2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——綠色化工分子設(shè)計與合成工程技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的代表字母填寫在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪一項不屬于綠色化學(xué)的12條基本原則之一？A.原子經(jīng)濟性B.使用更安全的化學(xué)合成方法C.提高能源效率D.設(shè)計安全的化學(xué)品2.在綠色化工中，利用超臨界流體（如超臨界CO2）作為反應(yīng)介質(zhì)的主要優(yōu)點之一是？A.熱值高，可作燃料B.密度大，傳熱性好C.許多有機物在超臨界狀態(tài)下溶解性好，且環(huán)境友好（無毒、不燃）D.價格低廉，來源廣泛3.下列哪種催化劑通常被認為是一種綠色催化劑？A.濃硫酸B.貴金屬（如Pt,Pd）均相催化劑C.非貴金屬負載型催化劑（如Cu/Zeolite）D.強堿性離子液體4.“原子經(jīng)濟性”高的化學(xué)反應(yīng)，其副產(chǎn)物通常？A.產(chǎn)量高，易于分離B.產(chǎn)量低，難以分離C.產(chǎn)量高，但可能含有有毒成分D.產(chǎn)量低，且難以分離或回收5.生命周期評價（LCA）的主要目的是什么？A.評估化學(xué)反應(yīng)的速率和選擇性B.評估化學(xué)品在環(huán)境中的持久性和生物累積性C.全面評估一個產(chǎn)品或過程從“搖籃到墳?zāi)埂闭麄€生命周期內(nèi)的環(huán)境負荷D.評估催化劑的穩(wěn)定性和使用壽命6.水相合成通常被認為是綠色合成方法，其主要優(yōu)勢在于？A.水資源無限，成本低B.水的介電常數(shù)高，對某些反應(yīng)有利，且環(huán)境友好C.水可以無限量溶解所有物質(zhì)D.水相反應(yīng)通常不需要催化劑7.在綠色化工過程中，采用連續(xù)流動化學(xué)替代傳統(tǒng)間歇反應(yīng)釜的主要目的之一是？A.提高設(shè)備利用率，減少反應(yīng)物積累B.降低反應(yīng)溫度，提高選擇性C.實現(xiàn)自動化控制，提高操作安全性D.減少溶劑使用量，簡化分離過程8.生物催化技術(shù)（使用酶作為催化劑）在綠色化工中的主要優(yōu)勢是？A.反應(yīng)條件溫和（常溫常壓，水相），特異性高，環(huán)境友好B.催化劑成本極低C.反應(yīng)速率極快D.可用于所有類型的化學(xué)反應(yīng)9.離子液體作為一種綠色溶劑，其突出的優(yōu)點是？A.燃點高，可作溶劑燃料B.熱穩(wěn)定性好，可重復(fù)使用，且許多種類對環(huán)境友好C.沸點低，易于回收D.價格與普通溶劑相當10.根據(jù)綠色化學(xué)原則，設(shè)計化學(xué)產(chǎn)品時應(yīng)優(yōu)先考慮？A.提高產(chǎn)品的純度B.延長產(chǎn)品的使用壽命C.使用可再生原料，減少有害物質(zhì)的使用和產(chǎn)生D.提高產(chǎn)品的產(chǎn)量二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填寫在橫線上）1.綠色化學(xué)的核心思想是__________和__________。2.評價一個化學(xué)過程是否“綠色”，除了考慮經(jīng)濟效益外，更應(yīng)關(guān)注其__________和__________。3.選擇綠色溶劑時，通常需要考慮其__________、__________、__________和生物降解性等環(huán)境因素。4.微反應(yīng)器技術(shù)是綠色化工流程強化的一種重要手段，其主要優(yōu)點包括__________、__________和易于控制反應(yīng)選擇性。5.原子經(jīng)濟性是指反應(yīng)物原子轉(zhuǎn)化為_____________的百分比。6.安全化學(xué)要求在分子設(shè)計階段就考慮物質(zhì)的__________，并在工藝設(shè)計上預(yù)防__________風(fēng)險。7.酶作為生物催化劑，其最大的特點是對底物具有高度的__________，反應(yīng)條件通常比較__________。