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时间:2018-01-28
《四川大学《绿色化学》习题答案第五章》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第五章绿色化学方法答案1.什么是催化剂?为什么说催化剂在绿色化学中有十分重要的意义?答:催化剂可以加快热力学上可能进行的反应的速率(合成氨中的Fe-K2OAl2O3),可控制反应产物化学物种的选择性(乙烯选择性氧化的不同催化剂:PdCl2-V配合物,Ag/Al2O3,Ni),控制产物的立体规整结构(丙烯的聚合:氧气或过氧化物,Ziegler-Natta),定向不对称合成旋光异构体(Ru手性膦配合物用于2-(6-甲氧基-2萘基)丙烯酸+氢生产左旋二羟基苯并氨酸),与温度控制化学物种选择性,与接触时间共同控制产物化学物种选择性(甲烷
2、氧化生产合成气中的Ni/Al2O3),具有高度专一性,高选择性,高的反应物转化率和反应的原子经济性的特殊功能的分子机器。催化科学和技术在绿色化学发展中有重要作用。在污染防治(减少和消除发电厂的废气以及汽车尾气中NOx的排放;减少挥发性有机溶剂的使用等;)活化新的反应原料,催化与反应过程的改善(乙醛的合成、对苯二酚的合成、羰基化合物的合成)等方面都有重要应用。2.相比于传统的氧化剂,哪些是新型的绿色氧化剂?他们各有什么特点?答:传统的氧化剂有:NaClO,NaBrO,HNO3,KHSO3;CrO3,KMnO4,KCr2O7等,主要
3、的缺点有:产生大量的盐废物,产生大量的废气和废水,产生大量的有毒有害的重金属离子。新型的绿色氧化剂有:(1)O2:氧气是最清洁的氧化剂;受限于它的氧化条件,通常伴随有其它辅助性的氧化/还原剂(2)H2O2:过氧化氢含有47%的活性氧成分,而且其还原产物为水,不会对环境造成污染;但过氧化氢比O2和O3都贵,且在室温条件可以分解。(3)O3:臭氧也是一种对环境有好的氧化剂,它的还原产物O2,但O3通常需要特殊的发生装置(4)N2O:N2O在参与氧化后的产物为N2,不对环境造成危害,但是N2O的合成比较复杂,成本较高(5)晶格氧:可以
4、在没有气相氧分子存在的条件下进行烃类的氧化反应,能大幅度提高烃类选择氧化的选择性,而且因不受爆炸极限的限制,可提高原料浓度,时反应物容易分离回收,是控制深度氧化、节约资源和环境保护的有效催化新技术。3.化石资源作为化学化工原料有何优点?生物质作为化学化工原料又有何优点?答:(一)采用生物质作为化学化工原料的优点:(1)生物质可给出结构多样的产品材料,通常具有特定的立体结构和光学特征结构,使用者可在合成过程中利用这些已有的结构因素。(2)生物质的结构单元通常比原油的结构单元复杂,如能在最终产品中利用这种结构单元结构的复杂性则可减少
5、副产物的生成。(3)由原油的结构单元衍生所得物质,通常是没有被氧化的,而在碳氢化合物中引入氧的方法是及其悠闲地,且常需要使用有毒实际(比如铬、铅等),造成环境污染。(4)增大生物质的使用量可以增长原油的使用时间,为可持续发展作出贡献。(5)使用生物质可减少二氧化碳在大气中的浓度,从而减缓问世效应。(6)化学工业使用更多的可再生资源可使本身在原料上更有保障。(7)生物质资源比原油有更大的灵活性。(二)生物质作为化学化工原料的缺点(及化石原料作为化学化工原料的优点)(1)在经济上还不具备竞争力。石油工业已相当成熟,从石油开采到从原油
6、中提取出各种有用的烃类,再将其加工成为中间物或最终化学品,已形成了大规模的、高效的生产系统。(2)现在考虑用作化学化工原料的生物质是传统的食品原料,把食品原料改作化学化工原料是否合适?生物质需要大量的土地面积来种植,而化石原料可以集中的进行开采。(3)生物质有季节性,而化石原料的开采没有。(4)生物质的组成复杂,不同种类的物质,其组成和性质都可能不尽相同,这使得对这些物质进行分离变得十分困难。1.根据绿色化学的观点,如何改变反应溶剂?各有何特点?答:绿色化学研究可完成相同反应的无害溶剂系统或无溶剂系统,目前,研究的有效方法有:(
7、1)水做溶剂:水作溶剂的两相催化方法:不仅反应条件温和、活性高、选择性好,反应之后有机相和水相也极易分离;同时用水作溶剂也避免了有机溶剂对环境的危害。(2)离子溶液,优点:1、可操作温度范围大(-40~300℃),因而可进行各种动力学控制,2、对大量的无机物、有机物和高分子化合物有很大的溶解度,因而所需反应器的体积不大,3、表现出Bronsted酸酸性,Franklin酸酸性和超强酸性。4、蒸汽压小,几乎观察不到;5、对水敏感但有的并不怕遇水,甚至能与水共同使用,故易于工业应用;6、热稳定性好;7、相对便宜且易于制备(低聚反应,
8、聚合反应,烷基化反应,酰基化反应)(3)高分子溶液:以现用的溶剂为基础进行聚合反应得到现行溶剂的聚合衍生物,它们在化学合成,分离和清洁等过程中具有现行溶剂的溶剂化作用,但却不会挥发到空气中和释放到水介质中造成污染。(4)无溶剂化:微波与催化剂和成不适用溶剂的方法
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