液体的使用将会大大减少现在仍大量使用的有机溶剂对环境的污染，被誉为绿色溶剂。25、采用生物质作为化学化工原料的优点：（1）生物质可给出结构多样的产品材料，通常具有特定的立体结构和光学特征结构，使用者可在合成过程中利用这些已有的结构因素。（2）生物质的结构单元通常比原油的结构单元复杂，如能在最终产品中利用这种结构单元结构的复杂性则可减少副产物的生成。（3）由原油的结构单元衍生所得物质，通常是没有被氧化的，而在碳氢化合物中引入氧的方法是及其悠闲地，且常需要使用有毒实际（比如铬、铅等），造成环境污染。（4）增大生物质的使用量可以增长原油的使用时间，为可持续发展作出贡献。（5）使用生物质可减少二氧化碳在大气中的浓度，从而减缓问世效应。（6）化学工业使用更多的可再生资源可使本身在原料上更有保障。（7）生物质资源比原油有更大的灵活性。26、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，一个世纪依赖，为满足人类社会和工业生产的需要，化学取得了十分辉煌的进步，创造了巨大的功绩，但是由于受陈旧的思想禁锢，化学工业给整个自然界带来了巨大的灾难，使地球的生物多样性和生态环境遭受巨大破坏，但是，我们都知道，离开了化学工业，人们的物质生活水平将受极大的限制，我们也不能再像以前一样只是靠转移生产地而解决我们所面临的诸多问题。我们既要为开创更加美好的生活而发展化学和化学工业，又不能让化学品生产过程和化学品破坏我们的环境。这就要求我们大力发展既能支撑经济发展，又能满足环境需要，以保证可持续发展的新的化学绿色化学。2、发展绿色化学是科学技术和经济发展的需要。目前，各化学工业公司一方面受到生产化学品成本的压力，另一方面也受到国家法律法规，公众的关于减少环境污染或污染物处理的强大社会压力。它们一方面要想方设法降低成本、提高效率，另一方面又要因为治理污染物而增大成本，因此，要发展化学工业从而发展经济，就必须寻求新的原理和方法。发展新的技术，以降低化学品生产的显性和隐性成本。另外，对于一些行业，要治理其产生的污染物所需的费用可能比它的本身产生的效益还要大，如果没有新的技术，这些行业就只能破产关门，因此，必须大力发展绿色化学。