2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫——綠色合成化學(xué)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)。）1.下列哪項不屬于綠色化學(xué)十二項原則的具體內(nèi)容？A.原子經(jīng)濟(jì)性B.使用更安全的化學(xué)合成方法C.催化轉(zhuǎn)化，而非stoichiometric轉(zhuǎn)化D.設(shè)計安全的化學(xué)品，使其在生命周期內(nèi)降低風(fēng)險2.旨在最小化產(chǎn)生危險廢物的化學(xué)品設(shè)計原則是：A.原子經(jīng)濟(jì)性原則B.安全化學(xué)品設(shè)計原則C.使用更安全的化學(xué)合成方法原則D.避免使用有毒物質(zhì)原則3.下列哪種反應(yīng)介質(zhì)相比傳統(tǒng)有機(jī)溶劑具有更低的揮發(fā)性、毒性，且可循環(huán)使用？A.水相介質(zhì)B.有機(jī)溶劑（如甲苯、二氯甲烷）C.超臨界二氧化碳D.離子液體4.在綠色化學(xué)中，流化床反應(yīng)器相比傳統(tǒng)固定床反應(yīng)器的主要優(yōu)勢之一是：A.可處理更小規(guī)模的反應(yīng)B.催化劑不易磨損，且易于分離C.通常需要更高的反應(yīng)溫度D.不適用于熱效應(yīng)較大的反應(yīng)5.原子經(jīng)濟(jì)性高的化學(xué)反應(yīng)意味著：A.反應(yīng)速率非?？霣.產(chǎn)物純度高C.生成目標(biāo)產(chǎn)物的原子最大限度地轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)品中D.反應(yīng)條件非常溫和6.下列哪種能源或技術(shù)利用不屬于綠色合成化學(xué)中努力降低能耗的方向？A.光催化B.電化學(xué)合成C.高溫高壓反應(yīng)D.生物催化7.E-factor（環(huán)境因子）主要用于衡量：A.化學(xué)品的反應(yīng)活性B.生產(chǎn)每單位產(chǎn)品產(chǎn)生的廢棄物量C.反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性D.化學(xué)品的儲存穩(wěn)定性8.利用酶作為催化劑進(jìn)行合成反應(yīng)屬于：A.光化學(xué)合成B.生物催化C.催化化學(xué)D.流程化學(xué)9.將傳統(tǒng)上作為廢棄物的副產(chǎn)物進(jìn)行回收利用，這體現(xiàn)了綠色合成化學(xué)的哪個原則？A.原子經(jīng)濟(jì)性B.使用更安全的化學(xué)合成方法C.設(shè)計安全的化學(xué)品D.化學(xué)產(chǎn)品的安全使用10.下列哪個工業(yè)過程最有可能從超臨界流體（如超臨界CO2）作為反應(yīng)介質(zhì)中顯著受益？A.大規(guī)模合成大宗基礎(chǔ)化學(xué)品（如乙烯、丙烯）B.合成需要極低溫條件的精細(xì)化學(xué)品C.需要高極性介質(zhì)的離子型反應(yīng)D.固體催化劑的負(fù)載與活化二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上。）1.綠色化學(xué)的核心思想是從源頭上減少或消除化學(xué)產(chǎn)品和過程對環(huán)境和人體健康的風(fēng)險，其十二條原則由美國化學(xué)會在_______年提出。2._______是指生成目標(biāo)產(chǎn)物所消耗的原料總質(zhì)量與所得產(chǎn)物質(zhì)量之比，是衡量反應(yīng)效率的重要指標(biāo)。3.在許多有機(jī)合成中，使用_______（如分子篩）可以代替stoichiometric量的酸或堿，從而減少廢物的產(chǎn)生，這符合綠色化學(xué)的_______原則。