重氮化工藝考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.重氮化反應(yīng)的本質(zhì)是（）A.芳伯胺與亞硝酸的親電取代反應(yīng)B.芳伯胺與亞硝酸的親核取代反應(yīng)C.脂肪胺與亞硝酸的氧化還原反應(yīng)D.芳香族硝基化合物的還原反應(yīng)2.工業(yè)上最常用的重氮化試劑組合是（）A.濃硝酸+鹽酸B.亞硝酸鈉+濃硫酸C.亞硝酸鈉+鹽酸D.硝酸鈉+稀硫酸3.重氮化反應(yīng)的適宜pH范圍通常為（）A.12B.34C.56D.784.重氮鹽的熱穩(wěn)定性較差，多數(shù)芳基重氮鹽在（）以上會快速分解A.0℃B.10℃C.20℃D.30℃5.重氮化反應(yīng)中，若亞硝酸鈉過量會導(dǎo)致（）A.反應(yīng)速率減慢B.重氮鹽分解C.副產(chǎn)物偶氮化合物生成D.芳伯胺水解6.對于難溶于水的芳伯胺，工業(yè)上常采用（）方法促進(jìn)反應(yīng)A.提高反應(yīng)溫度B.加入有機(jī)溶劑（如乙醇）C.增大亞硝酸鈉用量D.調(diào)節(jié)pH至強(qiáng)堿性7.重氮化反應(yīng)的關(guān)鍵控制參數(shù)不包括（）A.反應(yīng)溫度B.物料摩爾比C.攪拌速率D.反應(yīng)器材質(zhì)8.重氮鹽與酚類化合物發(fā)生偶合反應(yīng)的適宜pH條件是（）A.強(qiáng)酸性（pH<2）B.弱酸性（pH=46）C.弱堿性（pH=810）D.強(qiáng)堿性（pH>12）9.下列關(guān)于重氮化工藝安全的說法中，錯誤的是（）A.反應(yīng)釜需配置溫度、壓力聯(lián)鎖報警裝置B.亞硝酸鈉應(yīng)與有機(jī)物分開儲存C.廢酸可直接排入污水處理系統(tǒng)D.操作人員需佩戴防腐蝕手套和護(hù)目鏡10.某重氮化反應(yīng)中，芳伯胺（分子量123）的投料量為123kg，理論上需要亞硝酸鈉（分子量69）的量為（）A.69kgB.138kgC.207kgD.276kg二、填空題（每空1分，共20分）1.重氮化反應(yīng)的通式可表示為：ArNH?+NaNO?+2HCl→______+NaCl+2H?O。2.重氮化反應(yīng)屬于______（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)，實際生產(chǎn)中需通過______（填“夾套冷卻”或“蒸汽加熱”）控制溫度。3.芳伯胺的重氮化活性與其芳環(huán)上的取代基有關(guān)：吸電子基團(tuán)（如NO?）會______（填“提高”或“降低”）反應(yīng)活性；給電子基團(tuán)（如CH?）會______（填“提高”或“降低”）反應(yīng)活性。4.重氮鹽的分解產(chǎn)物通常包括______（氣體）和______（有機(jī)化合物），分解過程可能引發(fā)______（填“爆炸”或“中毒”）危險。5.工業(yè)上判斷重氮化反應(yīng)終點(diǎn)的常用方法是______（填“淀粉碘化鉀試紙顯色”或“酚酞指示劑變色”），若試紙______（填“變藍(lán)”或“變紅”），說明亞硝酸鈉過量。6.重氮化工藝中，廢酸的主要成分是______（填化學(xué)式），若直接排放會導(dǎo)致______（填“水體酸化”或“重金屬污染”），常用______（填“石灰中和”或“活性炭吸附”）法處理。7.對于易氧化的芳伯胺（如苯胺），重氮化時需控制亞硝酸鈉的加料順序為______（填“先加芳伯胺后加亞硝酸鈉”或“先加亞硝酸鈉后加芳伯胺”），以避免______（填“氧化副反應(yīng)”或“水解副反應(yīng)”）。8.重氮鹽的儲存條件要求______（填“低溫避光”或“高溫通風(fēng)”），且儲存時間一般不超過______（填“24小時”或“72小時”），以防分解。三、判斷題（每題1分，共10分。正確填“√”，錯誤填“×”）1.所有芳香族伯胺都能發(fā)生重氮化反應(yīng)。（）2.重氮化反應(yīng)中，鹽酸的作用僅為提供酸性環(huán)境。