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述綠色化學(xué)12原則中的“無廢棄物化學(xué)”原則及其意義。2.與傳統(tǒng)有機溶劑相比，水作為綠色溶劑的主要優(yōu)勢和挑戰(zhàn)是什么？3.簡述綠色合成技術(shù)在開發(fā)新型農(nóng)藥方面可能帶來的變革。4.簡述綠色化學(xué)理念對化工企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要性。四、論述題（每題10分，共20分）1.結(jié)合具體實例，論述如何從分子設(shè)計層面實現(xiàn)化學(xué)過程的綠色化？2.闡述綠色化工過程中，催化劑的選擇與設(shè)計應(yīng)遵循哪些綠色化學(xué)原則？并舉例說明。五、設(shè)計題（15分）設(shè)計一個合成目標產(chǎn)物A（假設(shè)為一種簡單的有機小分子）的綠色化學(xué)路線。要求：（1）選用盡可能安全的、環(huán)境友好的起始原料和溶劑。（2）采用原子經(jīng)濟性高的反應(yīng)步驟。（3）盡量選用高選擇性的催化方法。（4）路線中應(yīng)包含明確的分離和純化步驟，體現(xiàn)綠色分離思想。（5）簡要說明該路線相比傳統(tǒng)路線在綠色化方面的優(yōu)勢。試卷答案一、選擇題1.C解析：綠色化學(xué)的12原則包括：預(yù)防原則、原子經(jīng)濟性、設(shè)計安全化學(xué)品、安全化學(xué)過程、使用更安全的化學(xué)品、減少衍生物生成、催化、設(shè)計可降解化學(xué)品、實時分析預(yù)防污染、事故預(yù)防、從中毒到預(yù)防、再生能源。選項C“提高能源效率”雖然重要，但并非12原則之一，雖然與原則9“使用更安全的化學(xué)品”有間接關(guān)聯(lián)，但表述不如后者精確。2.C解析：超臨界流體（特別是超臨界CO2）作為溶劑的優(yōu)點包括：密度和粘度介于氣體和液體之間，溶解能力隨溫度和壓力變化顯著，許多有機物在超臨界CO2中有較好的溶解度，且CO2無毒、不燃、來源廣泛、可循環(huán)使用，對環(huán)境友好。3.C解析：綠色催化劑通常指環(huán)境友好、高效、高選擇性、可重復(fù)使用、毒副作用小的催化劑。非貴金屬負載型催化劑（如Cu/Zeolite）相比貴金屬催化劑成本更低，且在許多催化反應(yīng)中表現(xiàn)出良好性能，符合綠色化學(xué)發(fā)展方向。均相貴金屬催化劑（B）可能產(chǎn)生金屬污染，強堿性離子液體（D）本身可能具有高反應(yīng)活性或腐蝕性，濃硫酸（A）是強腐蝕性和強氧化性試劑，環(huán)境危害大。4.B解析：原子經(jīng)濟性高意味著反應(yīng)物中的原子盡可能多地進入目標產(chǎn)物，副產(chǎn)物產(chǎn)量少。因此，副產(chǎn)物產(chǎn)量低，且分離困難（因為目標產(chǎn)物純度高）。5.C解析：生命周期評價（LCA）是一種評估產(chǎn)品或過程從原材料獲取、生產(chǎn)、使用到最終處置整個生命周期中與環(huán)境相關(guān)的各種影響（如資源消耗、能源使用、污染排放等）的方法學(xué)。6.B解析：水作為綠色溶劑的優(yōu)勢在于：資源豐富、成本低廉、無毒、不燃、環(huán)境友好（可生物降解）；高介電常數(shù)，有利于溶解極性物質(zhì)和離子型化合物，在許多有機反應(yīng)中能起到良好介質(zhì)作用；水相反應(yīng)通常在常溫常壓下進行，條件溫和。7.A解析：連續(xù)流動化學(xué)的主要優(yōu)勢在于：反應(yīng)物混合均勻，傳質(zhì)傳熱效率高，反應(yīng)溫度和濃度梯度小，避免了間歇反應(yīng)中可能出現(xiàn)的反應(yīng)物局部積累或反應(yīng)不完全，提高了轉(zhuǎn)化率和選擇性，同時減少了反應(yīng)體積和廢物產(chǎn)生。8.A解析：生物催化（酶催化）的優(yōu)勢在于：酶具有高度的立體特異性和區(qū)域特異性，選擇性好；反應(yīng)條件溫和（常溫、常壓、水相）；催化效率高；環(huán)境友好（來源于生物，可降解）；對某些底物具有高催化活性。9.B解析：離子液體的一大突出優(yōu)點是它們通常具有很寬的液態(tài)溫度范圍（可達300°C以上），熱穩(wěn)定性好，且大多數(shù)離子液體不揮發(fā)、不燃，可以回收重復(fù)使用，減少溶劑消耗和環(huán)境污染。