绿色化学简答题

绿色化学简答题
1.化工过程强化可以通过什么途径实现？
答：化工过程强化主要可以通过设备改进和方法改进来实现。

（1） 设备改进：对化学反应的设备的改进（旋转盘反应器、静态混合反应器、静态混合催化剂体系、整体式反应器、微型反应器等）和对其他操作过程的改进（静态混合器、紧凑热交换器、微孔道热交换器、转动填充床、离心吸附器等）。

（2） 改进方法：逆流反应器、反应蒸馏、反应提取、反应结晶、燃料电池、使用微波、太阳能、等离子体技术等。

2.工业生产苯胺的过程
（1） 化学计量式：C 6H 6 + HNO 3 → C 6H 5NO 2 + H 2O 铁粉还原法：4 C 6H 5NO 2 + H 2O + 9Fe → 4C 6H 5NH 2 + 3Fe 3O 4 ①
气相催化加氢：C 6H 5NO 2 + 3H 2 → C 6H 5NH 2 + 2 H 2O ②
（2） 计算原子利用率，用绿色化学观点分析过程的不足
1）C 6H 6 + HNO 3 + 3H 2 ＝ C 6H 5NH 2 + 3 H 2O
2）4 C 6H 6 + 4 HNO 3 + 3Fe ＝4 C 6H 5NH 2 + 3 Fe 3O 4
反应1）的原子利用率=(93/147)×100%=63.3%
反应2）的原子利用率=(4×93)/(56×9+16×12+93×4) ×100%=25.83%
这两个反应原子利用率都不高，造成反应原料的浪费,其中反应2）产物中氧化铁泥造成污染需回收处理，不符合环境保护和经济利用率准则。

（3） C 6H 6 + NH 3 + H 2O 2 → C 6H 5NH 2 + 2 H 2O
（4） 其优点是产物无污染，且是一步合成反应，原子利用率大大提高等。

催化剂应在温和的反应条件下实现催化过程；可以直接实现一步氨基取代过程；并且对目标产物无破坏。

3.绿色化学的主要研究任务主要在以下几个主要方面：
（1） 设计安全有效的目标分子：构效关系。

设计安全有效化学品主要包括如下两个方面的内容： 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。

（2） 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：氢氰酸、丙烯碃、光气、甲醛等；
① 用二氧化碳代替有毒有害的光气生产聚氨酯：
RNH 2 + CO 2 → RNCO + H 2O; RNCO + R 1OH -> RNHCOOR 1
② 亚氨基二乙酸二钠的生产采用新工艺消除有毒氢氰酸的使用：
HOCH 2CH 2NHCH 2CH 2OH + 2NaOH →(铜催化剂)NaOOCH 2CH 2NHCH 2CH 2OONa + 4H 2
③ 改变原料生产己二酸； H 2SO 4
FeCl ，1000℃
Pt
催化剂
2）以可再生资源为原料:生物质生产动物饲料工业化学品和燃料。

（3）寻找安全有效的合成路线：要符合原子经济性原理。

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物少，对环境无害，可利用计算机来进行辅助设计。

（4）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；（5）寻找安全有效的反应条件： 1）寻找安全有效地催化剂：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。

4.原子利用率和原子经济性：原子利用率：即在化学反应中有多少反应物的原子转变到了目标产物中。

可以用下式定义：原子利用率＝（目标产物的量/按化学计量式所得说有产物的量之和）*100％＝（目标产物的量/各反应物的量之和）*100％
原子经济性：原子经济性是指反应物重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，也就是原子利用率为100％反应。

