绿色化学思想在高考试题中的体现与教学启示*
时间：2021-02-08 10:09:14 来源：达达文档网 本文已影响 人 
孙同明 李军
摘 要 绿色化学思想是高考化学试题中经常考查的学科思想之一，本文通过梳理2015-2019年全国普通高等学校招生全国统一考试化学卷、北京卷、天津卷和江苏卷的化学试题，将高考试题中体现的绿色化学思想分为绿色化学理念类、新能源（电池）类、绿色技术类、资源综合利用类和水与气体净化类五种类型。分析了绿色化学思想在化学高考中的考查特点，并得出对高中化学教学的启示。
关键词 绿色化学 学科思想 高考试题
学科思想作为一个学科的灵魂，对学科高效教学、学生科学素养的提高以及学生健康持续发展等都有着重要的作用，绿色化学思想是常见的化学学科思想之一。高中化学课程标准多次提到要“树立绿色化学的观念”[1]。绿色化学思想在高考试题中的体现，对教师和学生了解高考化学命题动向具有重要参考价值，对增强学生的绿色化学意识有显著的导向性，有利于学生提升化学科学素养和核心价值。
一、体现绿色化学思想的高考试题
本文对2015-2019年全国普通高等学校招生全国统一考试化学卷（新课标Ⅰ卷、新课标Ⅱ卷、新课标Ⅲ卷）、普通高等学校招生全国统一考试化学（北京卷）、普通高等学校招生全国统一考试化学（天津卷）和普通高等学校招生全国统一考试化学（江苏卷）进行了梳理（见表1，2015年无新课标Ⅲ卷）。
美国科学家、绿色化学倡导者阿纳斯塔斯和韦纳在1998年提出了绿色化学的12条原则：（1）预防，（2）原子经济性，（3）无毒化学合成，（4）设计安全化学品，（5）能耗最低，（6）使用更安全的助剂，（7）采用可再生资源，（8）尽量避免生成衍生物，（9）研发新型催化剂，（10）产品可降解，（11）污染实时监控，（12）意外事故发生率最低化[2][3]。依据这些原则评估化学合成路线、工艺流程、化合物是否符合绿色化学标准，进而判断化学试题是否体现了绿色化学思想。从表1中发现近几年高考化学卷中体现了浓厚的绿色化学思想色彩，其中江苏卷尤为明显，历年试卷中的绿色化学思想试题比例都比较高。
二、绿色化学思想高考题的类型
1.绿色化学理念类
在高考命题中渗透绿色化学思想，对于引导学生形成绿色化学思想，并将其运用到生活实践中是十分有效的途径。本文将体现绿色化学原则、体现环境保护理念的高考题目归为绿色化学理念类试题（见表2 ）。
高考试题中，很多题目蕴含了绿色化学原则以及绿色环保思想，表现出明显的绿色化学理念。比如，以水中溶氧量（DO）的测定为载体（天津卷2016·9）;通过测定处理后废水中的苯酚含量，考查氧化还原反应滴定的综合运用（北京卷2019·9），体现了绿色化学的实时监控原则。
从海带中提取碘实验的Cl2尾气吸收处理（江苏卷2018·5）;用外加电流阴极保护法对支撑海港码头基础的钢管桩防腐（新课标Ⅰ卷2017·5）;地下钢铁管道用导线连接锌块延缓管道的腐蚀（江苏卷2017·11）;草酸晶体分解实验中CO的收集、TiO2经氯化制备TiCl4后的尾气处理、制取SO2并验证其漂白性实验后的尾气处理（新课标Ⅰ卷2015·8（2）、北京卷2017·9（1）、江苏卷2017·4），这些题目都体现了绿色化学的预防原则，避免有毒物质污染环境。
实验室制备环己烯时，选用FeCl3·6H2O而不是浓硫酸作为该反应的催化剂，原因前者污染小，对环境更友好，绝大部分可回收循环使用（天津卷2019·9）;测定水泥样品中钙含量时使用双氧水为氧化剂（新课标Ⅱ卷2017·8）;LiFePO4可用作锂离子电池正极材料，其具有优良的循环性能、热稳定性好、安全性高（新课标Ⅲ卷2019·11）;用于食品干燥剂的化学品要求无毒、无味、无腐蚀性及环境友好（新课标Ⅱ卷2015·1），这些题目都体现了实现化学品预期功能的同时将其毒性降到最低的安全化学品原则。
家庭装修时用水性漆代替油性漆，可以减少有机溶剂的挥发对人体健康和室内环境的影响，体现了使用更安全的溶、助剂的绿色化学原则（新课标Ⅲ卷2018·1）。新课标Ⅱ卷2018·2试题以与化学有关的社会热点问题环境污染为命题情境，有助于树立可持续发展意识和绿色化学观念。
2.新能源（电池）类
合理使用资源和节约利用能源是绿色化学的要求，也顺应当下社会发展绿色环保大趋势。新能源的开发体现了利用可再生资源和洁净零污染的绿色化学思想，近五年新能源（电池）类试题见表3。
