【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.重氮化反應的本質(zhì)是以下哪類反應？A.親電取代反應B.親核取代反應C.自由基反應D.加成反應答案：A2.重氮化工藝中，最常用的重氮化試劑組合是？A.硝酸鈉+硫酸B.亞硝酸鈉+鹽酸C.硝酸鉀+磷酸D.亞硝酸銨+醋酸答案：B3.重氮化反應的適宜溫度范圍通常為？A.05℃B.1015℃C.2025℃D.3035℃答案：A4.重氮化反應中，若pH值過高（＞3），最可能引發(fā)的副反應是？A.重氮鹽分解B.胺類物質(zhì)水解C.偶合反應D.硝化反應答案：C5.下列哪類胺最容易發(fā)生重氮化反應？A.脂肪族伯胺B.芳香族伯胺C.芳香族仲胺D.脂肪族仲胺答案：B6.重氮化工藝中，為防止重氮鹽分解，通常需控制反應體系的？A.氧化劑濃度B.還原劑濃度C.酸性條件D.堿性條件答案：C7.重氮化反應中，亞硝酸鈉的滴加速度過快會導致？A.反應不完全B.溫度驟升C.產(chǎn)物收率提高D.設備腐蝕加劇答案：B8.重氮鹽溶液的穩(wěn)定性主要取決于？A.溶液的顏色B.溶液的pH值C.溶液的密度D.溶液的電導率答案：B9.重氮化工藝中，若反應體系出現(xiàn)大量氣泡（非反應氣體），最可能的原因是？A.原料純度不足B.重氮鹽分解C.攪拌速率過快D.冷卻系統(tǒng)故障答案：B10.重氮化廢水處理時，若廢水中含有未反應的苯胺，最常用的去除方法是？A.沉淀法B.吸附法（活性炭）C.中和法D.膜分離法答案：B二、填空題（每空1分，共20分）1.重氮化反應的通式可表示為：ArNH?+NaNO?+2HCl→______+NaCl+2H?O（Ar表示芳香基）。答案：ArN??Cl?2.重氮化工藝的關鍵設備包括反應釜、______、滴加裝置和______系統(tǒng)（用于控制溫度）。答案：冷凝器；冷卻3.重氮化反應的pH值需嚴格控制在______（填范圍），通常通過添加______（填試劑）調(diào)節(jié)。答案：12；鹽酸4.重氮鹽的熱穩(wěn)定性較差，當溫度超過______℃時易發(fā)生分解，生成______（填產(chǎn)物類型）和氮氣。答案：10；芳基正離子5.重氮化反應中，若胺類物質(zhì)含有吸電子基團（如NO?），其反應活性會______（填“升高”或“降低”）；若含有給電子基團（如CH?），反應活性會______（填“升高”或“降低”）。答案：降低；升高6.重氮化工藝的安全風險主要包括______（填主要風險類型）和______（填次要風險類型），需通過______（填措施）和______（填措施）進行防控。答案：重氮鹽分解爆炸；設備腐蝕；溫度聯(lián)鎖控制；惰性氣體保護7.重氮化反應終點檢測常用______（填方法），其原理是利用______（填試劑）與過量的亞硝酸反應顯色。答案：淀粉碘化鉀試紙；碘化鉀8.重氮化廢水的主要污染物包括______（填物質(zhì)1）、______（填物質(zhì)2）和______（填物質(zhì)3），需經(jīng)______（填處理工藝）后達標排放。答案：重氮鹽；未反應的胺類；無機鹽；中和+吸附+氧化9.重氮化反應中，若使用硫酸代替鹽酸，需注意______（填問題），通常需添加______（填物質(zhì)）防止胺類硫酸鹽析出。答案：胺類硫酸鹽溶解度低；尿素三、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯誤打“×”）1.重氮化反應僅適用于芳香族伯胺，脂肪族伯胺無法發(fā)生重氮化反應。（）答案：×（脂肪族伯胺可發(fā)生重氮化，但生成的重氮鹽極不穩(wěn)定，易分解）2.重氮化反應中，亞硝酸鈉需過量，以確保胺類完全反應。