綠色化學題目

2022-10-17 17:03:07 字數 4951 閱讀 7296

1、簡要敘述綠色化學的概念、目標和實現途徑。

答:綠色化學又稱環境友好化學、環境無害化學、清潔化學,指在製造和應用化學產品時應有效利用(最好可再生)原料,消除廢物和避免使用有毒的和危險的試劑和溶劑。

目標:降低或除去化學產品設計、製造、應用中有害物質的使用與產生,使所設計的化學產品或過程對環境更加友好.它包括研究和尋找最大限度地節約資源和能源、減輕化

實現途徑:(1)開發綠色實驗。如實驗室用h2o2分解制o2代替kclo3分解法,實現了原料和反應過程的綠色化。

(2)防止實驗過程中尾氣、廢物等環境的汙染,實驗中有危害性氣體產生時要加強尾氣吸收,對實驗產物盡可能再利用等。(3)在保證實驗效果的前提下,儘量減少實驗試劑的用量,使實驗小型化、微型化。(4)對於危險或反映條件苛刻,汙染嚴重或儀器、試劑**昂貴的實驗,可採用計算機模擬化學實驗或**實驗錄影等辦法。

(5)妥善處置實驗產生的廢物,防止環境汙染。

2、敘述綠色溶劑的概念、作用和主要分類,並對每一類綠色溶劑舉出乙個相關例項。

答:一般是指溶劑化學性質不穩定,可以為土壤生物或其他物質降解,半衰期短,很容易衰變成低毒、無毒的物質。也稱環境友好型溶劑。

在化工企業當中綠色溶劑一般指生物柴油、植物油,甲酯化植物油等。水也可以廣義的認為是綠色溶劑。

作用:可以替代傳統的有機溶劑而且能夠為反應分子提供新的分子環境,使反應的選擇性轉化率得到改變和提高,或使分離提純等過程較容易進行,而溶劑本身是環境友好的

主要分類:水:

離子溶液:氯鋁酸類,如

超臨界流體: scco2,如,

全氟碳流體是f,不是fe

3、概述綠色催化劑的定義及其包括的主要型別,並以兩種綠色催化劑型別在有機合成中的應用作為例項,簡要敘述綠色催化劑與傳統催化劑的區別及優越性。

答:定義:綠色化學要求化學品的生產最大限度地合理利用資源,最低限度地產生環境汙染和最大限度地維護生態平衡。

它對化學反應的要求是:(1)採用無毒、無害的原料;(2)在無毒無害及溫和的條件下進行;(3)反應應具有高的選擇性;(4)產品應是環境友好的。這四點要求之中,有兩點涉及到催化劑,人們將這類催化反應稱為綠色催化反應,其使用的催化劑也就稱之為綠色催化劑。

型別:分子篩催化劑;雜多酸催化劑;固體超強酸催化劑;光催化劑;電極催化劑;酶催化劑;膜催化劑。

例項:固體超強酸催化劑:

分子篩催化劑:

區別:綠色催化劑採用無毒、無害的原料,在無毒無害及溫和的條件下進行,反應必須具有高效的選擇性,產品應是環境友好的。

優越性:綠色催化劑能最大限度的合理利用資源,最低限度的產生環境汙染和最大限度的維護生態平衡。

4、試寫出三種綠色反應途徑或操作方法,並簡要寫出每種方法的主要特點。

答:聲化學合成 :聲化學是指利用超聲波加速化學反應,提高化學反應產率的一門新興學科。

超聲波對許多有機反應,尤其是非均相反應有顯著的加速效應,反應時間比常規方法縮短數十倍乃至數百倍,並往往可以提高反應產率,減少副產物,簡化實驗操作,甚至可以實現某些常規條件下不能進行的反應

微波化學合成 :與常規加熱過程不同的是,微波是直接作用於目標分子的體相加熱,能完成原位能量轉化並使分子瞬間加熱。因此,微波加熱過程沒有從介面到體相的傳熱過程,溫度場分布均勻,熱效率高。

計算機輔助的綠色化學合成設計:計算機輔助綠色化學設計與模擬應用到綠色合成是一種有效手段。在化學化工領域,計算機廣泛用於構成分析、結構剖析、反應性**、故障診斷及控制等許多方面。

將計算機應用到尋找符合綠色化學原則的最佳反應路線、化工過程最優化、產品設計等方面無疑會推動綠色合成的更快發展。

5、簡述綠色化學的十二條原則。

答:1.防止汙染優於汙染治理;2.