高考化学试题中涉及到了多种新能源，例如甲醇、氚、氘、偏二甲肼、可燃冰（北京卷2018·1）;二甲醚（江苏卷2017·8）;氢能（天津卷2016·10）。与传统的石油等能源相比，新型能源具有可再生、污染小、资源丰富且来源广、燃烧热值高等优点，以此为命题情境可以考查很多化学知识点，比如2016年天津卷高考化学试题以发展中的新能源——氢能为命题情境，考查了盖斯定律、电解原理及其应用、化学反应中的能量变化、化学平衡移动及其影响因素等多项化学知识。从统计结果来看，以新能源电池为载体的试题出现频率很高，涉及多种类型：氢燃料电池、太阳能电池、锌-碘溴液流电池、光伏电池、3D-Zn-NiOOH二次电池、Al-CO2电化学电池、Na-CO2二次电池、可充电锂-空气电池、锂离子电池、全固态锂硫电池、Mg-AgCl电池、锌-空气燃料电池、微生物电池、碳酸鹽燃料电池等;主要考查：原电池的工作原理、电解池的工作原理等，包括电极反应式、盖斯定律、热力学第二定律、化学平衡移动及其影响因素、化学方程式和热化学方程式书写、物质结构与性质等。
3.绿色技术类
绿色技术指人们在进行生产生活活动、获取自然资源时所使用的对于环境无污染的技术。目前绿色技术包括材料、能源、生物、分离、催化剂、资源回收等多方面开发和利用的技术手段。绿色技术类的绿色化学思想试题见表4。
历年高考化学试题中涉及到了多种绿色技术，比如有效降低NOx排放的SCR和NSR技术（北京卷2017·10）;能够高效去除天然气中CO2和H2S的一种协同转化装置（新课标Ⅰ卷2018·6）;以N2O5为硝化剂的新型绿色硝化技术（新课标Ⅰ卷2018·10），该绿色硝化技术可以提高反应转化率和选择性、减少有毒有害副产物的产生;CO2催化加氢制取石油的技术（北京卷2017·4），不仅解决了传统能源替代问题，而且降低了大气中的CO2含量。有的试题创造性地将传统技术与绿色技术整合到同一试题中，比如高纯氢的制备技术，将传统的甲烷水蒸气催化重整制备方法与太阳能光伏电池电解水制备方法相对比（北京卷2019·11）;采用碳基电极材料的电解氯化氢回收氯气新工艺，传统氯气制取技术Deaacon直接氧化法与绿色技术新工艺同时呈现（新课标Ⅲ卷2019·10），这样的命题思路新颖，学生通过对比更直观地理解绿色技术的优势，成为激发学生开展科学研究的动力。
CH4-CO2的催化重整技术在2018年全国卷和北京卷中都有涉及。新课标Ⅱ卷2018·9，CH4和CO2在催化剂作用下制得合成气，合成目标产品的同时减少了大气中的温室气体，实现绿色环保的目的;北京卷2018·2，CO2和CH4催化转化为CH3COOH技术，本题主要考查学生信息加工处理的能力，选择CO2这一可再生资源作为原料有利于缓解温室效应，绿色化学思想体现相当明显。
4. 资源综合利用类
资源综合利用本指矿产开采的综合开发、生产过程中各种废物的回收和再生利用。本文将工业生产中废渣的回收再利用、化学反应或生产过程中副产物的再利用或循环利用，大气污染物或温室气体的综合利用，都归为资源综合利用类（见表5）。
秸秆综合利用合成聚酯类高分子化合物（新课标Ⅰ卷2016·13），利用烟道气中的SO2生产焦亚硫酸钠（新课标Ⅰ卷2018·9），都很好地体现了废物再利用的绿色化学思想。CO2的综合利用（天津卷2018·8）一题多处体现了绿色化学思想：题干点明综合利用廉价碳资源CO2可以缓解温室效应，有利环保。第（2）问利用绿色化学技术将CO2转化成合成气中以替代化石能源。900℃时，合成气体的产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低，体现了绿色化学的能耗最低原则。第（3）问介绍新能源Al-CO2电池，可用于二氧化碳的捕集/转换。江苏卷2019·19也以温室气体CO2的减排与资源化利用为命题情境。
5. 水与气体净化类
以废水、废气处理为命题情境的高考试题归为水与气体净化类（见表6），该类绿色化学思想试题包括水体净化类和气体减排与净化类两种。水体净化时所用水处理剂涉及到聚合硫酸铁、聚合氯化铁、Fe、K2FeO4等;铁炭混合物、纳米铁粉、其他吸附剂以及三室式电渗析法处理废水。气体减排与净化主要涉及到大气中污染物NOx的控制与处理、H2S、SO2、CO2的减排，还有烟气的脱硫脱硝。
三、绿色化学思想的教学启示
1.依据课程标准引导学生树立绿色化学观念
高中化学课程标准是高考化学命题的重要依据之一。2017版普通高中化学课程标准中有大量与绿色化学相关的表述。其中，“绿色”这一关键词出现了28处，比如“形成……绿色低碳的生活方式”“能基于‘绿色化学理念设计……方案”“树立‘绿色化学的观念（思想）”[1]。课程标准中还有大量与绿色化学相关的其他表述（见表7）。