5、亲电性物质；其本身或者其代谢后的产物会与细胞大分子如DNA、RNA、酶、蛋白质等中的亲核部分发生共价相互结合。

这种不可逆的共价相互作用会严重影响细胞大分子的功能，可引发多种毒性，包括癌症、肝中毒、血液中毒、肾中毒、生殖系统中毒、发育系统中毒等的物质称为亲电性物质。

比如：卤化烃、环氧化合物、α，β不饱和羰基化合物及相关化合物、γ-二酮、异氰酸酯等。

6、实现化工过程强化的主要方法：化工过程强化主要包括发展新设备和新技术；即新技术和新设备的设备体积/产量比小、能量消耗少、废物排放少和成本大为降低。

主要可以通过设备改进和方法改进来实现。

设备改进：对化学反应的设备的改进（旋转盘反应器、静态混合反应器、静态混合催化剂体系、整体式反应器、微型反应器等）和对其他操作过程的改进（静态混合器、紧凑热交换器、微孔道热交换器、转动填充床、离心吸附器等）。

改进方法：逆流反应器、反应蒸馏、反应提取、反应结晶、燃料电池、使用微波、、太阳能、等离子体技术等。

7、可生物降解物质的化学结构：具有以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存在未取代的支链烷烃(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。

其中分子中含有可增大降解能力的氧尤为重要，许多化合物尤其是烃类降解的就是在氧化酶的作用下向分子结构中引入氧，而这一步通常是速率控制步骤。

8、Ⅰ相反应和Ⅱ相反应：人体代谢陌生化学物质的过程中要发生两类化学反应，分别叫Ⅰ相反应和Ⅱ相反应.在Ⅰ相反应中，陌生化学物质通过氧化、还原和水解等过程转化为极性更大的代谢物，从而更容易溶解于水，因而更容易排泄。

在Ⅱ相化学反应中，内源代谢底物如葡萄糖酸盐、硫酸盐、乙酸盐或氨基酸与有毒陌生化学物质结合，生成水溶性更大的物质从而更有利于排泄。

9.离子溶液有哪些优点？
答： 1）可操作温度范围大（-40—300℃），因而可进行各种动力学控制；2）对大量的无机物、有机物、和高分子化合物有很大的溶解度，因而所需反应器的体积不大；3）表现出Bronsted酸酸性、Franklin酸酸性和超强酸性；4）蒸气压很小，几乎观察不到；5）对水敏感但有的并不怕遇水，甚至能与水共同使用，故易于工业应用；6）热稳定性较好；7）相对便宜易于制备。

10、设计安全有效化学品的一般原则；
答： 1、“外部”效应原则，主要是通过分子设计，改善分子的与其在环境中的分布、人和其他生物机体对它的吸收性质等重要的物理化学性质，从而减少它的有害生物效应。

通过分子结构设计、从而增大物质降解速率、降低物质的挥发性、减少分子在环境中的残留时间、减少物质在环境中转变为具有有害生物效应物质的可能性等均是重要的“外部”效应原则例子。

2、“内部”效应原则，通过分子设计达到以下目标：增大生物解毒性，避免物质的直接毒性和间接生物致毒性或生物活化。

增大生物解毒性包括把分子设计为本身是亲水性的或很容易与葡萄糖醛酸、硫酸盐或氨基酸结合，从而加速其泌尿系统或胆汗中排除。

11、超临界流体用作化学反应溶剂的优点：
1通过压力变化，在“象气相”和“象液相”之间调节其性质，即其性质在接近于气体或液体性质之间变化，为更好实现化学反应提供方便 2通过调节压力改变其密度，从而调节与密度相关溶剂性质(介电性、粘度等)，增大了对化学反应进行控制的能力和改变化学反应选择性的可能性 3超临界流体又具有某些气体的优点(粘度低、高气体溶解度、高扩散系数等)，这对快速化学反应、尤其扩散控制化学反应或包含有气体反应物的反应是十分有利的 4超临界二氧化碳的另一个优点是，二氧化碳不可能再被氧化，因而是理想的氧化反应的溶剂5利用超临界二氧化碳中二氧化碳浓度高这一性质，使二氧化碳作为反应物的反应在超临界二氧化碳中进行，从而提高反应速度、甚至开发出新的反
局限：1将超临界二氧化碳用作合成化学最大限制是其溶剂化性质，即物质在超临界二氧化碳中的溶解度 2不能用超临界二氧化碳作离子间反应的溶剂，也不能用超临界二氧化碳作用离子作催化剂的反应。