4._______是一種重要的綠色溶劑，其臨界溫度和臨界壓力分別為31.1°C和7.39MPa，在臨界狀態(tài)下具有獨特的溶解性能。5.通過優(yōu)化反應(yīng)條件（如溫度、壓力、催化劑）或改變反應(yīng)路徑，可以提高化學(xué)反應(yīng)的_______，從而減少副產(chǎn)物的生成。6._______是指通過生物體（酶或整株生物）或其組成部分（細(xì)胞、組織）來催化化學(xué)反應(yīng)。7.流程化學(xué)的目標(biāo)之一是開發(fā)連續(xù)式的生產(chǎn)過程，以替代傳統(tǒng)的_______式反應(yīng)器，從而提高效率、減少物料損耗和能耗。8.評價一個化學(xué)過程或產(chǎn)品的環(huán)境友好程度，可以采用_______等方法。9.在制藥工業(yè)中，手性藥物的合成常常需要高立體選擇性的催化劑，綠色合成化學(xué)致力于開發(fā)_______和_______的催化體系。10.將可再生生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為平臺化合物（如乙醇、乳酸），再進(jìn)一步合成高附加值的化學(xué)品，是發(fā)展_______化學(xué)的重要方向。三、簡答題（每題5分，共15分。）1.簡述綠色化學(xué)與傳統(tǒng)化學(xué)在對待化學(xué)品和反應(yīng)過程的理念上的主要區(qū)別。2.簡要說明使用水相介質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)相比于使用傳統(tǒng)有機(jī)溶劑有哪些潛在的環(huán)境優(yōu)勢。3.簡述綠色化學(xué)評價中的一個常用指標(biāo)——E-factor的含義及其在指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用價值。四、論述題（每題10分，共20分。）1.以某一具體的重要工業(yè)化學(xué)品（如對乙酰氨基苯酚，即撲熱息痛；或某種特定聚合物）為例，簡述可以采取哪些綠色化學(xué)技術(shù)或策略來改進(jìn)其傳統(tǒng)的合成路線，并分析這些改進(jìn)在環(huán)境、經(jīng)濟(jì)或社會方面的潛在效益。2.討論綠色合成化學(xué)在實現(xiàn)化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面面臨的主要挑戰(zhàn)，并就如何克服這些挑戰(zhàn)提出你的見解。試卷答案一、選擇題1.C*解析思路：選項A、B、D均為綠色化學(xué)十二原則的具體內(nèi)容。選項C描述的是催化劑的使用方式，是催化化學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)特點，并非綠色化學(xué)原則本身。2.B*解析思路：選項B直接對應(yīng)綠色化學(xué)十二原則中的“設(shè)計安全的化學(xué)品，使其在生命周期內(nèi)降低風(fēng)險”。選項A是原子經(jīng)濟(jì)性原則，選項C是使用更安全的化學(xué)合成方法原則，選項D是避免使用有毒物質(zhì)原則，均與化學(xué)品設(shè)計本身相關(guān)，但表述不如B項直接。3.C*解析思路：超臨界二氧化碳（SC-CO2）因其低毒、低粘度、易調(diào)控介電特性、可循環(huán)使用等優(yōu)點，是綠色化學(xué)中備受關(guān)注的替代性溶劑。水相介質(zhì)（A）廣泛但并非所有反應(yīng)都適用；有機(jī)溶劑（B）是傳統(tǒng)介質(zhì)，多數(shù)存在環(huán)境問題；離子液體（D）雖然綠色，但成本較高。4.B*解析思路：流化床反應(yīng)器能使催化劑顆粒保持懸浮狀態(tài)，如同流體，強(qiáng)化了傳質(zhì)傳熱，反應(yīng)效率高，且催化劑易于分離回收，減少了磨損。選項A、C、D并非其主要優(yōu)勢。