孫同明 李軍

摘? ?要? ?綠色化學(xué)思想是高考化學(xué)試題中經(jīng)常考查的學(xué)科思想之一，本文通過梳理2015-2019年全國普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試化學(xué)卷、北京卷、天津卷和江蘇卷的化學(xué)試題，將高考試題中體現(xiàn)的綠色化學(xué)思想分為綠色化學(xué)理念類、新能源（電池）類、綠色技術(shù)類、資源綜合利用類和水與氣體凈化類五種類型。分析了綠色化學(xué)思想在化學(xué)高考中的考查特點，并得出對高中化學(xué)教學(xué)的啟示。

關(guān)鍵詞? ?綠色化學(xué)? 學(xué)科思想? 高考試題

學(xué)科思想作為一個學(xué)科的靈魂，對學(xué)科高效教學(xué)、學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高以及學(xué)生健康持續(xù)發(fā)展等都有著重要的作用，綠色化學(xué)思想是常見的化學(xué)學(xué)科思想之一。高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)多次提到要“樹立綠色化學(xué)的觀念”[1]。綠色化學(xué)思想在高考試題中的體現(xiàn)，對教師和學(xué)生了解高考化學(xué)命題動向具有重要參考價值，對增強學(xué)生的綠色化學(xué)意識有顯著的導(dǎo)向性，有利于學(xué)生提升化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)和核心價值。

一、體現(xiàn)綠色化學(xué)思想的高考試題

本文對2015-2019年全國普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試化學(xué)卷（新課標(biāo)Ⅰ卷、新課標(biāo)Ⅱ卷、新課標(biāo)Ⅲ卷）、普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試化學(xué)（北京卷）、普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試化學(xué)（天津卷）和普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試化學(xué)（江蘇卷）進行了梳理（見表1，2015年無新課標(biāo)Ⅲ卷）。

美國科學(xué)家、綠色化學(xué)倡導(dǎo)者阿納斯塔斯和韋納在1998年提出了綠色化學(xué)的12條原則：（1）預(yù)防，（2）原子經(jīng)濟性，（3）無毒化學(xué)合成，（4）設(shè)計安全化學(xué)品，（5）能耗最低，（6）使用更安全的助劑，（7）采用可再生資源，（8）盡量避免生成衍生物，（9）研發(fā)新型催化劑，（10）產(chǎn)品可降解，（11）污染實時監(jiān)控，（12）意外事故發(fā)生率最低化[2][3]。依據(jù)這些原則評估化學(xué)合成路線、工藝流程、化合物是否符合綠色化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，進而判斷化學(xué)試題是否體現(xiàn)了綠色化學(xué)思想。從表1中發(fā)現(xiàn)近幾年高考化學(xué)卷中體現(xiàn)了濃厚的綠色化學(xué)思想色彩，其中江蘇卷尤為明顯，歷年試卷中的綠色化學(xué)思想試題比例都比較高。

二、綠色化學(xué)思想高考題的類型

1.綠色化學(xué)理念類

在高考命題中滲透綠色化學(xué)思想，對于引導(dǎo)學(xué)生形成綠色化學(xué)思想，并將其運用到生活實踐中是十分有效的途徑。本文將體現(xiàn)綠色化學(xué)原則、體現(xiàn)環(huán)境保護理念的高考題目歸為綠色化學(xué)理念類試題（見表2 ）。

高考試題中，很多題目蘊含了綠色化學(xué)原則以及綠色環(huán)保思想，表現(xiàn)出明顯的綠色化學(xué)理念。比如，以水中溶氧量（DO）的測定為載體（天津卷2016·9）;通過測定處理后廢水中的苯酚含量，考查氧化還原反應(yīng)滴定的綜合運用（北京卷2019·9），體現(xiàn)了綠色化學(xué)的實時監(jiān)控原則。

從海帶中提取碘實驗的Cl2尾氣吸收處理（江蘇卷2018·5）;用外加電流陰極保護法對支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管樁防腐（新課標(biāo)Ⅰ卷2017·5）;地下鋼鐵管道用導(dǎo)線連接鋅塊延緩管道的腐蝕（江蘇卷2017·11）;草酸晶體分解實驗中CO的收集、TiO2經(jīng)氯化制備TiCl4后的尾氣處理、制取SO2并驗證其漂白性實驗后的尾氣處理（新課標(biāo)Ⅰ卷2015·8（2）、北京卷2017·9（1）、江蘇卷2017·4），這些題目都體現(xiàn)了綠色化學(xué)的預(yù)防原則，避免有毒物質(zhì)污染環(huán)境。