（）答案：×（過量亞硝酸鈉會導致重氮鹽分解，通常控制微過量后用尿素除去）3.重氮化反應的攪拌速率對反應影響不大，可隨意調(diào)整。（）答案：×（攪拌速率影響傳熱和混合均勻性，需穩(wěn)定控制）4.重氮鹽溶液可長期保存，只要密封避光即可。（）答案：×（重氮鹽即使低溫下也會緩慢分解，需現(xiàn)配現(xiàn)用）5.重氮化工藝中，設備材質(zhì)可選用普通碳鋼，無需耐腐蝕處理。（）答案：×（反應體系為強酸性，需選用不銹鋼或搪瓷材質(zhì)）6.重氮化反應的放熱量較小，無需額外冷卻系統(tǒng)。（）答案：×（反應放熱，需通過冰鹽水或冷凍水維持低溫）7.重氮化廢水的pH值通常為堿性，需中和至中性后排放。（）答案：×（廢水呈強酸性，需用堿中和）8.重氮化反應中，若檢測到淀粉碘化鉀試紙變藍，說明亞硝酸鈉不足。（）答案：×（變藍說明有過量亞硝酸，需用尿素除去）9.重氮鹽分解時會釋放大量氮氣，可能導致設備超壓爆炸。（）答案：√10.重氮化工藝的操作人員只需掌握基本操作，無需特殊安全培訓。（）答案：×（需經(jīng)工藝安全、應急處置等專項培訓）四、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述重氮化反應的機理（分步驟說明）。答案：重氮化反應機理分為三步：①芳香伯胺（ArNH?）在強酸性條件下質(zhì)子化，生成ArNH??；②亞硝酸（HNO?）在酸性條件下分解為亞硝酰正離子（NO?），作為親電試劑；③NO?進攻ArNH??的氨基，脫去質(zhì)子后生成中間產(chǎn)物ArNHNO，再經(jīng)重排脫去水，最終生成重氮鹽（ArN??X?）。2.列舉影響重氮化反應速率的主要因素，并說明其影響規(guī)律。答案：主要因素包括：①溫度：低溫（05℃）抑制重氮鹽分解，同時降低反應速率；溫度過高則重氮鹽易分解，需嚴格控溫。②pH值：pH=12時，H?濃度足夠使胺質(zhì)子化，同時促進NO?生成；pH＞3時，胺易與重氮鹽發(fā)生偶合副反應。③胺的結(jié)構(gòu)：給電子基團（如CH?、OH）使芳環(huán)電子云密度升高，加速親電取代；吸電子基團（如NO?、Cl）則降低反應速率。④亞硝酸鈉濃度：濃度過高會導致局部溫度驟升，需緩慢滴加；濃度過低則反應不完全。3.重氮化工藝中，如何防止重氮鹽分解引發(fā)的安全事故？答案：防控措施包括：①嚴格控制反應溫度在05℃，采用冰鹽水或冷凍水冷卻，配備溫度聯(lián)鎖裝置，超溫時自動報警并啟動緊急冷卻。②維持強酸性條件（pH=12），避免pH過高引發(fā)偶合反應或重氮鹽水解。③控制亞硝酸鈉滴加速度，避免局部過量導致溫度驟升；反應終點后用尿素除去過量亞硝酸。④設備材質(zhì)選用耐腐蝕的不銹鋼或搪瓷，避免金屬離子（如Cu2+、Fe3+）催化重氮鹽分解。⑤反應釜設置泄壓裝置（如爆破片），并保持通風，避免氮氣積聚超壓。⑥重氮鹽溶液現(xiàn)配現(xiàn)用，避免長時間儲存。4.重氮化廢水的主要污染物有哪些？簡述其處理工藝。答案：主要污染物包括：①未反應的芳香胺（如苯胺、對硝基苯胺）；②重氮鹽分解產(chǎn)物（如酚類、芳基正離子水解產(chǎn)物）；③無機鹽（如NaCl、Na?SO?）；④過量的酸（HCl、H?SO?）。處理工藝：①中和：用NaOH調(diào)節(jié)pH至中性；②吸附：通過活性炭或樹脂吸附去除有機污染物（如苯胺）；③氧化：采用芬頓氧化或臭氧氧化分解難降解有機物（如重氮鹽）；④膜分離：通過反滲透去除無機鹽，實現(xiàn)廢水回用或達標排放。5.重氮化反應中，若出現(xiàn)“亞硝酸鈉滴加完畢后，淀粉碘化鉀試紙未變藍”的異常現(xiàn)象，可能的原因及處理措施是什么？答案：可能原因：①亞硝酸鈉用量不足，未完全反應；②反應溫度過高，亞硝酸分解（2HNO?