綠色化學(xué)思想在高考試題中的體現(xiàn)與教學(xué)啟示*

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(guò)梳理2015-2019年全國(guó)普通高等學(xué)校招生全國(guó)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(lèi)、新能源（電池）類(lèi)、綠色技術(shù)類(lèi)、資源綜合利用類(lèi)和水與氣體凈化類(lèi)五種類(lèi)型。分析了綠色化學(xué)思想在化學(xué)高考中的考查特點(diǎn)，并得出對(duì)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(gè)學(xué)科的靈魂，對(duì)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(jiàn)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(shù)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(duì)教師和學(xué)生了解高考化學(xué)命題動(dòng)向具有重要參考價(jià)值，對(duì)增強(qiáng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識(shí)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(jià)值。

一、體現(xiàn)綠色化學(xué)思想的高考試題

本文對(duì)2015-2019年全國(guó)普通高等學(xué)校招生全國(guó)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(guó)統(tǒng)一考試化學(xué)（北京卷）、普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試化學(xué)（天津卷）和普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試化學(xué)（江蘇卷）進(jìn)行了梳理（見(jiàn)表1，2015年無(wú)新課標(biāo)Ⅲ卷）。

美國(guó)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(jì)性，（3）無(wú)毒化學(xué)合成，（4）設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)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(píng)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(jìn)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(lèi)型

1.綠色化學(xué)理念類(lèi)

在高考命題中滲透綠色化學(xué)思想，對(duì)于引導(dǎo)學(xué)生形成綠色化學(xué)思想，并將其運(yùn)用到生活實(shí)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(hù)理念的高考題目歸為綠色化學(xué)理念類(lèi)試題（見(jiàn)表2 ）。

高考試題中，很多題目蘊(yùn)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(cè)定為載體（天津卷2016·9）;通過(guò)測(cè)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(yùn)用（北京卷2019·9），體現(xiàn)了綠色化學(xué)的實(shí)時(shí)監(jiān)控原則。

從海帶中提取碘實(shí)驗(yàn)的Cl2尾氣吸收處理（江蘇卷2018·5）;用外加電流陰極保護(hù)法對(duì)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(shí)驗(yàn)中CO的收集、TiO2經(jīng)氯化制備TiCl4后的尾氣處理、制取SO2并驗(yàn)證其漂白性實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室制備環(huán)己烯時(shí)，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(duì)環(huán)境更友好，絕大部分可回收循環(huán)使用（天津卷2019·9）;測(cè)定水泥樣品中鈣含量時(shí)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(wú)毒、無(wú)味、無(wú)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(shí)現(xiàn)化學(xué)品預(yù)期功能的同時(shí)將其毒性降到最低的安全化學(xué)品原則。

家庭裝修時(shí)用水性漆代替油性漆，可以減少有機(jī)溶劑的揮發(fā)對(duì)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(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題環(huán)境污染為命題情境，有助于樹(shù)立可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和綠色化學(xué)觀念。

2.新能源（電池）類(lèi)

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(huì)發(fā)展綠色環(huán)保大趨勢(shì)。新能源的開(kāi)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(lèi)試題見(jiàn)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(lái)源廣、燃燒熱值高等優(yōu)點(diǎn)，以此為命題情境可以考查很多化學(xué)知識(shí)點(diǎn)，比如2016年天津卷高考化學(xué)試題以發(fā)展中的新能源——?dú)淠転槊}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(dòng)及其影響因素等多項(xiàng)化學(xué)知識(shí)。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)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(lèi)型：氫燃料電池、太陽(yáng)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(dòng)及其影響因素、化學(xué)方程式和熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等。

3.綠色技術(shù)類(lèi)

綠色技術(shù)指人們?cè)谶M(jìn)行生產(chǎn)生活活動(dòng)、獲取自然資源時(shí)所使用的對(duì)于環(huán)境無(wú)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(kāi)發(fā)和利用的技術(shù)手段。綠色技術(shù)類(lèi)的綠色化學(xué)思想試題見(jiàn)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(wèn)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(yáng)能光伏電池電解水制備方法相對(duì)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(shí)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(guò)對(duì)比更直觀地理解綠色技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，成為激發(fā)學(xué)生開(kāi)展科學(xué)研究的動(dòng)力。

CH4-CO2的催化重整技術(shù)在2018年全國(guó)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(shí)減少了大氣中的溫室氣體，實(shí)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(lèi)

資源綜合利用本指礦產(chǎn)開(kāi)采的綜合開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)過(guò)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(guò)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?xì)w為資源綜合利用類(lèi)（見(jiàn)表5）。

秸稈綜合利用合成聚酯類(lèi)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(diǎn)明綜合利用廉價(jià)碳資源CO2可以緩解溫室效應(yīng)，有利環(huán)保。第（2）問(wèn)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(shí)，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(jì)效益降低，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的能耗最低原則。第（3）問(wèn)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(lèi)

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(lèi)（見(jiàn)表6），該類(lèi)綠色化學(xué)思想試題包括水體凈化類(lèi)和氣體減排與凈化類(lèi)兩種。水體凈化時(shí)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(shù)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(jì)……方案”“樹(shù)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(jiàn)表7）。

課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生樹(shù)立“綠色化學(xué)”思想觀念和可持續(xù)發(fā)展意識(shí);在應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理和技術(shù)時(shí)必須堅(jiān)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(duì)綠色化學(xué)的表述來(lái)看，樹(shù)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(gè)高考題目就體現(xiàn)了多項(xiàng)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(jì)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(xiàng)原則，一是無(wú)害化學(xué)合成原則：電解法生產(chǎn)過(guò)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(shí)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(wèn)題解決過(guò)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(shí)

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(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，“保護(hù)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(duì)學(xué)生養(yǎng)成環(huán)保意識(shí)的要求。江蘇卷2017·1以2017年世界地球日我國(guó)的主題來(lái)命題，倡導(dǎo)綠色簡(jiǎn)約生活，是對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)中“具有節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意識(shí)，從自身做起，形成簡(jiǎn)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(guò)高考真題，可以幫助學(xué)生增強(qiáng)綠色環(huán)保意識(shí)。

4.化學(xué)科學(xué)研究成果為重要命題來(lái)源

以最新科研成果為命題載體的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。新課標(biāo)Ⅱ卷2018·6試題以國(guó)內(nèi)高?？蒲谐晒麨槊}情境，南開(kāi)大學(xué)一教授團(tuán)隊(duì)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(diǎn)，將二氧化碳變廢為寶作為電極活性材料，原料豐富、廉價(jià)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(gè)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(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)。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(jì)量的綠色化學(xué)原則，其中更有我國(guó)化學(xué)工作者在Science發(fā)表的研究成果：結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)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(shì)，關(guān)注化學(xué)科研最新成果應(yīng)該成為一個(gè)重要的關(guān)注點(diǎn)。

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(duì)綠色化學(xué)的關(guān)注勢(shì)必會(huì)對(duì)學(xué)生樹(shù)立綠色化學(xué)思想有很強(qiáng)的導(dǎo)向效應(yīng)。

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[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】