《绿色化学》思考题参考答案(2)

2018-11-21 23:45

ClCH2CH2OH + Ca(OH)2 +HCl → C2H4O + 2CaCl2+2H2O

(2)新方法 一步法

C2H4 + ? O2 →C2H4O

(1). 1/3*100%=33.3% (2). 发生变化。现在温带的农业发达地区,由于气温升高,蒸发加强,气候会变得干旱,农业区会退化成草原;干旱区会变得更干旱,土地沙漠化,使农业减产。

7、光化学污染的本质:

1/(1+1/2)*100%=66.7%

6、温室效应的原因是什么?温室效应有什么危害?

原因:近几十年来,由于人类消耗的能源急剧增

加,森林遭到破坏,大气中CO2的浓度不断上升。 CO2就像温室的玻璃一样,并不影响太阳对地球表面的辐射,但却能阻碍由地面反射回高空的红外辐射,这就 像给地球罩上了一层保温膜,使地球表面气温增高,产生“温室效应”。

危害:全球变暖将可能导致两极的冰川融化,使

还海平面升高,淹没许多城市。世界上大约有1/3的人口生活在沿海岸线60Km以内,世界上35座最大的城市中,有20座地处沿海。海平面升高无疑将是对人类的巨大威胁。

地球表面气温升高,各地降水和干湿状况也会

一、三种设计方法 ? 1、物质作用机理分析

?

在确保分子的作用与性质不变的前提下,通过改变分子结构,使有害作用机理不再发生,从而避免或降低该化学品的毒性。 ? 2、避免采用毒性功能基团

?

对于毒性机理不明确的情况,可以根据官能团与性毒间的一般关系,除去或不引入

***二、一般设计原则

? (一)“外部”效应原则

?

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

◎水溶性

◎残留性/生物降解性

◎转化为具有生物活性(毒性)物质的可能性 ◎转化为无生物活性(毒性)物质的可能性 2、与机体吸收有关的性质 ◎挥发性 ◎油溶性 ◎分子大小 ◎降解性质

(二)“内部”效应原则 1、增大解毒性能 (1)增大排泄的可能性

大量的碳氢化合物、硫氧化合物、氮氧化合物、粉尘等排入大气,到达对流层后在太阳光紫外线的照射下发生一系列的化学反应,从而产生大量的一次和二次污染物,这些污染物通常含有氧化性,从而引发光化学烟雾,造成严重的大气污染。 8、什么是绿色化学品?怎样设计安全的绿色化学产品。

绿色化学品:对人类和环境无害的化学产品称为绿

色化学产品。

***绿色化学产品的两个特征:

1、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、有益昆虫或植物造成损害; 2、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。***

与毒性有关的官能团来降低毒性。 ? 3、设法降低生物利用率。

?

无论一个化合物本身有多大毒性,只有它进入人体到达毒性发生作用的目标器官时才能起到毒害作用。因此化学家可以通过分子设计来改变分子的物理和化学性质,从而降低人体器官对它的吸收程度。 重要物理化学性质,从而减少它的有害生物效应。

