高考命題新寵兒
——綠色化學

山東 孫 晶

高考命題新寵兒
——綠色化學

山東 孫 晶

綠色化學又稱“環境無害化學”“環境友好化學”“清潔化學”，綠色化學是近十年才產生和發展起來的。綠色化學是指在制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。綠色化學的最大特點是在始端就采用預防污染的科學手段，因而過程和終端均為零排放或零污染。世界上很多國家已把“化學的綠色化”作為新世紀化學進展的主要方向之一。

綠色化學在高考命題中的地位也逐漸升溫，下面從不同角度闡釋綠色化學的考查方向。

角度一：融合可持續發展考查

例1 （2012江蘇）化學在資源利用、環境保護等與社會可持續發展密切相關的領域發揮著積極作用。下列做法與社會可持續發展理念相違背的是 （ ）

A．改進汽車尾氣凈化技術，減少大氣污染物的排放

B．開發利用可再生能源，減少化石燃料的使用

C．研發可降解高分子材料，減少“白色污染”

D．過度開采礦物資源，促進地方經濟發展

解析：改進汽車尾氣凈化技術，減少大氣污染物的排放，A項正確；開發利用太陽能、風能、潮汐能、地熱能等可再生能源，可以減輕溫室效應的壓力，符合綠色化學理念，B項正確；“白色污染”在土壤和水體中富集可長期影響農作物的生長、海洋漁業等，研發可降解高分子材料，給塑料工業帶來可持續發展的機遇，C項正確。過度開發礦物資源，不利于地方經濟發展的可持續發展，甚至導致資源浪費，環境污染。

答案：D

角度二：融合實驗細節考查

例2 （2009廣東）下列符合化學實驗“綠色化學”的有（ ）

①在萃取操作的演示實驗中，將CCl4萃取溴水改為CCl4萃取碘水 ②在銅與濃硫酸反應的實驗中，將銅片改為可調節高度的銅絲 ③將實驗室的廢酸液與廢堿液中和后再排放

A．①② B．①③

C．②③ D．①②③

解析：因為溴易揮發，所以在萃取操作的演示實驗中，可將CCl4萃取溴水改為CCl4萃取碘水；在Cu與濃硫酸反應的實驗中為避免生成過量的SO2污染環境，可將銅片改為可調節高度的銅絲；將實驗室的廢酸液與廢堿液中和后再排放，可減少水體污染。

答案：D

角度三：從反應類型上考查

例3 在“綠色化學工藝”中，理想狀態是反應物中的原子全部轉化為欲制得的產物，即原子利用率100%，不產生其他有毒物質，預防污染即防患于未然，從根本上消除污染。下列反應類型能體現“原子經濟性”原則的是 （ ）

①置換反應 ②化合反應 ③分解反應 ④取代反應

⑤加成反應 ⑥加聚反應

A．①②⑤ B．②⑤⑥

C．只有⑤⑥ D．只有④

解析：高效的綠色有機合成反應應最大限度地利用原料分子的每一個原子，使之結合到目標分子中，如完全的加成反應、加聚反應、化合反應，達到零排放。

答案：B

角度四：從信息領悟上考查

例4 綠色化學對于化學反應提出了“原子經濟性”（原子節約）的新概念及要求。理想的原子經濟性反應是原料分子中的原子全部轉變成所需產物，不產生副產物，實現零排放。下列幾種生產乙苯的方法中，原子經濟性最好的是（反應均在一定條件下進行） （ ）

解析：讀懂信息、領悟信息，將大腦獲取的信息轉化為解決該題的思路，解決本題的關鍵詞是“原料分子中的原子全部轉變成所需產物，不產生副產物，實現零排放”，那么加成反應就符合“原子經濟性”要求，而取代反應就不符合。

答案：C

角度五：從物質制備流程上考查

例5 近年來，冠以“綠色”的新概念不斷產生，如綠色食品、綠色材料、綠色能源、綠色化學等，這里的“綠色”是對人類社會可持續發展戰略的形象表述?！熬G色化學”要求從經濟、環保和技術上設計可行的化學反應。據此，由單質鎂制硝酸鎂的下列4個方案中，你認為可行而且符合“綠色化學”要求的方案是 （ ）

解析：A方案雖然步驟少，但反應過程中會產生大量氮氧化物，污染空氣。另外消耗原料也多，不符合“綠色化學”的要求；B方案步驟煩瑣，用原料種類多，不符合“綠色化學”的要求；C方案步驟較少，節約原料，無污染，符合“綠色化學”的要求；D方案用原料較多，在第一步還會產生大量的SO2氣體，污染空氣，又浪費原料，不符合“綠色化學”的要求。

答案：C

角度六：從定量計算上考查

例6 “綠色化學”是當今社會人們提出的一個新概念。在綠色化學中，一個重要的衡量指標是原子利用率。

其計算公式：

則用乙基蒽醌法制備H2O2的原子利用率為 （ ）

A．12．6% B．12．5%

C．94．1% D．100%

解析：本題考查物質制備中的原子利用率計算。若將上述兩步反應相加，得總反應式：，即乙基蒽醌在制備H2O2的反應中充當催化劑，而不是反應物，因此原子利用率是100%。解答本題時，很容易根據第一個化學反應計算原子利用率為＝12．6%，從而誤選A項。錯誤原因是忽視第二個化學反應，沒有對H2O2的制備原理進行分析，不能根據H2O2的制備的總反應進行分析和計算。