提高原子經濟性;3.儘量減少化學合成中的有毒原料、產物;4.設計安全的化學品;5.

使用無毒無害的溶劑和助劑;6.合理使用和節省能源,合成過程應在環境溫度和壓力下進行;7.原料應該可再生而非耗盡;8.

減少不必要的衍生化步驟 9.採用高選擇性催化劑;10.產物應設計為發揮完作用後可分解為無毒降解產物;11.

應進一步發展分析技術對汙染物實行**監測和控制;12.減少使用易燃易爆物質,降低事故隱患。

6、什麼是綠色化學產品?並舉出一種綠色化學產品的成功例項。

答:綠色化學品的定義是指以環境和環境資源保護為核心概念而設計的可以拆卸並分解的產品,其零部件經過翻新處理後,可以重新利用。

例項:一種新的抗菌劑—thps殺生物劑 thps殺生物劑是一種全新的抗菌劑,它將優良的抗菌活性與乙個相對友好的毒物學特徵結合在一起。thps的好處包括低毒、低推薦處理標準、在環境中快速分解、以及沒有生物累積。

當代替更毒的殺菌劑時,thps殺菌劑減少了對人類健康和環境的危害性。

7、敘述離子液體的概念及其主要特徵,並舉一例項說明離子液體作為綠色溶劑與傳統溶劑的區別。

答:離子液體(或稱離子性液體)是指全部由離子組成的液體,如高溫下的kci, koh呈液體狀態,此時它們就是離子液體。

主要特徵:不揮發、不可燃、導電性強、 室溫下離子液體的粘度很大(通常比傳統的有機溶劑高1~3個數量級,離子液體內部的范德華力與氫鍵的相互作用決定其粘度。)、熱容大、蒸汽壓小、性質穩定,對許多無機鹽和有機物有良好的溶解性,在電化學、有機合成、催化、分離等領域被廣泛的應用。

區別:在與傳統有機溶劑和電解質相比時,離子液體具有一系列突出的優點:(1)液態範圍寬,從低於或接近室溫到300攝氏度以上,有高的熱穩定性和化學穩定性;(2)蒸汽壓非常小,不揮發,在使用、儲藏中不會蒸發散失,可以迴圈使用,消除了揮發性有機化合物環境汙染問題,(3)電導率高,電化學視窗大,可作為許多物質電化學研究的電解液;(4)通過陰陽離子的設計可調節其對無機物、水、有機物及聚合物的溶解性,並且其酸度可調至超酸。

(5)具有較大的極性可調控性,粘度低,密度大,可以形成二相或多相體系,適合作分離溶劑或構成反應—分離耦合新體系;(6)對大量無機和有機物質都表現處良好的溶解能力,且具有溶劑和催化劑的雙重功能,可以作為許多化學反應溶劑或催化活性載體。由於離子液體的這些特殊性質和表現,它被認為與超臨界co2,和雙水相一起構成三大綠色溶劑,具有廣闊的應用前景。

8、敘述酸性離子液體的概念、分類及其主要特徵,並舉一例項說明酸性離子液體作為綠色催化劑與傳統催化劑的區別?

答: 概念:通常所說的酸性離子液體是由金屬鹵化物mclx和有機鹵化物(如鹵化的四級銨鹽、四級鏻鹽)混合製成的。當mclx的摩爾分數足夠大時,離子液體可呈lewis酸性。

分類:可分為lewis酸性離子液體、bronsted酸性離子液體、bronsted-lewis雙酸性離子液體

主要特徵:酸性離子液體作為一種新型的環境友好液體催化劑,擁有液體酸催化劑的高密度反應活性位,具有低揮發性,其結構和酸性具有可調製性,酸性離子液體用於催化過程具有催化活性高、環境友好、選擇性高、產物易分離、可迴圈利用等優點,具有取代傳統工業酸催化劑的潛力。

