山東 孫 晶

高考命題新寵兒
——綠色化學(xué)

山東 孫 晶

綠色化學(xué)又稱“環(huán)境無害化學(xué)”“環(huán)境友好化學(xué)”“清潔化學(xué)”，綠色化學(xué)是近十年才產(chǎn)生和發(fā)展起來的。綠色化學(xué)是指在制造和應(yīng)用化學(xué)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)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(xiǎn)的試劑。綠色化學(xué)的最大特點(diǎn)是在始端就采用預(yù)防污染的科學(xué)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(xué)的綠色化”作為新世紀(jì)化學(xué)進(jìn)展的主要方向之一。

綠色化學(xué)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(xué)的考查方向。

角度一：融合可持續(xù)發(fā)展考查

例1 （2012江蘇）化學(xué)在資源利用、環(huán)境保護(hù)等與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)的領(lǐng)域發(fā)揮著積極作用。下列做法與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展理念相違背的是 （ ）

A．改進(jìn)汽車尾氣凈化技術(shù)，減少大氣污染物的排放

B．開發(fā)利用可再生能源，減少化石燃料的使用

C．研發(fā)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(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展

解析：改進(jìn)汽車尾氣凈化技術(shù)，減少大氣污染物的排放，A項(xiàng)正確；開發(fā)利用太陽能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉矗梢詼p輕溫室效應(yīng)的壓力，符合綠色化學(xué)理念，B項(xiàng)正確；“白色污染”在土壤和水體中富集可長期影響農(nóng)作物的生長、海洋漁業(yè)等，研發(fā)可降解高分子材料，給塑料工業(yè)帶來可持續(xù)發(fā)展的機(jī)遇，C項(xiàng)正確。過度開發(fā)礦物資源，不利于地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展，甚至導(dǎo)致資源浪費(fèi)，環(huán)境污染。

答案：D

角度二：融合實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)考查

例2 （2009廣東）下列符合化學(xué)實(shí)驗(yàn)“綠色化學(xué)”的有（ ）

①在萃取操作的演示實(shí)驗(yàn)中，將CCl4萃取溴水改為CCl4萃取碘水 ②在銅與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，將銅片改為可調(diào)節(jié)高度的銅絲 ③將實(shí)驗(yàn)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?yàn)殇逡讚]發(fā)，所以在萃取操作的演示實(shí)驗(yàn)中，可將CCl4萃取溴水改為CCl4萃取碘水；在Cu與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中為避免生成過量的SO2污染環(huán)境，可將銅片改為可調(diào)節(jié)高度的銅絲；將實(shí)驗(yàn)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(yīng)類型上考查

例3 在“綠色化學(xué)工藝”中，理想狀態(tài)是反應(yīng)物中的原子全部轉(zhuǎn)化為欲制得的產(chǎn)物，即原子利用率100%，不產(chǎn)生其他有毒物質(zhì)，預(yù)防污染即防患于未然，從根本上消除污染。下列反應(yīng)類型能體現(xiàn)“原子經(jīng)濟(jì)性”原則的是 （ ）

①置換反應(yīng) ②化合反應(yīng) ③分解反應(yīng) ④取代反應(yīng)

⑤加成反應(yīng) ⑥加聚反應(yīng)

A．①②⑤ B．②⑤⑥

C．只有⑤⑥ D．只有④

解析：高效的綠色有機(jī)合成反應(yīng)應(yīng)最大限度地利用原料分子的每一個(gè)原子，使之結(jié)合到目標(biāo)分子中，如完全的加成反應(yīng)、加聚反應(yīng)、化合反應(yīng)，達(dá)到零排放。

答案：B

角度四：從信息領(lǐng)悟上考查

例4 綠色化學(xué)對(duì)于化學(xué)反應(yīng)提出了“原子經(jīng)濟(jì)性”（原子節(jié)約）的新概念及要求。理想的原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)是原料分子中的原子全部轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)零排放。下列幾種生產(chǎn)乙苯的方法中，原子經(jīng)濟(jì)性最好的是（反應(yīng)均在一定條件下進(jìn)行） （ ）

解析：讀懂信息、領(lǐng)悟信息，將大腦獲取的信息轉(zhuǎn)化為解決該題的思路，解決本題的關(guān)鍵詞是“原料分子中的原子全部轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)零排放”，那么加成反應(yīng)就符合“原子經(jīng)濟(jì)性”要求，而取代反應(yīng)就不符合。

答案：C

角度五：從物質(zhì)制備流程上考查

例5 近年來，冠以“綠色”的新概念不斷產(chǎn)生，如綠色食品、綠色材料、綠色能源、綠色化學(xué)等，這里的“綠色”是對(duì)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的形象表述?！熬G色化學(xué)”要求從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和技術(shù)上設(shè)計(jì)可行的化學(xué)反應(yīng)。據(jù)此，由單質(zhì)鎂制硝酸鎂的下列4個(gè)方案中，你認(rèn)為可行而且符合“綠色化學(xué)”要求的方案是 （ ）