實驗室制備環(huán)己烯時，選用FeCl3·6H2O而不是濃硫酸作為該反應(yīng)的催化劑，原因前者污染小，對環(huán)境更友好，絕大部分可回收循環(huán)使用（天津卷2019·9）;測定水泥樣品中鈣含量時使用雙氧水為氧化劑（新課標(biāo)Ⅱ卷2017·8）;LiFePO4可用作鋰離子電池正極材料，其具有優(yōu)良的循環(huán)性能、熱穩(wěn)定性好、安全性高（新課標(biāo)Ⅲ卷2019·11）;用于食品干燥劑的化學(xué)品要求無毒、無味、無腐蝕性及環(huán)境友好（新課標(biāo)Ⅱ卷2015·1），這些題目都體現(xiàn)了實現(xiàn)化學(xué)品預(yù)期功能的同時將其毒性降到最低的安全化學(xué)品原則。

家庭裝修時用水性漆代替油性漆，可以減少有機溶劑的揮發(fā)對人體健康和室內(nèi)環(huán)境的影響，體現(xiàn)了使用更安全的溶、助劑的綠色化學(xué)原則（新課標(biāo)Ⅲ卷2018·1）。新課標(biāo)Ⅱ卷2018·2試題以與化學(xué)有關(guān)的社會熱點問題環(huán)境污染為命題情境，有助于樹立可持續(xù)發(fā)展意識和綠色化學(xué)觀念。

2.新能源（電池）類

合理使用資源和節(jié)約利用能源是綠色化學(xué)的要求，也順應(yīng)當(dāng)下社會發(fā)展綠色環(huán)保大趨勢。新能源的開發(fā)體現(xiàn)了利用可再生資源和潔凈零污染的綠色化學(xué)思想，近五年新能源（電池）類試題見表3。

高考化學(xué)試題中涉及到了多種新能源，例如甲醇、氚、氘、偏二甲肼、可燃冰（北京卷2018·1）;二甲醚（江蘇卷2017·8）;氫能（天津卷2016·10）。與傳統(tǒng)的石油等能源相比，新型能源具有可再生、污染小、資源豐富且來源廣、燃燒熱值高等優(yōu)點，以此為命題情境可以考查很多化學(xué)知識點，比如2016年天津卷高考化學(xué)試題以發(fā)展中的新能源——氫能為命題情境，考查了蓋斯定律、電解原理及其應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化、化學(xué)平衡移動及其影響因素等多項化學(xué)知識。從統(tǒng)計結(jié)果來看，以新能源電池為載體的試題出現(xiàn)頻率很高，涉及多種類型：氫燃料電池、太陽能電池、鋅-碘溴液流電池、光伏電池、3D-Zn-NiOOH二次電池、Al-CO2電化學(xué)電池、Na-CO2二次電池、可充電鋰-空氣電池、鋰離子電池、全固態(tài)鋰硫電池、Mg-AgCl電池、鋅-空氣燃料電池、微生物電池、碳酸鹽燃料電池等;主要考查：原電池的工作原理、電解池的工作原理等，包括電極反應(yīng)式、蓋斯定律、熱力學(xué)第二定律、化學(xué)平衡移動及其影響因素、化學(xué)方程式和熱化學(xué)方程式書寫、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等。

3.綠色技術(shù)類

綠色技術(shù)指人們在進行生產(chǎn)生活活動、獲取自然資源時所使用的對于環(huán)境無污染的技術(shù)。目前綠色技術(shù)包括材料、能源、生物、分離、催化劑、資源回收等多方面開發(fā)和利用的技術(shù)手段。綠色技術(shù)類的綠色化學(xué)思想試題見表4。

歷年高考化學(xué)試題中涉及到了多種綠色技術(shù)，比如有效降低NOx排放的SCR和NSR技術(shù)（北京卷2017·10）;能夠高效去除天然氣中CO2和H2S的一種協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置（新課標(biāo)Ⅰ卷2018·6）;以N2O5為硝化劑的新型綠色硝化技術(shù)（新課標(biāo)Ⅰ卷2018·10），該綠色硝化技術(shù)可以提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性、減少有毒有害副產(chǎn)物的產(chǎn)生;CO2催化加氫制取石油的技術(shù)（北京卷2017·4），不僅解決了傳統(tǒng)能源替代問題，而且降低了大氣中的CO2含量。有的試題創(chuàng)造性地將傳統(tǒng)技術(shù)與綠色技術(shù)整合到同一試題中，比如高純氫的制備技術(shù)，將傳統(tǒng)的甲烷水蒸氣催化重整制備方法與太陽能光伏電池電解水制備方法相對比（北京卷2019·11）;采用碳基電極材料的電解氯化氫回收氯氣新工藝，傳統(tǒng)氯氣制取技術(shù)Deaacon直接氧化法與綠色技術(shù)新工藝同時呈現(xiàn)（新課標(biāo)Ⅲ卷2019·10），這樣的命題思路新穎，學(xué)生通過對比更直觀地理解綠色技術(shù)的優(yōu)勢，成為激發(fā)學(xué)生開展科學(xué)研究的動力。