（）3.重氮鹽的水溶性通常優(yōu)于對應(yīng)的芳伯胺。（）4.反應(yīng)溫度越高，重氮化反應(yīng)速率越快，因此應(yīng)盡量提高溫度以縮短反應(yīng)時間。（）5.重氮化工藝中，若亞硝酸鈉不足，會導(dǎo)致芳伯胺殘留，影響后續(xù)偶合反應(yīng)收率。（）6.重氮鹽與脂肪胺的偶合反應(yīng)需在強(qiáng)酸性條件下進(jìn)行。（）7.重氮化反應(yīng)釜的材質(zhì)可選用普通碳鋼，無需特殊處理。（）8.廢酸中的亞硝酸鈉可通過加入尿素（NH?CONH?）分解，反應(yīng)方程式為：2NaNO?+CO(NH?)?+2HCl→2N?↑+CO?↑+2NaCl+3H?O。（）9.重氮化工藝的主要危險有害因素包括中毒（亞硝酸鈉）、腐蝕（鹽酸）和爆炸（重氮鹽分解）。（）10.重氮化反應(yīng)完成后，可直接將物料轉(zhuǎn)移至敞口容器中儲存。（）四、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述重氮化反應(yīng)的機(jī)理（以苯胺為例），并說明為何反應(yīng)需在強(qiáng)酸性條件下進(jìn)行。2.列舉重氮化工藝中溫度控制的重要性（至少3點(diǎn)）。3.分析重氮化反應(yīng)中“亞硝酸鈉過量”和“亞硝酸鈉不足”分別會導(dǎo)致的問題。4.工業(yè)上如何處理重氮化工藝產(chǎn)生的含芳胺廢水？請寫出至少2種方法及原理。5.某工廠在重氮化反應(yīng)過程中出現(xiàn)溫度驟升（超過30℃），同時檢測到反應(yīng)器壓力升高，分析可能原因及應(yīng)急處理措施。五、計算題（共10分）某企業(yè)生產(chǎn)對硝基苯胺的重氮鹽，工藝參數(shù)如下：對硝基苯胺（C?H?NO?，分子量138）投料量：276kg（純度98%）亞硝酸鈉（NaNO?，分子量69）投料量：140kg（純度95%）鹽酸（HCl，濃度31%）投料量：500kg已知反應(yīng)方程式：C?H?NO?NH?+NaNO?+2HCl→C?H?NO?N??Cl?+NaCl+2H?O（1）計算對硝基苯胺的實際摩爾數(shù)（保留2位小數(shù)）；（2）計算亞硝酸鈉的理論需要量（kg，保留2位小數(shù)）；（3）判斷亞硝酸鈉是否過量（需計算摩爾比）。六、綜合分析題（共10分）某化工廠采用間歇式重氮化工藝生產(chǎn)偶氮染料中間體，近期連續(xù)發(fā)生兩起事故：（1）第一起：反應(yīng)釜攪拌器故障停機(jī)30分鐘，重啟后溫度從5℃迅速升至25℃，檢測到有棕色氣體（NO?）逸出，部分物料噴出。（2）第二起：工人誤將亞硝酸鈉投加量增加1倍，反應(yīng)結(jié)束后未及時處理，次日發(fā)現(xiàn)反應(yīng)釜內(nèi)物料劇烈分解，發(fā)生爆炸。請結(jié)合重氮化工藝特點(diǎn)，分析兩起事故的直接原因和間接原因，并提出針對性的改進(jìn)措施。答案一、單項選擇題1.A2.C3.A4.B5.C6.B7.D8.C9.C10.A二、填空題1.ArN??Cl?（或芳基重氮鹽酸鹽）2.放熱；夾套冷卻3.降低；提高4.N?（氮?dú)猓?；酚類（或芳烴衍生物）；爆炸5.淀粉碘化鉀試紙顯色；變藍(lán)6.HCl（鹽酸）；水體酸化；石灰中和7.先加芳伯胺后加亞硝酸鈉；氧化副反應(yīng)8.低溫避光；24小時三、判斷題1.×（注：只有芳香族伯胺，且芳環(huán)上無強(qiáng)吸電子基團(tuán)阻礙時才能反應(yīng)）2.×（鹽酸還參與生成重氮鹽的陰離子）3.√4.×（溫度過高會導(dǎo)致重氮鹽分解）5.√6.×（脂肪胺偶合需弱堿性）7.×（需選用耐酸材質(zhì)如搪玻璃）8.√9.√10.×（需密封低溫儲存）四、簡答題1.機(jī)理：苯胺（ArNH?）在酸性條件下質(zhì)子化生成ArNH??，亞硝酸（HNO?）分解為NO?（亞硝酰正離子）；NO?作為親電試劑進(jìn)攻ArNH??的氨基鄰位，經(jīng)中間體生成重氮鹽（ArN??Cl?）。強(qiáng)酸性條件的作用：①抑制芳伯胺水解；②促進(jìn)HNO?