10.C解析：綠色化學(xué)產(chǎn)品設(shè)計原則要求使用可再生原料，減少有毒有害物質(zhì)的使用和產(chǎn)生，從源頭上減少對環(huán)境和人類健康的風(fēng)險。二、填空題1.預(yù)防，可持續(xù)性解析：綠色化學(xué)的核心是預(yù)防污染，實現(xiàn)化工過程的可持續(xù)發(fā)展。2.環(huán)境影響，社會影響解析：評價化學(xué)過程不僅要看經(jīng)濟效益，更要關(guān)注其對環(huán)境（如污染、資源消耗）和社會（如健康、安全）的長遠影響。3.毒性，易生物降解性，可再生性解析：選擇綠色溶劑需綜合考慮其對人類健康和環(huán)境的潛在危害（毒性），是否容易被微生物降解（易生物降解性），以及來源是否可持續(xù)（可再生性）。4.反應(yīng)物混合效率高，傳質(zhì)傳熱效率高，易于控制反應(yīng)選擇性解析：微反應(yīng)器技術(shù)通過減小反應(yīng)器尺寸，極大地強化了混合、傳質(zhì)和傳熱，使得反應(yīng)過程更加可控，有利于提高選擇性和產(chǎn)率。5.目標產(chǎn)物解析：原子經(jīng)濟性定義是生成目標產(chǎn)物分子所包含的原子數(shù)占反應(yīng)物總原子數(shù)的百分比。6.物理化學(xué)性質(zhì)，安全事故解析：安全化學(xué)要求在分子設(shè)計時就考慮化合物的易燃、易爆、腐蝕、毒性等物理化學(xué)性質(zhì)，并在工藝設(shè)計上采取措施預(yù)防火災(zāi)、爆炸等安全事故。7.立體選擇性，溫和解析：酶作為生物催化劑，其活性中心對底物結(jié)構(gòu)有高度特異性，能實現(xiàn)高立體選擇性的轉(zhuǎn)化；反應(yīng)條件通常在生理條件下（常溫、中性、水相）進行，比較溫和。三、簡答題1.答：無廢棄物化學(xué)原則要求化學(xué)產(chǎn)品和過程的設(shè)計應(yīng)最大限度地利用原材料中的所有原子，實現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)，不產(chǎn)生或少產(chǎn)生副產(chǎn)品或廢物。其意義在于從源頭上消除污染，提高資源利用效率，實現(xiàn)環(huán)境友好和經(jīng)濟效益。2.答：優(yōu)勢：環(huán)境友好（無毒、不燃、可再生）；資源豐富、成本低；高介電常數(shù)，溶解能力好；對環(huán)境友好，易于處理。挑戰(zhàn)：對非極性物質(zhì)溶解能力差；許多水相反應(yīng)需要使用相轉(zhuǎn)移催化劑或改變反應(yīng)條件；水的粘度較大可能影響某些反應(yīng)速率；水的熱容和汽化熱較大，可能導(dǎo)致反應(yīng)能耗高。3.答：綠色合成技術(shù)在開發(fā)新型農(nóng)藥方面可帶來：設(shè)計更安全的農(nóng)藥，降低毒性，減少對非靶標生物（如益蟲、鳥類、水生生物）的影響；開發(fā)環(huán)境友好型農(nóng)藥，如可生物降解、光解或水解的農(nóng)藥，減少殘留和持久性污染；采用綠色合成路線，如酶催化、生物合成、水相合成等，減少溶劑、催化劑和能源的消耗，降低生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染；開發(fā)具有靶向性的農(nóng)藥，提高對有害生物的殺傷效率，減少用量。4.答：綠色化學(xué)理念要求化工企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營的各個環(huán)節(jié)（從原料選擇、工藝設(shè)計、產(chǎn)品合成到廢物處理）都考慮環(huán)境友好和可持續(xù)性。這有助于企業(yè)減少環(huán)境污染和資源消耗，降低環(huán)境風(fēng)險和運營成本，提升企業(yè)形象和市場競爭力，滿足日益嚴格的環(huán)保法規(guī)要求，是實現(xiàn)化工企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。四、論述題1.答：從分子設(shè)計層面實現(xiàn)化學(xué)過程的綠色化，首先要遵循綠色化學(xué)的指導(dǎo)原則，特別是原子經(jīng)濟性、安全化學(xué)、使用更安全的化學(xué)品等原則。