四川大学《绿色化学》习题答案第二章

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
答：绿色化学的目标是：化学过程中不产生污染，即将污染消除与其产生之前。

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。

化学工业造成的危害：由于受传统发展观的影响，化学工业向环境排放了大量的污染物，一些化学品不佳节制地被滥用，给整个生态环境造成了非常严重的影响。

当代全球十大环境问题中至少有7项与化学工业和化工产品的化学物质有关，在所有释放有毒有害物质的工业中，与化学工业相关的产业处于第一位，该行业排放的有的有害物质是处于第二位的冶金工业的4倍。

许多物质排放到环境后会在环境中残留和积累，对环境造成破坏，另外，化工生产中的偶然事件也会对人类和环境造成突发性的影响。

风险试剂：绿色化学中所指的风险实际指的是氢氰酸
生物质的种类：生物质主要有来年各类，即淀粉和木质纤维素。

玉米、小麦、土豆等是淀粉类的代表，农业废料（如玉米杆、麦苗杆等），森林废物和草类等是木质纤维素的典型代表。

可再生资源：指那些通过天然作用或人工活动能再生更新，而为人类反复利用的自然资源叫可再生资源，又称为更新自然资源，如土壤、植物、动物、微生物和各种自然生物群落、森林、草原、水生生物等。

原子利用率：原子利用率微目标产物的量（一般为质量）与按化学计量式多的所有产物的量的和之比，用原子利用率可以衡量在一个化学反应中，生产一定来那个的目标产物到底会生成多少的废物。

环境商（EQ）：环境商EQ定义为EQ=E*Q，式中E为环境因子，Q为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，用于评价一种合成方法、一个过程对环境的好坏。

环境因子：环境因子（E因子）定义为E=废物质量/目标产物质量。

在这里，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。

❖2：为什么要大力发展绿色化学？
答：a,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手机大的限制，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殊多问题。

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。

B, 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。

❖3：绿色化学及其与环境污染治理的异同。

答：同：总的来说绿色化学和环境污染治理的目标是相同的；
异:不可否认，最近几十年来，化学，化工，环境保护在如何减少许多化学品在生产和使用过程中的危险性反面做了很多有益的工作，发展了许多有创造性的处理化学废物的方法，发展了许多减轻化学废物堆放场所危险性的方法以及弥补化学造成危害的方法，发展了许多分析检测空气污染、水污染和土壤污染的方法和处理污染的技术。

发展了许多控制污染物暴露的方法和技术。

这些对改善人类生存环境，提高人类社会生活质量无疑是十分有益的和必要的。

但它只是一种治标的方法，不能称为绿色化学，绿色化学利用化学来预防污染，不让污染产生，而不是处理已有的污染物。

❖4：什么是绿色化学品？怎样设计安全的化学品。

答：绿色化学品的定义是：在生产使用过程中不会对人造成直接或间接伤害且不会对环境造成直接或间接污染的化学品；设计安全有效化学品包括如下两个方面的内容：
（1）新的安全有效化学品的设计。

人类社会和科学技术的发展需要具有某种功能的新型分子，这就需要我们根据分子结构与功能的关系，进行分子设计，设计
出新的安全有效的目标分子。

（2）对已有的有效但不安全的分子进行重新设计，是这类分子保留其原有的功能，消除掉其不安全的性质，得到改进过的安全有效的分子。

❖5：举例说明原子经济反应是不产生污染的必要条件。

答：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反应，就是反应物中的所有原子都进入了目标产物的反应，也就是原子利用率为100%的反应。

如：
反应物中的所有原子都进入了目标产物溴代烷烃中，反应的原子利用率达到了100%没有副产物生成，即节约了资源又消除了副产物污染
❖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。

答：在设计新的安全有效的合成路线时，既要考虑到产品的性能优良、价格低廉、又要使产生的废物和副产品最少，对环境无害，当然其难度可想而知。

对一个结构较为复杂的分子进行逆合成分析时，第一步时可以找出N种合成方法，那么进行第二步搜索时就可找出N2种方法，如此类推，到第五步时将有N5种合成路线，如果一条一条地进行实验，要花许多的时间和经费，如果让人对这些合成路线进行取舍，也是不可能的。