CH4-CO2的催化重整技術(shù)在2018年全國卷和北京卷中都有涉及。新課標(biāo)Ⅱ卷2018·9，CH4和CO2在催化劑作用下制得合成氣，合成目標(biāo)產(chǎn)品的同時減少了大氣中的溫室氣體，實現(xiàn)綠色環(huán)保的目的;北京卷2018·2，CO2和CH4催化轉(zhuǎn)化為CH3COOH技術(shù)，本題主要考查學(xué)生信息加工處理的能力，選擇CO2這一可再生資源作為原料有利于緩解溫室效應(yīng)，綠色化學(xué)思想體現(xiàn)相當(dāng)明顯。

4. 資源綜合利用類

資源綜合利用本指礦產(chǎn)開采的綜合開發(fā)、生產(chǎn)過程中各種廢物的回收和再生利用。本文將工業(yè)生產(chǎn)中廢渣的回收再利用、化學(xué)反應(yīng)或生產(chǎn)過程中副產(chǎn)物的再利用或循環(huán)利用，大氣污染物或溫室氣體的綜合利用，都歸為資源綜合利用類（見表5）。

秸稈綜合利用合成聚酯類高分子化合物（新課標(biāo)Ⅰ卷2016·13），利用煙道氣中的SO2生產(chǎn)焦亞硫酸鈉（新課標(biāo)Ⅰ卷2018·9），都很好地體現(xiàn)了廢物再利用的綠色化學(xué)思想。CO2的綜合利用（天津卷2018·8）一題多處體現(xiàn)了綠色化學(xué)思想：題干點明綜合利用廉價碳資源CO2可以緩解溫室效應(yīng)，有利環(huán)保。第（2）問利用綠色化學(xué)技術(shù)將CO2轉(zhuǎn)化成合成氣中以替代化石能源。900℃時，合成氣體的產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，但能耗升高，經(jīng)濟效益降低，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的能耗最低原則。第（3）問介紹新能源Al-CO2電池，可用于二氧化碳的捕集/轉(zhuǎn)換。江蘇卷2019·19也以溫室氣體CO2的減排與資源化利用為命題情境。

5. 水與氣體凈化類

以廢水、廢氣處理為命題情境的高考試題歸為水與氣體凈化類（見表6），該類綠色化學(xué)思想試題包括水體凈化類和氣體減排與凈化類兩種。水體凈化時所用水處理劑涉及到聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵、Fe、K2FeO4等;鐵炭混合物、納米鐵粉、其他吸附劑以及三室式電滲析法處理廢水。氣體減排與凈化主要涉及到大氣中污染物NOx的控制與處理、H2S、SO2、CO2的減排，還有煙氣的脫硫脫硝。

三、綠色化學(xué)思想的教學(xué)啟示

1.依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)學(xué)生樹立綠色化學(xué)觀念

高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)是高考化學(xué)命題的重要依據(jù)之一。2017版普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中有大量與綠色化學(xué)相關(guān)的表述。其中，“綠色”這一關(guān)鍵詞出現(xiàn)了28處，比如“形成……綠色低碳的生活方式”“能基于‘綠色化學(xué)理念設(shè)計……方案”“樹立‘綠色化學(xué)的觀念（思想）”[1]。課程標(biāo)準(zhǔn)中還有大量與綠色化學(xué)相關(guān)的其他表述（見表7）。

課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生樹立“綠色化學(xué)”思想觀念和可持續(xù)發(fā)展意識;在應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理和技術(shù)時必須堅持綠色化學(xué)的思想;在教學(xué)中發(fā)展學(xué)生“綠色化學(xué)”的觀念和辯證思維能力。從高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對綠色化學(xué)的表述來看，樹立綠色化學(xué)思想已成為高中化學(xué)教學(xué)的重要目標(biāo)之一。

2.利用高考導(dǎo)向作用培養(yǎng)綠色化學(xué)思想

從近年的高考試題中可以發(fā)現(xiàn)，有的一個高考題目就體現(xiàn)了多項綠色化學(xué)原則和理念，比如新課標(biāo)Ⅱ卷2015·11，高效低毒消毒劑ClO2的制備體現(xiàn)了設(shè)計安全化學(xué)品的綠色化學(xué)原則;吸收殘余ClO2氣體的玻璃液封裝置體現(xiàn)了預(yù)防的綠色化學(xué)原則;飲用水中亞氯酸鹽的去除體現(xiàn)了綠色環(huán)保理念。江蘇卷2017·22，該題以實驗室制備少量1-溴丙烷為載體，題目中加入攪拌磁子的目的和分液操作排氣這一操作，體現(xiàn)了意外事故發(fā)生率最低化的綠色化學(xué)原則;接收瓶中加入少量冰水并置于冰水浴中減少1-溴丙烷的揮發(fā)，以及緩慢加熱使反應(yīng)和蒸餾平穩(wěn)減少HBr的蒸發(fā)，都體現(xiàn)了原子經(jīng)濟性這一綠色化學(xué)原則。新課標(biāo)Ⅲ卷2018·9體現(xiàn)了綠色化學(xué)的兩項原則，一是無害化學(xué)合成原則：電解法生產(chǎn)過程中避免了KClO3氧化法產(chǎn)生污染環(huán)境的氯氣;二是預(yù)防原則：循環(huán)利用電解法生產(chǎn)KIO3時陰極區(qū)得到的KOH，體現(xiàn)了循環(huán)利用的綠色化學(xué)思想。發(fā)揮高考導(dǎo)向作用，在化學(xué)問題解決過程中就能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)思想。