3不能用作路易斯碱反应物的溶剂
12、人体对化学品毒性的吸收方式以及预防措施？
答：（1）人体对化学品的吸收是指其从与人接触处进入血液的过程。

吸收可通过肠胃系统、肺和真皮吸收。

①肠胃系统吸收肠胃系统吸收肠胃系统吸收肠胃系统吸收，许多环境毒剂进入食物链、与食物一道被食入从而被肠胃系统吸收，空气中的毒物则通过呼吸进入肠胃系统。

②肺吸收，肺的功能是吸收氧气排除二氧化碳，具有很大的吸收表面积。

③真皮吸收，皮肤也是接触和吸收的重要器官。

（2）改变分子结构通常能减少或预防物质被肺、皮肤、肠胃系统吸收，因而毒性也就大为降低。

①减少肠胃系统吸收:a、通过分子修饰，增大其颗粒度或使其保持非离子化形式；b、通过分子修饰，增大其油溶性同时减少其水溶性；c、设计修饰分子使其相对分子质量大于500，熔点高于150℃或处于固态；d、用多种取代基联合作用，使分子在pH≤2时强离子化，使极性变的很强不能穿越脂肪膜；e、含有硫酸根的分子难于穿越生物膜、且有良好水溶性。

②减少肺吸收：a、设计分子使其挥发性降低；b、设计分子使其具有更低水溶性或具有更高熔点，或使其颗粒度大于5μm；③减少皮肤吸收减少皮肤吸收减少皮肤吸收减少皮肤吸收：a、设计分子使其为固体；b、设计分子使其具有更大的极性或具有离子性；c、增大颗粒度或相对分子质量及分子大小。

13、如何进行结构和物理化学性质的调变：
1辛醇—水分配系数(log P或log Kow)2水溶性3分子大小和相对分子量4离子对5两性离子6鳌合作
14、超额毒性：
指特征毒性型物质表现出的超过由麻醉模型QSAR所得推测值的毒性即超额毒性=TAT-TAP TAP——基于麻醉型毒性的QSAR推测的毒性 TAT——毒性实测值在利用QSAR推测毒性时，一定要注意QSAR方程的使用条件，不能用基于麻醉型机理的QSAR方程来推测亲电性物质的毒性
15、许多物理和化学因素会影响对水生生物的毒性影响，其包括水溶性、油溶性、颜色、形成内盐、酸性、碱性、分子大小、最小截面直径、物理状态等
16、化学品的毒性:
（1）、有些物质没有直接的毒性，但由于其分子的特殊结构，它能在代谢过程中转化为有毒的物质，这种结构特征称为“产毒”(Toxicogenic)结构（2）、物质的毒性均来源于“毒性载体”与细胞生物活性分子位的相互作用。

化学品“毒性载体”与生物分子相互作用称为“毒性动态学相
17、分散: 分散是指人体吸收有毒物质后，有毒物质在体内的运动情况。

代谢: 人体吸收物质后会试着通过大小便将无营养价值的部分排泄出来。

酶催化过程：把吸收的物质转化为水溶性更大、更容易排泄的物质,又称为代谢(Metabolism)或生物转化。

18、设计安全有效化学品的方法：一、毒理学分析及相关分子设计二、利用构效关系设计安全的化学品三、利用基团贡献法构筑构效关系四、利用等电排置换设计更加安全的化学品五、“软”化学设计六、用另一类有相同功效而无毒的物质替代有毒有害物质七、消除有毒辅助物品的使用
19、绿色化学十二条原则:1、不让废物产生而不是让其生成后再处理。