只有借助与计算机，赋予它某种“智能”，让其按我们指定的方法自动地比较所有可能的合成路线，随时排除不适合的路线以便找出最终的经济、不浪费资源、不污染环境的最佳合成路线。

方法：
（1）建立一个尽可能全的化学反应的资料库，对计算机进行训练，告诉并教会计算机，哪些物质在一起在什么样的条件下会发生什么样的化学反应；
（2）提出要求，即确定目标产物及可能采用的原料；
（3）让计算机找出能生产目标产物的反应及所需原料；
（4）以上一步的原料为目标产物再做搜寻，找出该目标产物的合成反应及原料。

……直到得出我们预定的原料；
（5）比较各条可能的反应路线的经济技术性及环境效应，从中选出最佳途径。

❖7：怎样在反应过程中使化学反应绿色化。

答：要在反应过程中使化学反应绿色化就要寻找新的转化方法：
一是催化等离子体方法、二是电化学方法、三是光化学及其他辐射方法❖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。

答：略。

❖9：简述绿色化学12原则。

（1）不让废物产生而不是让其产生后再处理；
（2）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
i.重排反应
ii.加成反应
iii.取代反应
（3）尽可能不使用、不产生对人类健康和环境有毒有害的物质
（4）尽可能有效地设计功效卓著而又无毒无害的化学品
i.设计更加安全的化学品是可能的
ii.设计更加安全的化学品的方法
（5）尽可能不适用用辅助物质，如须使用也应是无毒无害的
（一）辅助物质面临的困境
1、辅助物质面临的普遍使用
2、溶剂问题
3、溶剂对环境的影响
（二）消除辅助物质危害的方法
1、采用超临界流体
2、非溶剂化
3、水作溶剂
4、固定化
（6）在考虑环境和经济效益的同时，尽可能使低能耗最低
（一）化学工业中能量的普遍使用
1、预反应过程使用能量
2、用热能加速化学反应
3、用冷却方法控制反应
4、分离需要的能量
（二）新的能量利用方式
1、微波
2、声纳
3、光化学反应和辐射促进化学反应
（三）优化反应条件，使能耗最小
（7）技术和经济上可行时应以再生资源为原料
（8）应尽可能避免衍生反应
（一）合成化学受到的挑战及目前的对策
（二）保护基团
（三）成盐
（四）加上一个离去功能团
（9）尽可能使用性能优异的催化剂
（10）应设计功能终结后可降解为无害物质的化学品
（11）应发展实时分析方法，以监控和避免有毒有害物质的生成
（12）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。

答：这一问题受到如下原理的制约：“我们不能控制我们不能检测到的物质”。

要完成这一使命，就需要精确可信的敏感元器件，监测器件和分析技术。

同时，要满足绿色化学的需要，就需要发展在线的，与时间有关的分析技术。

这样当有极少量有毒物质生成时就可反馈调节过程参数，以减少和消除这些物质的生成。

另一关于分析化学应用的例子就是监测反应是否已进行完全。

在许多情况下，要向反应体系连续加入反应试剂直到反应进行完全，如有实时的在线分析方法，就可避免因加入过量的试剂而造成废物的污染。

❖11、生物柴油的化学核心是什么？
答：生物柴油(Biodiesel)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，这些混合物主要是一些分子量大的有机物，几乎包括所有种类的含氧有机物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等。

❖12、生物质作为新的化学反应的原料面临哪些挑战？
答：基本的科学上的挑战：
（1）木质素的结构和结构对其降解性的影响；
（2）定向地朝着我们需要的产品进行降解；
（3）富氧的分子的处理；
（4）其中所含的一些杂质对降解参数和产物的分布，用可再生的原料技术上的挑战：
（1）生物质的富集；
（2）不同种类生物质和在不同地方生长的生物质的不同；
（3）连续的操作
（4）对混合物的操作
（5）产品的浓缩和分离
（6）如何有效地利用副产品。