5.C*解析思路：原子經(jīng)濟(jì)性定義為（目標(biāo)產(chǎn)物總原子量/反應(yīng)物總原子量）×100%，衡量了反應(yīng)物原子轉(zhuǎn)化到目標(biāo)產(chǎn)物中的比例，比例越高，浪費越少，越綠色。6.C*解析思路：綠色合成化學(xué)致力于節(jié)能降耗，選項A、B、D（光催化、電化學(xué)合成、生物催化）均為綠色節(jié)能的技術(shù)方向。選項C（高溫高壓反應(yīng)）通常需要消耗大量能源，不符合綠色化學(xué)節(jié)能的原則。7.B*解析思路：E-factor（環(huán)境因子）定義為每單位重量產(chǎn)品產(chǎn)生的廢物重量，是衡量化學(xué)過程環(huán)境負(fù)荷的常用指標(biāo)，直接反映生產(chǎn)過程的綠色化程度。8.B*解析思路：利用酶作為生物催化劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過程被稱為生物催化。光化學(xué)合成（A）利用光能，催化化學(xué)（C）泛指使用催化劑，流程化學(xué)（D）關(guān)注反應(yīng)過程設(shè)計。9.A*解析思路：將副產(chǎn)物回收利用，意味著反應(yīng)物原子更多地進(jìn)入了期望的產(chǎn)物，提高了原子經(jīng)濟(jì)性。選項B描述的是E-factor，選項C、D描述的是化學(xué)品設(shè)計原則。10.D*解析思路：超臨界CO2對有機(jī)物（特別是非極性或弱極性）具有良好的溶解性，且無毒、不燃燒，可用于催化反應(yīng)、萃取等。選項A的大宗化學(xué)品合成通常規(guī)模巨大，對介質(zhì)要求苛刻；選項B需要低溫，CO2臨界點高；選項C水相介質(zhì)極性強(qiáng)；選項D中固體催化劑的負(fù)載、活化或某些有機(jī)合成反應(yīng)，超臨界CO2可作為載體或反應(yīng)介質(zhì)，符合其應(yīng)用特點。二、填空題1.1990*解析思路：綠色化學(xué)的十二原則由美國化學(xué)會（ACS）在其出版物《環(huán)境與健康展望》（EnvironmentalHealthPerspectives）中于1990年提出。2.原子經(jīng)濟(jì)性*解析思路：原子經(jīng)濟(jì)性是衡量化學(xué)反應(yīng)效率的核心指標(biāo)，定義為生成目標(biāo)產(chǎn)物所消耗的原料總質(zhì)量與所得產(chǎn)物質(zhì)量之比。3.分子篩；使用更安全的化學(xué)合成方法*解析思路：分子篩是一種具有均勻孔徑的固體材料，可選擇性吸附小分子，用于替代stoichiometric量的酸堿催化劑。這符合“使用更安全的化學(xué)合成方法”原則，即通過改變反應(yīng)物或催化劑，減少危險物質(zhì)的使用。4.超臨界二氧化碳*解析思路：超臨界二氧化碳（SupercriticalCarbonDioxide,SC-CO2）因其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，在綠色化學(xué)中作為溶劑或反應(yīng)介質(zhì)得到廣泛應(yīng)用。5.原子經(jīng)濟(jì)性（或選擇性地填“選擇性”）*解析思路：通過優(yōu)化條件或改變路徑提高反應(yīng)效率，主要體現(xiàn)為提高原子經(jīng)濟(jì)性（原料原子進(jìn)入目標(biāo)產(chǎn)物），或提高區(qū)域選擇性、立體選擇性（得到更純的產(chǎn)品）。6.生物催化*解析思路：利用生物體或其組分（酶、細(xì)胞等）作為催化劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過程稱為生物催化。7.間歇式（或批式）*解析思路：流化床反應(yīng)器是連續(xù)式反應(yīng)器的一種，與傳統(tǒng)的間歇式（批式）反應(yīng)器（BatchReactor）形成對比。8.