高考命题新宠儿——绿色化学

山东 孙 晶

高考命题新宠儿
——绿色化学

山东 孙 晶

绿色化学又称“环境无害化学”“环境友好化学”“清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和发展起来的。绿色化学是指在制造和应用化学产品时应有效利用（最好可再生）原料，消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂。绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。

绿色化学在高考命题中的地位也逐渐升温，下面从不同角度阐释绿色化学的考查方向。

角度一：融合可持续发展考查

例1 （2012江苏）化学在资源利用、环境保护等与社会可持续发展密切相关的领域发挥着积极作用。下列做法与社会可持续发展理念相违背的是 （ ）

A．改进汽车尾气净化技术，减少大气污染物的排放

B．开发利用可再生能源，减少化石燃料的使用

C．研发可降解高分子材料，减少“白色污染”

D．过度开采矿物资源，促进地方经济发展

解析：改进汽车尾气净化技术，减少大气污染物的排放，A项正确；开发利用太阳能、风能、潮汐能、地热能等可再生能源，可以减轻温室效应的压力，符合绿色化学理念，B项正确；“白色污染”在土壤和水体中富集可长期影响农作物的生长、海洋渔业等，研发可降解高分子材料，给塑料工业带来可持续发展的机遇，C项正确。过度开发矿物资源，不利于地方经济发展的可持续发展，甚至导致资源浪费，环境污染。

答案：D

角度二：融合实验细节考查

例2 （2009广东）下列符合化学实验“绿色化学”的有（ ）

①在萃取操作的演示实验中，将CCl4萃取溴水改为CCl4萃取碘水 ②在铜与浓硫酸反应的实验中，将铜片改为可调节高度的铜丝 ③将实验室的废酸液与废碱液中和后再排放

A．①② B．①③

C．②③ D．①②③

解析：因为溴易挥发，所以在萃取操作的演示实验中，可将CCl4萃取溴水改为CCl4萃取碘水；在Cu与浓硫酸反应的实验中为避免生成过量的SO2污染环境，可将铜片改为可调节高度的铜丝；将实验室的废酸液与废碱液中和后再排放，可减少水体污染。

答案：D

角度三：从反应类型上考查

例3 在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率100%，不产生其他有毒物质，预防污染即防患于未然，从根本上消除污染。下列反应类型能体现“原子经济性”原则的是 （ ）

①置换反应 ②化合反应 ③分解反应 ④取代反应

⑤加成反应 ⑥加聚反应

A．①②⑤ B．②⑤⑥

C．只有⑤⑥ D．只有④

解析：高效的绿色有机合成反应应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标分子中，如完全的加成反应、加聚反应、化合反应，达到零排放。

答案：B

角度四：从信息领悟上考查

例4 绿色化学对于化学反应提出了“原子经济性”（原子节约）的新概念及要求。理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放。下列几种生产乙苯的方法中，原子经济性最好的是（反应均在一定条件下进行） （ ）

解析：读懂信息、领悟信息，将大脑获取的信息转化为解决该题的思路，解决本题的关键词是“原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放”，那么加成反应就符合“原子经济性”要求，而取代反应就不符合。

答案：C

角度五：从物质制备流程上考查

例5 近年来，冠以“绿色”的新概念不断产生，如绿色食品、绿色材料、绿色能源、绿色化学等，这里的“绿色”是对人类社会可持续发展战略的形象表述。“绿色化学”要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应。据此，由单质镁制硝酸镁的下列4个方案中，你认为可行而且符合“绿色化学”要求的方案是 （ ）

解析：A方案虽然步骤少，但反应过程中会产生大量氮氧化物，污染空气。另外消耗原料也多，不符合“绿色化学”的要求；B方案步骤烦琐，用原料种类多，不符合“绿色化学”的要求；C方案步骤较少，节约原料，无污染，符合“绿色化学”的要求；D方案用原料较多，在第一步还会产生大量的SO2气体，污染空气，又浪费原料，不符合“绿色化学”的要求。

答案：C

角度六：从定量计算上考查

例6 “绿色化学”是当今社会人们提出的一个新概念。在绿色化学中，一个重要的衡量指标是原子利用率。

其计算公式：

则用乙基蒽醌法制备H2O2的原子利用率为 （ ）

A．12．6% B．12．5%

C．94．1% D．100%

解析：本题考查物质制备中的原子利用率计算。若将上述两步反应相加，得总反应式：，即乙基蒽醌在制备H2O2的反应中充当催化剂，而不是反应物，因此原子利用率是100%。解答本题时，很容易根据第一个化学反应计算原子利用率为＝12．6%，从而误选A项。错误原因是忽视第二个化学反应，没有对H2O2的制备原理进行分析，不能根据H2O2的制备的总反应进行分析和计算。