1、与物质在环境中的分布有关的性质 ◎挥发性/密度/熔点

3、对人、动物和水生生物吸收途径的考虑 ◎皮肤吸收/眼睛吸收 ◎肺吸收 ◎消化道吸收

◎呼吸系统吸收或其它特定生物的吸收途径 4、杂质问题

◎是否会产生不同类别的杂质 ◎是否会产生有毒或更毒的同系物 ◎是否会产生有毒或更毒的异构体

指通过分子设计来达到预防毒性的目标。 ◎选择亲水化合物

如含有硫酸根的分子难于穿越生物膜,亲水性

好,即使发生吸收也易于排泄。

◎增大物质分子与葡萄糖醛酸、氨基酸结合的可能性或使分子易于乙酰化

(2)增大可生物降解性 2、避免物质的直接毒性 (1)选择无毒物质 (2)选择官能团 ◎避免使用有毒官能团

如过去挡风玻璃胶粘剂全部采用异氰酸脂作交联剂,毒性很大。现在采用乙酰醋酸脂代替异氰酸脂作粘性交联剂,避免了毒性。

◎对有毒官能团进行结构屏蔽

就是为了避免毒害暂时将有毒官能团转化,当需要时再将原来的官能团释放出来。其缺点是原子经济性降低。

3、避免间接中毒

这里间接中毒(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 ◎对可生物活化的结构进行生物

简述反应原料的重要性及绿色化学对反应原料的选择原则。

反应原料的重要性:

绿色化学对反应原料的选择原则:原料的原子都能

够被产品所消纳,实现“零排放”; 反应原料的绿色化,包括两个方面 : ①采用无毒、无害原料 ; ②用可再生资源为原料。

10、什么是超临界流体?超临界二氧化碳流体与普通流体相比有何特点?

超临界流体:当流体的温度和压力处于它的临界温

度和压力以上时,称该流体为超临界流体。

特点(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

? 超临界二氧化碳可很好地溶解一般有机

化合物

11、汽车尾气中主要有哪些有害成分?其主要危害是什么?

1.NOx: 汽缸点火的高温瞬间由空气中的氮与氧气化合而生成。

主要危害:降低能见度,增加交通事故发生率,形成光化学烟雾、酸雨等。NO2是一种棕红色强烈刺激性的有毒气体,其含量为0.1×10-6时即可嗅到,1×10-6~4×10-6就感到恶臭,它对人体健康毒害较大。NO2吸入人体后,和血液中的血红素蛋白(Hb)结合,使血液输氧能力下降,对心、肝、肾都会有影响,还会使植物枯黄。

2.碳氢化合物:油箱及化油器逸散,滴漏的燃料油,部分燃烧不完全的产物,如苯、醛、烯和多环芳香族碳氢化合物等200多种复杂成分。

主要危害:饱和烃危害不大,不饱和烃危害性很大。当甲醛、丙稀醛等醛类气体浓度超过1×10-6时,就会对眼、呼吸道和皮肤有强烈的刺激作用,浓度超过25×10-6时,就会引起头晕、恶心、红血球减少、贫血。苯的衍生物,如苯比芘,是强烈致癌物质。此外,碳氢化合物还能形成光化学烟雾。 3.CO:汽油燃烧不完全的产物,数量占尾气成分的首位。

主要危害:CO是一种窒息性的有毒气体,由于CO和血液中有输氧能力的血红素蛋白(Hb)的亲和力,比氧气和Hb的亲和力大200-300倍,因而,CO能很快和Hb结合形成碳氧血红素蛋白(CO-Hb),使

血液的输氧能力大大降低,使心脏、头脑等重要器官严重缺氧,引起头晕、恶心、头痛等症状,轻度是使中枢神经系统受损,慢性中毒,严重时会使心血管工作困难,直至死亡。 4.SO2:燃料所含的硫烃的燃烧。

主要危害:刺激眼睛和呼吸器官,形成酸雨。 5. 颗粒物:铅化合物,碳颗粒,油雾等。 主要危害:铅对血液、骨骼和神经系统的细胞有害;碳颗粒能引发支气管炎、肺炎以及胸膜炎等多种疾病。

6.二氧化碳:导致温室效应。

12、如何降低汽车尾气中有害成分的排放 1、改善发动机的质量

汽车发动机的质量是影响尾气排放的最主要因素。通过对发动机加以改进,可以提高发动机的性能,使尾气排放大大降低。通常化油器式发动机尾气排放比较严重,而电控汽油喷射式发动机尾气排放则轻得多。 2、安装尾气净化装臵