生命周期評價（或LCA）*解析思路：生命周期評價（LifeCycleAssessment,LCA）是一種系統(tǒng)化方法，用于評估產(chǎn)品或服務(wù)從搖籃到墳?zāi)梗ɑ驈膿u籃到大門）整個生命周期內(nèi)的環(huán)境impacts。9.高手性（或手性）；高區(qū)域選擇性（或區(qū)域選擇性）*解析思路：手性藥物合成需要特定的立體化學(xué)構(gòu)型，要求催化劑具有高立體選擇性（手性催化）。同時，合成過程也可能需要高區(qū)域選擇性，避免生成異構(gòu)體。10.可再生資源（或生物基）*解析思路：利用可再生生物質(zhì)資源替代不可再生的化石資源，合成化學(xué)品，屬于可再生資源化學(xué)或生物基化學(xué)的發(fā)展方向。三、簡答題1.綠色化學(xué)與傳統(tǒng)化學(xué)在對待化學(xué)品和反應(yīng)過程的理念上的主要區(qū)別在于：*目標(biāo)側(cè)重：傳統(tǒng)化學(xué)更側(cè)重于合成新化合物、提高反應(yīng)速率和產(chǎn)率，而對產(chǎn)生的廢棄物和環(huán)境impact關(guān)注較少。綠色化學(xué)則將環(huán)境健康和可持續(xù)發(fā)展放在首位，從源頭上設(shè)計化學(xué)產(chǎn)品和過程，力求減少或消除對環(huán)境和人類健康的危害。*問題解決方式：傳統(tǒng)化學(xué)遇到污染問題時，往往采用末端治理的方法。綠色化學(xué)則強(qiáng)調(diào)預(yù)防原則，力求在反應(yīng)設(shè)計階段就避免使用有害物質(zhì)、產(chǎn)生廢物。*評價標(biāo)準(zhǔn)：傳統(tǒng)化學(xué)的評價標(biāo)準(zhǔn)主要是產(chǎn)率、選擇性和反應(yīng)速率。綠色化學(xué)引入了原子經(jīng)濟(jì)性、E-factor、生態(tài)毒理學(xué)等更全面的評價指標(biāo)，衡量過程的整體環(huán)境友好性和可持續(xù)性。2.使用水相介質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)相比于使用傳統(tǒng)有機(jī)溶劑具有以下潛在的環(huán)境優(yōu)勢：*毒性較低：許多傳統(tǒng)有機(jī)溶劑（如苯、甲苯、二氯甲烷、DMF等）具有毒性，對人體健康和環(huán)境有害。水是相對無毒的溶劑。*易生物降解：水溶性或可溶于水的有機(jī)污染物更容易被微生物分解，而許多傳統(tǒng)有機(jī)溶劑難以降解。*不易燃易爆：大多數(shù)水相反應(yīng)可以在常溫常壓下進(jìn)行，使用的水相介質(zhì)通常不燃燒或不爆炸，安全性更高。*減少廢棄物處理負(fù)擔(dān)：水相反應(yīng)后，如果產(chǎn)物不溶于水，可以通過簡單分離（如萃取、蒸餾）除去產(chǎn)物，水可以循環(huán)使用，減少了需要處理的有毒有機(jī)廢物量。*溶劑可再生：水是地球上最豐富的資源，可再生利用。3.E-factor（環(huán)境因子）的含義及其在指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用價值：*含義：E-factor（環(huán)境因子）是一個衡量化學(xué)過程環(huán)境負(fù)荷的指標(biāo)，定義為每單位重量產(chǎn)品（通常指千克）所產(chǎn)生的廢物（通常指千克）的量。計算公式為：E-factor=（廢物總量/產(chǎn)品總量）。廢物通常包括反應(yīng)殘渣、未反應(yīng)原料、溶劑、副產(chǎn)物等。*應(yīng)用價值：E-factor是指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)綠色化的有力工具。低E-factor代表過程高效、廢物產(chǎn)生少，環(huán)境impact小，過程更綠色。