分解為NO?（關(guān)鍵親電試劑）；③防止重氮鹽與未反應(yīng)的芳伯胺發(fā)生偶合副反應(yīng)。2.溫度控制的重要性：①溫度過高（>10℃）會導(dǎo)致重氮鹽分解（生成N?和酚類），降低收率；②溫度過低（<0℃）會減緩反應(yīng)速率，延長生產(chǎn)周期；③溫度波動可能引發(fā)局部過熱，導(dǎo)致物料噴濺或爆炸；④低溫可抑制副反應(yīng)（如芳伯胺氧化、重氮鹽與雜質(zhì)反應(yīng)）。3.亞硝酸鈉過量的問題：①與重氮鹽反應(yīng)生成亞硝基化合物（如ArN??+HNO?→ArNO+N?+H?），降低主產(chǎn)物收率；②過量的HNO?會氧化芳伯胺（如苯胺被氧化為硝基苯）；③增加廢水中亞硝酸鹽含量，處理成本升高。亞硝酸鈉不足的問題：①芳伯胺殘留，后續(xù)偶合反應(yīng)中與重氮鹽競爭，生成副產(chǎn)物（如ArNH?+ArN??→偶氮化合物）；②未反應(yīng)的芳伯胺可能與酸反應(yīng)生成鹽，影響產(chǎn)品純度；③收率降低，原料浪費(fèi)。4.處理方法及原理：①活性炭吸附法：利用活性炭的多孔結(jié)構(gòu)吸附廢水中的芳胺（如苯胺、對硝基苯胺），通過物理吸附降低濃度；適用于低濃度廢水。②芬頓氧化法：加入H?O?和Fe2?，生成強(qiáng)氧化性的·OH自由基，將芳胺氧化為CO?、H?O和無機(jī)氮（如NO??）；適用于高濃度難降解廢水。③萃取法：使用與水不混溶的有機(jī)溶劑（如苯、二氯甲烷）萃取廢水中的芳胺，利用相似相溶原理分離；適用于芳胺濃度較高且易溶于有機(jī)溶劑的情況。5.可能原因：①攪拌失效導(dǎo)致物料混合不均，局部反應(yīng)放熱未及時擴(kuò)散；②溫度監(jiān)測儀表故障，未及時發(fā)現(xiàn)反應(yīng)失控；③亞硝酸鈉加料過快，反應(yīng)速率超過冷卻能力；④重氮鹽分解（溫度>10℃時開始分解，30℃以上劇烈分解）。應(yīng)急處理措施：①立即停止加料（亞硝酸鈉、鹽酸）；②開啟緊急冷卻系統(tǒng)（如冷凍鹽水）降低溫度；③啟動泄壓裝置（如爆破片）釋放壓力，防止爆炸；④用大量水稀釋物料，終止分解反應(yīng)；⑤疏散現(xiàn)場人員，佩戴防護(hù)裝備處理泄漏。五、計算題（1）對硝基苯胺的摩爾數(shù)=（276kg×98%）/138g/mol=（270.48×10?mg）/138mg/mmol=1960000mmol=1960mol（保留2位小數(shù)為1960.00mol）。（2）理論需亞硝酸鈉摩爾數(shù)=對硝基苯胺摩爾數(shù)=1960mol；理論質(zhì)量=1960mol×69g/mol=135240g=135.24kg。（3）實際亞硝酸鈉摩爾數(shù)=（140kg×95%）/69g/mol=（133×10?mg）/69mg/mmol≈1927536mmol≈1927.54mol；摩爾比=實際NaNO?摩爾數(shù)/理論需要量=1927.54/1960≈0.98<1，因此亞硝酸鈉不足。六、綜合分析題第一起事故直接原因：攪拌器故障導(dǎo)致物料混合不均，局部反應(yīng)放熱積累，溫度升高引發(fā)重氮鹽分解（生成NO?和酚類），分解產(chǎn)生的氣體（N?、NO?）導(dǎo)致壓力升高，物料噴出。間接原因：①設(shè)備維護(hù)不到位（未定期檢查攪拌器）；②缺乏攪拌失效的應(yīng)急處置預(yù)案；③溫度、壓力聯(lián)鎖報警系統(tǒng)未觸發(fā)（或靈敏度不足）。第二起事故直接原因：亞硝酸鈉過量導(dǎo)致重氮鹽與過量HNO?反應(yīng)生成亞硝基化合物，同時未及時處理的重氮鹽在儲存過程中因溫度升高（如環(huán)境溫度）劇烈分解，釋放大量氣體（N?、NO?），壓力超過反應(yīng)器承受極限引發(fā)爆炸。間接原因：①操作培訓(xùn)不足（工人誤投物料）；②未執(zhí)行“雙人復(fù)核”投料制度；③重氮鹽未及時轉(zhuǎn)移至低溫儲存（或儲存條件不達(dá)標(biāo)）。改進(jìn)措施①設(shè)備管理：定