课程标准要求学生树立“绿色化学”思想观念和可持续发展意识;在应用化学反应原理和技术时必须坚持绿色化学的思想;在教学中发展学生“绿色化学”的观念和辩证思维能力。从高中化学课程标准对绿色化学的表述来看，树立绿色化学思想已成为高中化学教学的重要目标之一。
2.利用高考导向作用培养绿色化学思想
从近年的高考试题中可以发现，有的一个高考题目就体现了多项绿色化学原则和理念，比如新课标Ⅱ卷2015·11，高效低毒消毒剂ClO2的制备体现了设计安全化学品的绿色化学原则;吸收残余ClO2气体的玻璃液封装置体现了预防的绿色化学原则;饮用水中亚氯酸盐的去除体现了绿色环保理念。江苏卷2017·22，该题以实验室制备少量1-溴丙烷为载体，题目中加入搅拌磁子的目的和分液操作排气这一操作，体现了意外事故发生率最低化的绿色化学原则;接收瓶中加入少量冰水并置于冰水浴中减少1-溴丙烷的挥发，以及缓慢加热使反应和蒸馏平稳减少HBr的蒸发，都体现了原子经济性这一绿色化学原则。新课标Ⅲ卷2018·9体现了绿色化学的两项原则，一是无害化学合成原则：电解法生产过程中避免了KClO3氧化法产生污染环境的氯气;二是预防原则：循环利用电解法生产KIO3时阴极区得到的KOH，体现了循环利用的绿色化学思想。发挥高考导向作用，在化学问题解决过程中就能够有效地培养学生的绿色化学思想。
3.以高考真题为媒介提高绿色环保意识
高考试题体现出了明显的绿色环保理念，比如，关于大气中温室气体CO2含量上升的影响因素的考查（江苏卷2018·1）;化学与生活中与绿色环保理念相关的PM2.5、环境污染、酸雨、温室气体、清洁燃料的考查（新课标Ⅲ卷2017·1）;水中漂浮物的处理，废水中的酸、NH4+和重金属离子的处理（天津卷2017·1）;作为我国的一项基本国策，“保护环境”应該提倡什么做法（江苏卷2015·1）;消毒杀菌剂NaClO2的生产工艺中，防止产生废物污染环境（新课标Ⅰ卷2016·10），这些都能体现对学生养成环保意识的要求。江苏卷2017·1以2017年世界地球日我国的主题来命题，倡导绿色简约生活，是对课程标准中“具有节约资源、保护环境的可持续发展意识，从自身做起，形成简约适度、绿色低碳的生活方式” [1]这一绿色化学理念的最直接考查。通过高考真题，可以帮助学生增强绿色环保意识。
4.化学科学研究成果为重要命题来源
以最新科研成果为命题载体的趋势越来越明显。新课标Ⅱ卷2018·6试题以国内高校科研成果为命题情境，南开大学一教授团队研发出的Na-CO2二次电池，具有高比能量、高功率密度等特点，将二氧化碳变废为宝作为电极活性材料，原料丰富、廉价易得，体现了使用可再生资源的绿色化学原则[4]。2018年北京卷有两个以科研成果为载体的绿色技术化学试题，一是将CO2和CH4催化转化为CH3COOH，一是利用含硫物质热化学循环将太阳能转化为电能并存储。新课标Ⅰ卷2019·10试题以化学工作者Shibata水煤气交换研究为载体，考查化学反应原理的应用，体现了催化剂优于化学计量的绿色化学原则，其中更有我国化学工作者在Science发表的研究成果：结合实验与计算机模拟结果，研究在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程。所以，要研究化学高考命题趋势，关注化学科研最新成果应该成为一个重要的关注点。
总之，绿色化学思想的试题在高考化学中出现频率很高，关于绿色化学理念多以选择题直接考查为主，非选择题命题情境设置为辅，在工艺流程图试题中渗透绿色化学思想的考查频率较高。基于高考的教育功能和导向作用，高考试题对绿色化学的关注势必会对学生树立绿色化学思想有很强的导向效应。
参考文献
[1] 中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（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] 张继红. 绿色化學[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：孙同明（1976-），男，山东青州人，南通大学化学化工学院，副教授，博士;李军（1996-），男，贵州毕节人，南通大学化学化工学院，学生。]
【责任编辑 郭振玲】