例子:2、在100℃無溶劑條件下,分別用酸性離子液體[et_3nh][hso_4]和[bpy][hso_4]催化芳香醛和5,5-二甲基-1,3-環己二酮的縮合反應,分別以77-97%和73-97%的產率得到八氫化氧雜蒽二酮。[et_3nh][hso_4]迴圈使用了6次,催化活性沒有明顯降低。

[bpy][hso_4]迴圈使用了5次,催化活性沒有明顯降低。

區別:酸性離子液體具有取代工業酸催化材料的潛力,其優點在於:1、與固體酸相似,離子液體也沒有揮發性,因此同樣具有環境友好的優點;同時它還可以兼具bronsted和lewis酸性。

相比之下,離子液體酸性的調製更容易、更精細、從而更加有利於催化機理的研究和催化劑的優化。2、與無機酸相似,離子液體同樣具有液體材料的優勢,如:流通性好,酸性位密度高和酸強度分布均勻。

3、通過改變和修飾離子液體陰、陽離子的結構,可以實現多相反應體系的優化,如:增強底物的溶解性,簡化產物的分離,促進離子液體的迴圈使用。

9、舉例說明綠色化學的主要研究領域。

答:1、綠色氧化劑和催化劑的研究例如:從分子篩、雜多酸、超強酸等新催化材料中開發固體酸烷基化催化劑,這種催化劑選擇性高,催化劑壽命長。

2、 新的原子經濟反應的開發例如:環氧乙烷的生產原來是通過氯醇法二步製備,採用銀催化劑後,改為乙烯直接氧化成環氧乙烷的原子經濟反應。

3、 採用無毒、無害的溶劑例如:超臨界流體特別是超臨界二氧化碳作溶劑。超臨界二氧化碳既具有常規液態溶劑的溶解度,在相同條件下,又具有氣體的粘度,因而具有很高的傳質速度。

超臨界二氧化碳的最大優點是無毒、不可燃、**低廉。

10、什麼是相轉移催化劑?相轉移催化劑的催化原理是什麼?舉一例項說明相轉移催化劑在有機合成中的應用。

答:相轉移催化劑是可以幫助反應物從一相轉移到能夠發生反應的另一相當中,從而加快異相系統反應速率的一類催化劑。

催化原理:一般存在相轉移催化的反應,都存在水溶液和有機溶劑兩相,離子型反應物往往可溶於水相,不溶於有機相,而有機底物則可溶於有機溶劑之中。不存在相轉移催化劑時,兩相相互隔離,幾個反應物無法接觸,反應進行得很慢。

相轉移催化劑的存在,可以與水相中的離子所結合(通常情況),並利用自身對有機溶劑的親和性,將水相中的反應物轉移到有機相中,促使反應發生。

例項:在三相催化劑c一2催化下,1—溴辛烷(溶解在苯中)與kcn的水溶液反應,壬睛的產率為95%。在一般條件下,1—溴辛烷與c6h5sk、kscn不反應。

但在固一液兩相中,用新近合成的相轉移催化劑[c6h13s(o)ch2]4c進行催化,反應很易進行,產率很高。

11、什麼是超臨界流體?舉一例子說明超臨界流體作為綠色溶劑在有機合成中的優點。

答:溫度及壓力均處於臨界點以上的液體叫超臨界流體。

例項:將超臨界二氧化碳在醫學工業範疇內的應用分為三大類-生物活性物質和天然藥物提取,藥劑學,藥物分析

優點:超臨界二氧化碳具有低粘稠度、高擴散性、易溶解多種物質、且無毒無害,

常態下是無色無味無毒的氣體,與萃取成分分離後,完全沒有溶劑的殘留,可以有效地避免傳統溶劑萃取條件下溶劑毒性的殘留.同時也防止了提取過程對人體的毒害和對環境的汙染,.萃取溫度低,可以有效地防止熱敏性成分的氧化,逸散和反應,完整保留生質物體的生物活性;同時也可以把高沸點,低揮發度,易熱解的物質在其沸點溫度以下萃取出來。

萃取和分離合二為一,當飽含溶解物的二氧化碳超臨界流體流經分離器時,由於壓力下降使得co2與萃取物迅速回覆成為分離的兩相(氣液分離)而立即分開,不存在物料的相變過程,不需**溶劑,操作方便;不僅萃取效率高,而且能耗較少,節約成本,並且符合環保節能的潮流。

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