*原子經(jīng)濟性：通過設(shè)計反應(yīng)路線，使得反應(yīng)物原子最大限度地進入目標產(chǎn)物，減少副產(chǎn)物的生成。例如，選擇單分子反應(yīng)替代多分子串聯(lián)反應(yīng)，設(shè)計可逆反應(yīng)并建立有效的分離回收循環(huán)。*安全化學(xué)：在分子設(shè)計階段就預(yù)測和評估分子的物理化學(xué)性質(zhì)（如毒性、易燃性、反應(yīng)活性），設(shè)計結(jié)構(gòu)上更安全的化學(xué)品，從源頭上降低風(fēng)險。例如，避免使用含有強毒性基團的化合物，設(shè)計熱穩(wěn)定性好的分子結(jié)構(gòu)以預(yù)防熱失控。*使用更安全的化學(xué)品：設(shè)計分子結(jié)構(gòu)時，優(yōu)先選用無毒、低毒、環(huán)境友好的原子或基團。例如，用碳-碳鍵替代碳-氯鍵（減少鹵代烴污染），設(shè)計易于生物降解的分子結(jié)構(gòu)。*其他原則的體現(xiàn)：如設(shè)計可生物降解的化學(xué)品，考慮其生命周期；設(shè)計催化反應(yīng)，提高效率并減少廢物。*實例：設(shè)計替代氟利昂的制冷劑，從分子結(jié)構(gòu)上避免了臭氧層破壞和溫室效應(yīng)；設(shè)計可生物降解的塑料，減少白色污染。通過這些設(shè)計，可以在分子層面就實現(xiàn)更綠色、更可持續(xù)的化學(xué)品和化學(xué)過程。2.答：綠色化學(xué)原則在催化劑的選擇與設(shè)計中主要體現(xiàn)在以下幾個方面：*原子經(jīng)濟性（原則3）：選擇高選擇性催化劑，使反應(yīng)主要生成目標產(chǎn)物，減少副產(chǎn)物，提高原子經(jīng)濟性。例如，不對稱催化可以實現(xiàn)對手性底物的區(qū)域選擇性轉(zhuǎn)化。*安全化學(xué)（原則5）：選擇環(huán)境友好的催化劑，避免使用劇毒、高污染的催化劑（如某些重金屬鹽）。優(yōu)先選用非貴金屬催化劑、生物催化劑（酶）或環(huán)境友好的離子液體作為催化劑。*使用更安全的化學(xué)品（原則9）：催化劑本身應(yīng)該是安全的化學(xué)品，在使用過程中不引入新的毒害物質(zhì)，反應(yīng)后易于去除或回收。*催化（原則4）：催化劑可以降低反應(yīng)活化能，提高反應(yīng)速率，有時也能引導(dǎo)反應(yīng)向更綠色的方向進行。高效、高選擇性的催化技術(shù)是實現(xiàn)綠色化學(xué)的關(guān)鍵。*可降解性（原則7）：對于需要使用液體催化劑的情況，優(yōu)先選擇可生物降解的溶劑或介質(zhì)（如某些離子液體、水），并考慮催化劑本身的可降解性。*實例：使用固定床催化劑（如Cu/ZnO）進行合成氣制取甲醇，原子經(jīng)濟性高，可連續(xù)使用；使用酶作為催化劑進行手性藥物的合成，條件溫和，選擇性好，環(huán)境友好；使用負載型貴金屬催化劑（如Pd/C）進行加氫反應(yīng)，選擇性高，可回收利用。五、設(shè)計題（答案要點，具體路線可能多樣）設(shè)計綠色化學(xué)路線合成目標產(chǎn)物A：（1）起始原料與溶劑選擇：選擇可再生生物質(zhì)來源的化合物作為起始原料（如葡萄糖衍生物）。反應(yīng)在環(huán)境友好的水相中進行，或使用超臨界CO2作為溶劑，或選擇低毒、可生物降解的綠色溶劑（如乙醇、某些離子液體）。例如，若A為一種醇，可考慮從糖類出發(fā)，通過酶催化或綠色化學(xué)路線引入所需官能團。（2）反應(yīng)步驟與原子經(jīng)濟性：設(shè)計多步合成路線，每一步都應(yīng)考慮高原子經(jīng)濟性。優(yōu)先選擇加成、偶聯(lián)等一步合成目標分子的反應(yīng)，避免多步串聯(lián)且副產(chǎn)物多的路線。例如，若目標產(chǎn)物包含一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)，考慮使用環(huán)化反應(yīng)或分子內(nèi)縮合反應(yīng)。（3）催化方法選擇：采用高效、高選擇性的綠色催化劑。例如，使用酶進行區(qū)域選擇性羥基化或酯化，或使用非貴金