通過監(jiān)測和比較不同工藝或工廠的E-factor，企業(yè)可以：*識別出廢物產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)。*激勵研發(fā)人員進(jìn)行工藝改進(jìn)，以降低E-factor，例如開發(fā)原子經(jīng)濟(jì)性更高的反應(yīng)、改進(jìn)分離回收技術(shù)、循環(huán)利用副產(chǎn)物或溶劑。*為企業(yè)設(shè)定減排目標(biāo)和進(jìn)行綠色績效評估提供量化依據(jù)。*滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求，并提升企業(yè)形象。四、論述題1.以對乙酰氨基苯酚（撲熱息痛）為例，改進(jìn)傳統(tǒng)合成路線的綠色化學(xué)策略及效益分析：*傳統(tǒng)路線簡述：通常由苯胺與乙酸乙酯在乙酸催化下反應(yīng)（乙?；缓笈c苯酚在發(fā)煙硫酸存在下反應(yīng)（重氮化-偶聯(lián)），最后水解得到產(chǎn)物。該路線使用強(qiáng)酸（發(fā)煙硫酸）、有毒溶劑（乙酸乙酯）、產(chǎn)生大量含硫廢水和氮氧化物等副產(chǎn)物。*綠色改進(jìn)策略：*催化劑改進(jìn)：開發(fā)更高效、選擇性、可回收的固體酸催化劑（如離子液體、沸石）替代發(fā)煙硫酸進(jìn)行乙?；?；開發(fā)無酸或弱酸條件下的重氮化偶聯(lián)催化劑。*溶劑替代：使用水相介質(zhì)、超臨界流體（如SC-CO2）或綠色極性溶劑（如乙腈水溶液、醇類）替代乙酸乙酯。*反應(yīng)條件優(yōu)化：降低反應(yīng)溫度和壓力，尋找更溫和的催化體系。*原子經(jīng)濟(jì)性提升：設(shè)計原位反應(yīng)或耦合反應(yīng)，減少中間產(chǎn)物分離，提高整體原子經(jīng)濟(jì)性。例如，直接從苯胺和苯酚出發(fā)，通過一鍋法或高效串聯(lián)反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物。*副產(chǎn)物資源化：將反應(yīng)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物（如硫酸鹽、鹵化物）進(jìn)行回收和利用，如制備化肥、硫酸鹽基材料等。*潛在效益：*環(huán)境效益：大幅減少強(qiáng)酸、有毒溶劑的使用，降低廢水和廢氣排放，減輕對環(huán)境的污染；減少危險化學(xué)品的處理風(fēng)險。*經(jīng)濟(jì)效益：可能降低原料和溶劑成本；減少廢物處理費用；提高催化劑的循環(huán)使用率，降低生產(chǎn)成本；提升產(chǎn)品的市場競爭力（綠色產(chǎn)品）。*社會效益：提高生產(chǎn)過程的安全性，改善工人操作環(huán)境；符合可持續(xù)發(fā)展要求，提升企業(yè)社會責(zé)任形象。2.綠色合成化學(xué)在實現(xiàn)化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面面臨的主要挑戰(zhàn)及克服見解：*主要挑戰(zhàn)：*技術(shù)經(jīng)濟(jì)性差距：許多綠色技術(shù)（如某些新型催化劑、反應(yīng)介質(zhì)、過程強(qiáng)化技術(shù)）雖然環(huán)境效益顯著，但初始投資成本較高，或操作條件要求苛刻，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高于傳統(tǒng)方法，難以在工業(yè)上大規(guī)模推廣應(yīng)用。*傳統(tǒng)思維定式與產(chǎn)業(yè)慣性：化工行業(yè)規(guī)模龐大，存在成熟的工藝路線和龐大的基礎(chǔ)設(shè)施。推動綠色化學(xué)轉(zhuǎn)型需要克服企業(yè)、科研人員和管理者的傳統(tǒng)思維定式，投入大量資源進(jìn)行研發(fā)和改造。*基礎(chǔ)研究與應(yīng)用脫節(jié)