使用汽车尾气净化装臵(需配套使用无铅汽油),可使有害物排放进一步降低20%以上。 3.用压缩天然气和液化石油气为燃料 4、开发替代汽油、柴油的清洁燃料

开发生物柴油 用甲醇、乙醇、二甲醚等为燃料

5.用氢作燃料6.以燃料电池为动力 13、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、木质素等成分。纤维素是由葡萄糖基组成的线形大分子;半纤维素是一群复合聚糖的总称不同植物的复合聚糖的组分也不同;木质素是自然界最复杂的天然聚合物之一,它的结构中重复单元之间缺乏规则性和有序性。木质素是可再生的植物纤维资源中蕴藏太阳能最高的部分。

生物质特点: ◎可再生,储量丰富。仅每年再生的纤维素和木质素折合成能量相当于石油年产量的15~20倍。 ◎ 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。生物质来源于CO2,燃烧后不增加大气中CO2的含量。 ◎季节性强,产量、质量不稳定。 ◎需要大量土地。

在我国农村发展沼气事业有什么意义?

1.保护农村环境(沼气技术在保护农村环境方面的作用主要表现为:1、沼气是清洁能源,使用沼气可以减少二氧化硫、二氧化碳等有毒有害气体的排放;2、利用沼气技术发酵生活污水、畜禽粪便等,可以减少其对周围水源的污染;3、沼气发酵剩余的昭渣可以作为农作物肥料,减少了农药化肥的污染,并且可以改善土壤结构);2.缓解农村能源供需矛盾的需要;3.节能减排,保护森林植被的需要;4.改善农村卫生环境,提高农民生活质量的需要;5.改善产品质量,促进农民增收和农业增效的需要;6.发展农业循环经济;7.具有良好的社会、生态和经济效益;

14、举出一种利用生物质资源生产有机化学品的例子。例2. 生产己二酸(尼龙66的中间体) 美国Michigan州立大学的J.W.Frost和K.M.Draths开发出由淀粉和纤维素制取己二酸的新工艺。该工艺先由原料制取葡萄糖,然后利用经DNA重组技术改进的细菌将葡萄糖转化为己二烯二酸,最后在催化剂的作用下加氢制备己二酸。 该工艺是采用可再生生物质资源代替石油资源制造化学品,实现过程无毒、无害、无污染的典型实例,荣获1998年美国“总统绿色化学挑战奖”的学术奖。例3.用玉米制塑料 美国全国玉米种植者协会最近宣布,用玉米生产聚脂乳酸塑料的研究已取得了成功。这种技术可以将玉米加工成薄片或颗粒状的聚合物,就像是塑料的原料。 玉米制成的聚合物可以做成布料纤维,也可以做成杯子、瓶子、食品容器、包装纸或地毯。用聚脂乳酸做成的面料有丝绸质感,耐用程度可与涤纶媲美。此外,这种新材料能百分之百地生物降解,其原料玉米又是一种可再生生物质资源。

举例说明什么是催化剂,它在化学反应中有何作用?在化学反应过程中能改变反应速度而本身的化学性质在反应前后保持不变的物质叫做催化剂。催化剂在化学反应过程中改变了化学反应的途径,降低了化学反应活化能,使反应物分子更容易达到活化状态进行反应,大大降低了反应所需的温度。 什么是催化剂设计?怎样进行催化剂设计? 答:所谓催化剂设计,就是指人们按照自己的意图制造

目标催化剂的工作,它代表一种构思,而不一定要画出图纸。也就是对指定的反应,或者需要制造的某种产品,应该如何选用一种催化剂的知识逻辑分析。

什么是催化剂?为什么说催化剂在绿色化学中有十分重要的意义?答:催化剂会诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应。催化剂在工业上也称为触媒。由于在设计阶段必须考虑化学品和化学过程对环境和对人类健康的影响,我们在化学品产生及其转化过程都必须精心设计进行,而催化剂则在这些反应之中就是不可缺少的考虑因素,有了催化剂的使用我们可以通过控制反应产物化学物种的选择性,控制产物立体规划性等来对产物化学品进行严格而准确地生产 ,从而达到生产队人类危害最小的日用或工业用化学品。

1.相比于传统的氧化剂,哪些是新型的绿色氧化剂?他们各有什么特点?