答案：D

角度七：融合廢水處理考查

例7 （2016浙江，13）為落實“五水共治”，某工廠擬綜合處理含N廢水和工業廢氣（主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考慮其他成分），設計了如下流程：

下列說法不正確的是 （ ）

A．固體1中主要含有Ca（OH）2、CaCO3、CaSO3

B．X可以是空氣，且需過量

C．捕獲劑所捕獲的氣體主要是CO

【解析】工業廢氣通入過量的石灰乳，CO2和SO2與石灰乳反應生成CaCO3、CaSO3，A項正確；氣體1為N2、NO、CO，為保證NO被吸收生成NaNO2，須發生反應2NO＋O2氣不能過量，B項錯誤；C、D兩項正確。

答案：B

角度八：融合化工合成路徑考查

例8 （2014上海，七）氯氣和氯乙烯都是非常重要的化工產品，年產量均在107t左右。氯氣的實驗室制備和氯乙烯的工業生產都有多種不同方法。

（1）工業上用電石－乙炔法生產氯乙烯的反應如下：

電石－乙炔法的優點是流程簡單，產品純度高，而且不依賴于石油資源。

電石－乙炔法的缺點是_____________________、____________________。

（2）乙烷和氯氣反應可制得ClCH2CH2Cl，ClCH2CH2Cl加熱分解得到氯乙烯和氯化氫。

設計一種以乙烯和氯氣為原料制取氯乙烯的方案（其他原料自選），用化學方程式表示（不必注明反應條件）

要求：①反應產生的氯化氫必須用于氯乙烯的制備；②不產生其他廢液。

解析：（1）工業上在高溫下生產電石，用電石生產乙炔，耗能大，由于乙炔與HCl的反應在氯化汞的作用下進行，污染環境。（2）以乙烯和氯氣為原料制取氯乙烯，可由乙烯和氯氣發生加成反應生成1，2－二氯乙烷，1，2－二氯乙烷發生消去反應生成氯乙烯，生成的氯化氫與乙炔發生加成反應，制取氯乙烯。這樣原料全部用于反應，體現了綠色化學思想。

角度九：從元素守恒上考查

例9 在綠色化學工藝中，理想狀態是反應物中原子全部轉化為欲制得的產物，即原子的利用率為100%，在用的過程中，欲使原子利用率達到最高，還需要的反應物有 （ ）

A．CO2和H2O B．CO和CH3OH

C．CH3OH和H2D．CO2和H2

答案：B

角度十：融合物質的制備方案考查

例10 工業上目前使用兩種方法制取乙醛：（1）乙炔水化法；（2）乙烯氧化法。

下列兩表提供生產過程中原料、反應條件、原料平衡轉化率、產量等有關的信息情況：

表一：原料、反應條件、平衡轉化率、日產量

表二：原料來源生產工藝

根據上述兩表，回答下列問題：

（1）寫出下列化學方程式：

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

（2）從兩表中分析，現代工業上乙烯氧化法逐步取代乙炔水化法（從環境、原料來源、產率和產量、能耗等角度），分析可能的原因：________________________________________。

（3）從化學反應速率角度分析，在相同條件下，兩種制取乙醛的方法哪種快？________。

（4）若將上述兩種方法的反應條件，均增加“100atm”，原料平衡轉化率________（填“增大”“減小”或“不變”）；而實際生產中不采用的理由是__________________________________________________________________________________。

解析：本題需要結合生產原理和實際生產，從環保、能耗、經濟等角度綜合考慮。乙炔水化法制乙醛時，乙炔先與水發生加成反應，生成的乙烯醇不穩定，再進行分子重排，生成乙醛。該反應使用劇毒的汞鹽作催化劑，且生產步驟多，消耗大量的電能，日產量又較乙烯氧化法低，上述因素都導致乙烯氧化法代替乙炔水化法。從這兩個反應的特征來看，都是氣體體積減小的反應，所以增大壓強都有利于乙醛的生成，但增大壓強將提高工業成本，從工業實際考慮是不經濟的。

（2）從表一來看，兩者反應條件溫度相當，但乙炔水化法制乙醛使用的是汞鹽催化劑，毒性大；雖然乙烯氧化法的轉化率略小于乙炔水化法，但反應快、日產量比其高得多。從表二來看，乙炔的制取要經過多步反應制得，且消耗大量的熱能、電能，較難獲得；乙烯來源于石油裂解氣，消耗的總能量比乙炔少，且較容易獲得

（3）乙烯氧化法快

（4）增大 因為兩種方法在相應反應條件下，轉化率都已經很高，增大壓強將消耗能量和增加設備，不經濟

（作者單位：山東省日照市莒縣第四中學）