解析：A方案雖然步驟少，但反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)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(xué)”的要求；B方案步驟煩瑣，用原料種類多，不符合“綠色化學(xué)”的要求；C方案步驟較少，節(jié)約原料，無污染，符合“綠色化學(xué)”的要求；D方案用原料較多，在第一步還會(huì)產(chǎn)生大量的SO2氣體，污染空氣，又浪費(fèi)原料，不符合“綠色化學(xué)”的要求。

答案：C

角度六：從定量計(jì)算上考查

例6 “綠色化學(xué)”是當(dāng)今社會(huì)人們提出的一個(gè)新概念。在綠色化學(xué)中，一個(gè)重要的衡量指標(biāo)是原子利用率。

其計(jì)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(zhì)制備中的原子利用率計(jì)算。若將上述兩步反應(yīng)相加，得總反應(yīng)式：，即乙基蒽醌在制備H2O2的反應(yīng)中充當(dāng)催化劑，而不是反應(yīng)物，因此原子利用率是100%。解答本題時(shí)，很容易根據(jù)第一個(gè)化學(xué)反應(yīng)計(jì)算原子利用率為＝12．6%，從而誤選A項(xiàng)。錯(cuò)誤原因是忽視第二個(gè)化學(xué)反應(yīng)，沒有對(duì)H2O2的制備原理進(jìn)行分析，不能根據(jù)H2O2的制備的總反應(yīng)進(jìn)行分析和計(jì)算。

答案：D

角度七：融合廢水處理考查

例7 （2016浙江，13）為落實(shí)“五水共治”，某工廠擬綜合處理含N廢水和工業(yè)廢氣（主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考慮其他成分），設(shè)計(jì)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(yè)廢氣通入過量的石灰乳，CO2和SO2與石灰乳反應(yīng)生成CaCO3、CaSO3，A項(xiàng)正確；氣體1為N2、NO、CO，為保證NO被吸收生成NaNO2，須發(fā)生反應(yīng)2NO＋O2氣不能過量，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C、D兩項(xiàng)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(chǎn)品，年產(chǎn)量均在107t左右。氯氣的實(shí)驗(yàn)室制備和氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)都有多種不同方法。

（1）工業(yè)上用電石－乙炔法生產(chǎn)氯乙烯的反應(yīng)如下：

電石－乙炔法的優(yōu)點(diǎn)是流程簡單，產(chǎn)品純度高，而且不依賴于石油資源。

電石－乙炔法的缺點(diǎn)是_____________________、____________________。

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

設(shè)計(jì)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(xué)方程式表示（不必注明反應(yīng)條件）

要求：①反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫必須用于氯乙烯的制備；②不產(chǎn)生其他廢液。

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

角度九：從元素守恒上考查

例9 在綠色化學(xué)工藝中，理想狀態(tài)是反應(yīng)物中原子全部轉(zhuǎn)化為欲制得的產(chǎn)物，即原子的利用率為100%，在用的過程中，欲使原子利用率達(dá)到最高，還需要的反應(yīng)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(zhì)的制備方案考查

例10 工業(yè)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(chǎn)過程中原料、反應(yīng)條件、原料平衡轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)量等有關(guān)的信息情況：

表一：原料、反應(yīng)條件、平衡轉(zhuǎn)化率、日產(chǎn)量

表二：原料來源生產(chǎn)工藝

根據(jù)上述兩表，回答下列問題：

（1）寫出下列化學(xué)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(xiàn)代工業(yè)上乙烯氧化法逐步取代乙炔水化法（從環(huán)境、原料來源、產(chǎn)率和產(chǎn)量、能耗等角度），分析可能的原因：________________________________________。

（3）從化學(xué)反應(yīng)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(yīng)條件，均增加“100atm”，原料平衡轉(zhuǎn)化率________（填“增大”“減小”或“不變”）；而實(shí)際生產(chǎn)中不采用的理由是__________________________________________________________________________________。

解析：本題需要結(jié)合生產(chǎn)原理和實(shí)際生產(chǎn)，從環(huán)保、能耗、經(jīng)濟(jì)等角度綜合考慮。乙炔水化法制乙醛時(shí)，乙炔先與水發(fā)生加成反應(yīng)，生成的乙烯醇不穩(wěn)定，再進(jìn)行分子重排，生成乙醛。該反應(yīng)使用劇毒的汞鹽作催化劑，且生產(chǎn)步驟多，消耗大量的電能，日產(chǎn)量又較乙烯氧化法低，上述因素都導(dǎo)致乙烯氧化法代替乙炔水化法。從這兩個(gè)反應(yīng)的特征來看，都是氣體體積減小的反應(yīng)，所以增大壓強(qiáng)都有利于乙醛的生成，但增大壓強(qiáng)將提高工業(yè)成本，從工業(yè)實(shí)際考慮是不經(jīng)濟(jì)的。

（2）從表一來看，兩者反應(yīng)條件溫度相當(dāng)，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(zhuǎn)化率略小于乙炔水化法，但反應(yīng)快、日產(chǎn)量比其高得多。從表二來看，乙炔的制取要經(jīng)過多步反應(yīng)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?yàn)閮煞N方法在相應(yīng)反應(yīng)條件下，轉(zhuǎn)化率都已經(jīng)很高，增大壓強(qiáng)將消耗能量和增加設(shè)備，不經(jīng)濟(jì)

（作者單位：山東省日照市莒縣第四中學(xué)）