答案：D

角度七：融合废水处理考查

例7 （2016浙江，13）为落实“五水共治”，某工厂拟综合处理含N废水和工业废气（主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考虑其他成分），设计了如下流程：

下列说法不正确的是 （ ）

A．固体1中主要含有Ca（OH）2、CaCO3、CaSO3

B．X可以是空气，且需过量

C．捕获剂所捕获的气体主要是CO

【解析】工业废气通入过量的石灰乳，CO2和SO2与石灰乳反应生成CaCO3、CaSO3，A项正确；气体1为N2、NO、CO，为保证NO被吸收生成NaNO2，须发生反应2NO＋O2气不能过量，B项错误；C、D两项正确。

答案：B

角度八：融合化工合成路径考查

例8 （2014上海，七）氯气和氯乙烯都是非常重要的化工产品，年产量均在107t左右。氯气的实验室制备和氯乙烯的工业生产都有多种不同方法。

（1）工业上用电石－乙炔法生产氯乙烯的反应如下：

电石－乙炔法的优点是流程简单，产品纯度高，而且不依赖于石油资源。

电石－乙炔法的缺点是_____________________、____________________。

（2）乙烷和氯气反应可制得ClCH2CH2Cl，ClCH2CH2Cl加热分解得到氯乙烯和氯化氢。

设计一种以乙烯和氯气为原料制取氯乙烯的方案（其他原料自选），用化学方程式表示（不必注明反应条件）

要求：①反应产生的氯化氢必须用于氯乙烯的制备；②不产生其他废液。

解析：（1）工业上在高温下生产电石，用电石生产乙炔，耗能大，由于乙炔与HCl的反应在氯化汞的作用下进行，污染环境。（2）以乙烯和氯气为原料制取氯乙烯，可由乙烯和氯气发生加成反应生成1，2－二氯乙烷，1，2－二氯乙烷发生消去反应生成氯乙烯，生成的氯化氢与乙炔发生加成反应，制取氯乙烯。这样原料全部用于反应，体现了绿色化学思想。

角度九：从元素守恒上考查

例9 在绿色化学工艺中，理想状态是反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子的利用率为100%，在用的过程中，欲使原子利用率达到最高，还需要的反应物有 （ ）

A．CO2和H2O B．CO和CH3OH

C．CH3OH和H2D．CO2和H2

答案：B

角度十：融合物质的制备方案考查

例10 工业上目前使用两种方法制取乙醛：（1）乙炔水化法；（2）乙烯氧化法。

下列两表提供生产过程中原料、反应条件、原料平衡转化率、产量等有关的信息情况：

表一：原料、反应条件、平衡转化率、日产量

表二：原料来源生产工艺

根据上述两表，回答下列问题：

（1）写出下列化学方程式：

a．乙炔水化法制乙醛_____________；b．乙烯氧化法制乙醛_____________。

（2）从两表中分析，现代工业上乙烯氧化法逐步取代乙炔水化法（从环境、原料来源、产率和产量、能耗等角度），分析可能的原因：________________________________________。

（3）从化学反应速率角度分析，在相同条件下，两种制取乙醛的方法哪种快？________。

（4）若将上述两种方法的反应条件，均增加“100atm”，原料平衡转化率________（填“增大”“减小”或“不变”）；而实际生产中不采用的理由是__________________________________________________________________________________。

解析：本题需要结合生产原理和实际生产，从环保、能耗、经济等角度综合考虑。乙炔水化法制乙醛时，乙炔先与水发生加成反应，生成的乙烯醇不稳定，再进行分子重排，生成乙醛。该反应使用剧毒的汞盐作催化剂，且生产步骤多，消耗大量的电能，日产量又较乙烯氧化法低，上述因素都导致乙烯氧化法代替乙炔水化法。从这两个反应的特征来看，都是气体体积减小的反应，所以增大压强都有利于乙醛的生成，但增大压强将提高工业成本，从工业实际考虑是不经济的。

（2）从表一来看，两者反应条件温度相当，但乙炔水化法制乙醛使用的是汞盐催化剂，毒性大；虽然乙烯氧化法的转化率略小于乙炔水化法，但反应快、日产量比其高得多。从表二来看，乙炔的制取要经过多步反应制得，且消耗大量的热能、电能，较难获得；乙烯来源于石油裂解气，消耗的总能量比乙炔少，且较容易获得

（3）乙烯氧化法快

（4）增大 因为两种方法在相应反应条件下，转化率都已经很高，增大压强将消耗能量和增加设备，不经济

（作者单位：山东省日照市莒县第四中学）