3.以高考真題為媒介提高綠色環(huán)保意識

高考試題體現(xiàn)出了明顯的綠色環(huán)保理念，比如，關(guān)于大氣中溫室氣體CO2含量上升的影響因素的考查（江蘇卷2018·1）;化學(xué)與生活中與綠色環(huán)保理念相關(guān)的PM2.5、環(huán)境污染、酸雨、溫室氣體、清潔燃料的考查（新課標(biāo)Ⅲ卷2017·1）;水中漂浮物的處理，廢水中的酸、NH4+和重金屬離子的處理（天津卷2017·1）;作為我國的一項基本國策，“保護環(huán)境”應(yīng)該提倡什么做法（江蘇卷2015·1）;消毒殺菌劑NaClO2的生產(chǎn)工藝中，防止產(chǎn)生廢物污染環(huán)境（新課標(biāo)Ⅰ卷2016·10），這些都能體現(xiàn)對學(xué)生養(yǎng)成環(huán)保意識的要求。江蘇卷2017·1以2017年世界地球日我國的主題來命題，倡導(dǎo)綠色簡約生活，是對課程標(biāo)準(zhǔn)中“具有節(jié)約資源、保護環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意識，從自身做起，形成簡約適度、綠色低碳的生活方式” [1]這一綠色化學(xué)理念的最直接考查。通過高考真題，可以幫助學(xué)生增強綠色環(huán)保意識。

4.化學(xué)科學(xué)研究成果為重要命題來源

以最新科研成果為命題載體的趨勢越來越明顯。新課標(biāo)Ⅱ卷2018·6試題以國內(nèi)高校科研成果為命題情境，南開大學(xué)一教授團隊研發(fā)出的Na-CO2二次電池，具有高比能量、高功率密度等特點，將二氧化碳變廢為寶作為電極活性材料，原料豐富、廉價易得，體現(xiàn)了使用可再生資源的綠色化學(xué)原則[4]。2018年北京卷有兩個以科研成果為載體的綠色技術(shù)化學(xué)試題，一是將CO2和CH4催化轉(zhuǎn)化為CH3COOH，一是利用含硫物質(zhì)熱化學(xué)循環(huán)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并存儲。新課標(biāo)Ⅰ卷2019·10試題以化學(xué)工作者Shibata水煤氣交換研究為載體，考查化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用，體現(xiàn)了催化劑優(yōu)于化學(xué)計量的綠色化學(xué)原則，其中更有我國化學(xué)工作者在Science發(fā)表的研究成果：結(jié)合實驗與計算機模擬結(jié)果，研究在金催化劑表面上水煤氣變換的反應(yīng)歷程。所以，要研究化學(xué)高考命題趨勢，關(guān)注化學(xué)科研最新成果應(yīng)該成為一個重要的關(guān)注點。

總之，綠色化學(xué)思想的試題在高考化學(xué)中出現(xiàn)頻率很高，關(guān)于綠色化學(xué)理念多以選擇題直接考查為主，非選擇題命題情境設(shè)置為輔，在工藝流程圖試題中滲透綠色化學(xué)思想的考查頻率較高?；诟呖嫉慕逃δ芎蛯?dǎo)向作用，高考試題對綠色化學(xué)的關(guān)注勢必會對學(xué)生樹立綠色化學(xué)思想有很強的導(dǎo)向效應(yīng)。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2017.

[2] Anastas R T，Warner J C，Green Chemistry：Theory and Practice. Oxford：Oxford Univ.Press，1998.

[3] 張繼紅. 綠色化學(xué)[M].合肥：安徽人民出版社，2007.

[4] Hu XF，Sun JC，Li ZF et. Rechargeable Room-Temperature Na-CO2 Batteries. Angew Chem Int Edit. 2016，55（22）.

[作者：孫同明（1976-），男，山東青州人，南通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，副教授，博士;李軍（1996-），男，貴州畢節(jié)人，南通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，學(xué)生。]

【責(zé)任編輯? 郭振玲】