2、最有效地设计化学反应和过程，最大限度的提高原子经济性。

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、尽可能有效的设计功效卓越而又无毒无害的化学品。

5、尽可能不使用辅助物质、如需使用也应是无毒无害的。

5.在考虑经济和环境效益的同时，尽可能使能耗最低。

7.技术和经济上可行时应以可再生资源为原料。

8.应尽可能避免衍生反应9.尽可能使用性能优异的催化剂10.因设计功能终结后可降解为无害物质的化学品11.应发展实时分析化学，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，最大限度地减少化学事故发生。

20、采用超临界流体作为反应介质定义：超临界流体(SCF)是指处于超临界温度和超临界压力下的流体，是一种介于气态和液态之间的状态，其密度接近液体，因而有常规液态溶剂的溶解度；其粘度接近气态，因而又具有很高的传递速度。

特点：1具有很高的可压缩性，其溶解度、粘度和密度等性能均可由压力和温度的变化来调节。

由于这些性质，超临界流体在提取、萃取、色谱分离和作为反应溶剂等方面都表现出特有的优越性。

2超临界流体：价格低廉、无毒无害且其性质可调节等。

3由于超临界条件在不同的超临界区域内有不同的流体性质，可以通过控制超临界流体的超临界条件来调整其性质，以满足化学反应所需的介质条件。

21、水作溶剂的两相催化法：利用水溶性均相络合催化剂，其在水中有很大溶解度，和有机反应物组成两相催化体系，反应在有机相和水相的见面上进行，利用催化剂中心原子配体性质、表面活化剂等，使体系在两相界面上形成胶束，以增大两相接触界面，并增大界面上反应物的局部浓度，利用胶束的结构效应还可控制产物的立体选择性优点：1反应条件温和、活性高、选择性好，反应之后有机相和水相极易分离 2 用水作溶剂避免了有机溶剂对环境的污染。

（化学过程分析、样题）1.旧的生产过程中，由于苯的氯化过程生成的副产物多，分离麻烦，氯代芳烃对人核环境有累计性危险，同时反应过程中生成的氯化氢腐蚀性严重，加上反应步骤多，总收率低，因此生产成本高。

新的生产过程与旧生产过程比较，反应原料虽然仍然包括硝基苯和苯胺，但不用苯氯化制造氯苯，反应步骤减少，所用的四甲基氢氧化铵又能循环使用，因此生产成本显著降低。

由于反应过程中的副产物是生产的水，对环境友好。

2. 等电排置换是设计安全化学品的有效方法之一。

通过等电排置换，可以在保持其药效或功效不便的前提下，赋予某药物或化学品某些生物性、增强某些生物活性或减少其生物活性，大大降低其毒性，增大其可降解性等环境友好的性能。

3.⑴可降解的基团有：具有水解酶潜在作用位的物质会增大其生物降解能力；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；存在未取代的直链烷基和苯环时，
由于可受氧化酶进攻，因而可增大其生物降解能力；水中溶解度大的物质更容易生物降解；相对低取代的化合物。

⑵不可降解的基团有：卤代物，尤其是氯化物和氟化物；支链物质，尤其是季碳和季氮或是极度分支的物质；硝基，亚硝基，偶氮基，芳氨基；多环残基；杂环残基；脂肪族醚键；高取代的化合物比低取代的化合物更不易降解。

4.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能量的利用强化。

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。

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。

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多功能反应器需要多个设备完成的功的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膜反应器。

5.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.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。

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
（一）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（二）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
五、用实例说明什么是电子等排物，以及电子等排物在安全化学品设计和绿色化学过程设计中的意义。

电子等排物：具有相同数目的原子、相同数目的电子且电子的排布方式相同，因而有相同的
电荷的一些物质和取代基。

以及除上述外，具有相似分子形状和体积、大致相似的电子排布，因而表现出相似物理化学性质的分子、原子、取代基等。

如下列： 1.—H,F 2.—OH,--NH2 3.-CH3,—SH,--Cl 4.—N=,--CH=,--S—等 5.―CH2-,-NH-,-O-,-S-,-SiH2-6.环结构中的CH=CH-,-S-;-O-,-NH-等
电子等排物在安全化学品设计和绿色化学过程设计中有重要意义。