→NO↑+NO?↑+H?O）；③胺類物質(zhì)過量，消耗了所有亞硝酸。處理措施：①取樣檢測胺類殘留（如用對二甲氨基苯甲醛顯色法），若胺未完全反應，需補加亞硝酸鈉；②檢查冷卻系統(tǒng)，確認溫度是否在05℃，若超溫需降低滴加速率或暫停滴加，待溫度恢復后繼續(xù)；③若胺類過量是由于原料配比錯誤，需重新計算摩爾比（胺:亞硝酸鈉=1:1.051.1），調(diào)整后續(xù)批次的投料量。五、計算題（每題10分，共20分）1.某重氮化反應以苯胺（C?H?NH?，分子量93）為原料，投料量為930kg，理論上需要多少千克亞硝酸鈉（NaNO?，分子量69）？（假設反應完全，摩爾比為1:1）答案：苯胺的物質(zhì)的量=930kg/93g/mol=10,000mol（10kmol）根據(jù)反應式，苯胺與亞硝酸鈉的摩爾比為1:1，因此需要NaNO?的物質(zhì)的量為10kmol。NaNO?的質(zhì)量=10kmol×69g/mol=690,000g=690kg答：理論需要亞硝酸鈉690kg。2.某重氮化反應結(jié)束后，取100mL反應液，用0.1mol/L的氨基磺酸（NH?SO?H）滴定過量的亞硝酸鈉，消耗氨基磺酸溶液25mL。已知氨基磺酸與亞硝酸鈉的反應式為：NH?SO?H+NaNO?=N?↑+NaHSO?+H?O，計算反應液中過量的亞硝酸鈉濃度（單位：g/L）。答案：氨基磺酸的物質(zhì)的量=0.1mol/L×0.025L=0.0025mol根據(jù)反應式，氨基磺酸與NaNO?的摩爾比為1:1，因此過量NaNO?的物質(zhì)的量為0.0025mol。100mL反應液中NaNO?的質(zhì)量=0.0025mol×69g/mol=0.1725g反應液中NaNO?的濃度=0.1725g/0.1L=1.725g/L答：過量亞硝酸鈉的濃度為1.725g/L。六、綜合分析題（共20分）某化工企業(yè)采用間歇式重氮化工藝生產(chǎn)對硝基苯重氮鹽，近期發(fā)生一起反應釜超壓事故，現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)反應溫度曾短時升至15℃，且反應液pH值為4.5。結(jié)合重氮化工藝知識，分析事故原因并提出改進措施。答案：事故原因分析：（1）溫度失控：重氮化反應的適宜溫度為05℃，當溫度升至15℃時，重氮鹽熱穩(wěn)定性下降，發(fā)生分解反應（ArN??X?→Ar?+N?↑+X?），釋放大量氮氣，導致釜內(nèi)壓力驟升。（2）pH值過高：反應液pH=4.5（正常應12），酸性不足，一方面抑制了亞硝酰正離子（NO?）的生成，導致反應速率降低；另一方面，未反應的苯胺（ArNH?）與重氮鹽（ArN??X?）發(fā)生偶合反應（ArN??+ArNH?→ArN=NArNH?），生成偶氮化合物并釋放熱量，進一步加劇溫度上升，形成惡性循環(huán)。（3）過程控制缺失：未及時監(jiān)測溫度和pH值的異常變化，或聯(lián)鎖裝置未啟動（如溫度超溫未自動切斷亞硝酸鈉滴加或啟動緊急冷卻）。改進措施：（1）優(yōu)化溫度控制：①采用冷凍鹽水（5℃）作為冷卻介質(zhì)，提高換熱效率；②安裝溫度在線監(jiān)測及聯(lián)鎖系統(tǒng)，當溫度超過8℃時自動暫停亞硝酸鈉滴加，超過10℃時啟動緊急冷卻（如注入冰鹽水）。（2）嚴格控制pH值：①反應前用鹽酸調(diào)節(jié)物料pH至12，滴加過程中通過pH計在線監(jiān)測，若pH＞2則補加鹽酸；②采用自動加酸裝置，實現(xiàn)pH值的閉環(huán)控制。（3）改進工藝操作：①亞硝酸鈉采用蠕動泵勻速滴加（滴加時間≥2h），避免局部過量導致溫度驟升；②反應終點后，立即