答:分子氧:最清洁的氧化剂,但有时反应条件受限制;过氧化氢:很昂贵,但是它含有47%的活性氧,其氧化产物为水,对环境无害;臭氧:也是环境可接受的氧化剂,但是它使用时需要特殊的处理方法和特殊的发生装置;晶格氧:氧化烃类,大幅度的提高烃类选择氧化的选择性,而且不受爆炸极限的限制,可提高原料浓度,使反应物容易分离回收,是控制深度氧化,节约资源和环境保护的有效氧化技术。

2.化石资源作为化学化工原料有何优点?生物质作为化学化工原料又有何优点?

答:化石资源:石油工业已经相当成熟,从其提取到最终产物的形成已经形成了大规模的和高效的生产系统,很多得到单一产品的过程的操作及其机理均已被人们掌握;传统的石油原料可以从三维获取,在一个小面积范围内可集中大量的化石原料;季节性不强;组成简单,已被人们很好的掌握。

生物质:可给出结构多样的通常具有特定的立体结构和光学结构;结构单元通常比原油结构单元简单,可减少副产品的生成;其衍生物所得物质通常已是氧化产物,无需再通过氧化反应引入氧;增大其实用量可增大原油使用时间,未可持续发展做贡献,为一些必须使用石油作原料的生产提供保证;减少二氧化碳在大气中浓度的增加,减缓温室

效应;化学工业使用更多的可再生资源可使其本身在原料上更有保障;更大的灵活性。 3.根据绿色化学的观点,如何改变反应溶剂? 答:水溶液系统中在可能的条件下应尽量使用水作溶剂而不要采用有机溶剂;对溶液进行固定化,以现用溶剂为基础进行聚合反应得到现行溶剂的聚合衍生物,通过过滤等可分离回收高分子溶剂;对于离子溶剂,可进行动力学操作等;彻底解决溶剂污染的最佳办法就是完全不使用溶剂,例如使用微波与催化剂结合代替溶剂就非常好用;使用超临界流体作为溶剂。

4,以萘与丙烯发生烷基化反应为例说明催化剂结构对反应选择性的巨大影响。

答:采用传统的合成方法,通常得到2,6-异构体,2,7-异构体和3,4-异构体的混合物。传统的方法采用的二氧化硅和三氧化二铝具有大孔,不能区分3-取代和4-取代异构体的差别,也不能区分2,6-异构体,2,7-异构体的差异;采用更小孔的分子筛可抑制3-取代和4-取代物的生成,但仍要生成等量的2,6-异构体,2,7-异构体;采用C型丝光沸石后,3-取代和4-取代物的生成完全被控制,2,6-异构体,2,7-异构体的比例大约为7:3。以上数据表明了催化剂的不同的对反应选择性的巨大影响。

7.简述反应原料的重要性及绿色化学对反应原料的选择原则。

答:一个化学品合成所采用的反应类型或其合成路线在很大程度上取决于所选定的原料,原料一旦选定就必须选择某些类型的反应,其对于合成路线的效率,过程的环境效应和对人类健康均有极大的影响。原则:考虑原料本身的危险性,使用可再生资源。

7.生物质作为化学化工原料又有何优点缺点? 答:优点:可给出结构多样的通常具有特定的立体结构和光学结构;结构单元通常比原油结构单元简单,可减少副产品的生成;其衍生物所得物质通常已是氧化产物,无需再通过氧化反应引入氧;增大其实用量可增大原油使用时间,未可持续发展做贡献,为一些必须使用石油作原料的生产提供保证;减少二氧化碳在大气中浓度的增加,减缓温室效应;化学工业使用更多的可再生资源可使其本身在原料上更有保障;更大的灵活性。