可以利用等电排置换，可能给某物赋予某些生物性、增强某些生物活性或减少其生物活性；还可以利用等电排置换在药物设计中，替换有毒的基团，而不降低其药性。

在设计更加安全的化学品方面，成功的例子是金属偶氮染料的设计，以及用硅取代物代替杀虫剂MTI-800。

24.催化剂在化学反应中有哪些作用。

催化剂可以加快热力学上可能进行的反应的速率，可控制反应产物化学物种的选择性，控制产物的立体规整结构，定向不对称合成旋光异构体，与温度控制化学物种选择性，与接触时间共同控制产物化学物种选择性，具有高度专一性，高选择性，高的反应物转化率和反应的原子经济性的特殊功能的分子机器
25.对绿色化学的看法
绿色化学与工作方面的关系日益紧密，出现了很多绿色标志、绿色企业、绿色制造、绿色公关等工业生态学与绿色经济。

绿色观光、绿色休闲、绿色奥运等也已成为人们常提到的词语。

绿色化学从原理和方法上给传统化学工业带来了革命性的变化，在设计新的化学工艺方法和设计新的环境友好产品两个方面，通过使用原子经济反应、无毒、无害原料、催化剂和溶剂等来实现化学工艺的清洁生产，通过加工、使用新的绿色化学品使其对人身健康、社区安全和生态环境无害化。

通过这个学期学习绿色化学与生活这门课程，我最终体会到了只要我们提高科技水平，用好绿色化学技术，就会使我们的祖国的水更清，天更蓝，山川更秀美，让我们共同营建人类的美好家园
对绿色化学的体会和认识对绿色化学的体会和认识对绿色化学的体会和认识对绿色化学的体会和认识通过对绿色化学选修课的学习，我受益非浅。

我知道了在生活中了解化学是必要的，因为生活的方式不断变化，化学与生活之间的联系是不断增多，因此我们要经常关注身边，关注化学与生活的联系。

绿色化学是一门新兴的化学分支，以“原子经济性”为原则，研究如何在产生目的产物的过程中充分利用原料，减少有害物质的释放。

绿色化学旨在从物质产生的源头控制废物的产生，减少对环境的污染。

在衣着方面，化学可谓给生活增添温暖。

尼龙，分子中含有酰铵键的树脂，自然界中没有，需要靠化学方法得到；涤纶，用乙二醇、对苯二甲酸二甲酯等合成的纤维。

在食物方面，化学同样重要。

用纯碱发面制馒头，松软可口。

各种饮用酒，经粮食等原料发生一系列化学变化制得。

化学给人类生活带来了变化，但有利也有弊，汽车尾气排放，造成大气污染，酸雨在警告我们，臭氧层空洞威胁着我们，环保成了化学给人们生活带来的一重大问题。

我的专业是材料科学与工程中的建筑装饰材料，目前生活中新型的环保建筑装饰材料发展迅猛，在人类的生活中起到了不小的作用，如今越来越多的人开始追求装饰的环保性与健康性26.论述题(改变反应溶剂的方法有哪些？各有何特点？
改变反应溶剂的方法有：采用水溶液系统、离子溶液、超临界流体、固定化溶剂以及无溶剂化等方式。

其各自特点为：
（1）水溶液系统。

水是与环境友好的绿色溶剂。

1）与其它溶剂相比水在地球上分布广，来源丰富，价格便宜；2）水不会着火，安全可靠；3）反应的处理和分离容易，可循环使用；4）为反应提供了新的分子环境，有可能造成不同于传统溶剂的新的反应，例如反应物中有的官能团在传统溶剂中需要保护的，以水为介质时可能不用保护也可以，从而缩短合成路线；。