缺点:在经济上的竞争力不够;生物质是二维的,不可能在一小面积范围内可集中种植获得大

量的生物质原料;季节性很强。

8.改变反应溶剂的方法有哪些,各有何特点? 答:水溶液系统:在尽可能的条件下使用水作溶剂,不要采取有机溶剂。

离子溶液:可操作温度范围大,可进行各种动力学控制;反应所需体积不大;表现出对Bronsted酸酸性,Franklin酸酸性和超强酸酸性;蒸汽压小;对水敏感但有的并不怕水,甚至能与水共同使用,易用于工业应用;热稳定性较好;相对便宜且易于制备。

高分子溶液:在化学合成,分离和清洁等过程中具有现行溶剂的溶剂化作用,但却不会发挥但空气中和释放到水介质中造成污染,可单独使用,也可以用高级烃类稀释后使用,通过过滤等即可分离回收高分子溶剂。

无溶剂化:就是不是用溶剂,例如催化剂与微波作用相结合,在有机合成中保护反应,去保护反应,氧化反应,还原反应,重排反应等方面均十分有效。

超临界流体:没有气液界面,体系的性质均一,部分液体和气体,其密度与液体相似,粘度只有液体的近百分之一,流动性好的多;用超临界二氧化碳还有另外一个优点,二氧化碳不能再被氧化,是理想的氧化反应的溶剂。

9.超临界流体与普通流体相比有何特点? 答:超临界流体没有气液界面,体系的性质均一,部分液体和气体,其密度与液体相似,粘度只有液体的近百分之一,流动性好的多。 10.超临界CO2作为反应溶剂的局限性。

答:最大局限是其溶剂化性质,即物质在它里面的溶解度。相对分子质量大于400,高极性的化合物,盐类不溶于在其中。不能用其作离子间反应的溶液,也不能用作为离子催化剂的反应的溶剂。不能用作路易斯碱反应物的溶剂。

11.何谓过程强化?可用哪些方法实现过程强化? 答:过程强化既是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。

通过改进设备实现:对化学反应的设备和对其他操作过程设备的改进。

通过改进方法实现:对化学反应的每一个过程的改进。

1、均相催化与多相催化各具有哪些优缺点?就如何避免均相催化的缺点评述当今均相催化的发展趋势。

解答:均相催化剂和多相催化剂相比较,各有其优点和缺点。从表面上看,似乎均相催化的优点多于多相催化,例如在均相催化中,一般认为全部金属原子均参与构成活性物种,它们具有确定的均一结构,催化剂的活性高,反应条件温和(节能),同时反应的选择性高(节省原材料);但是,均相催化剂与产品的分离问题,带来了工程上的困难,这一严重的缺点使均相催化剂的应用受到很大的限制。如何将均相催化与多相催化的优点结合,同时又避免它们的缺点?均相催化剂的多相化可能是达到此一目标的一条现实可行的途径。近十年来,均相催化剂多相化的研究得到了广泛的重视,每年发表的论文数目日益增多。有关这方面的工作,文献中出现了一些不同的表达词汇,例如:多相化(heterogenization)、固定化(immobilization)、负载(supporting)、锚定(anchoring)、杂化相(hybridphase)等等,它们虽有着各自的定义,适用于不同的场合,不完全是同义语,但笼统地说,它们都具有共同的类似含义。关于均相催化剂多相化的研究,文献中已经出现了一些很好的综述和专著。均相催化剂多相化后的特点是:从整体上看它是多相的,但从分子水平来看,它却更接近可溶的均相体系。因此,各种催化剂具有均相、多相两类催化剂之间的某些性质。目前几乎所有的均相催化领域,例如聚合、羰基合成、加氢、氧化、同系化、异构化、歧化、不对称合成及固氮等,都有多相化的研究报道。Hartley将这类负载的金属络合物催化剂称之为“新一代的催化剂”也是不无理由的。


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