重氮化工藝試題和答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分）1.重氮化反應(yīng)的本質(zhì)是芳香族伯胺與以下哪種物質(zhì)的反應(yīng)？A.硝酸B.亞硝酸C.硫酸D.鹽酸2.工業(yè)上最常用的重氮化試劑組合是？A.亞硝酸鈉+鹽酸B.硝酸鈉+硫酸C.亞硝酸鉀+磷酸D.硝酸銨+醋酸3.重氮化反應(yīng)的適宜溫度范圍通常為？A.5℃~5℃B.10℃~20℃C.30℃~40℃D.50℃~60℃4.重氮化反應(yīng)中，若亞硝酸過量會導(dǎo)致的主要風(fēng)險是？A.產(chǎn)物顏色變深B.反應(yīng)速率降低C.重氮鹽分解爆炸D.原料轉(zhuǎn)化率下降5.對于難溶于水的芳胺，工業(yè)上常采用的重氮化方法是？A.直接法B.反加法C.懸浮法D.亞硝酰硫酸法6.重氮化反應(yīng)中，pH值的控制對反應(yīng)選擇性影響顯著，通常應(yīng)維持體系pH為？A.強(qiáng)酸性（pH<1）B.弱酸性（pH=2~3）C.中性（pH=7）D.弱堿性（pH=8~9）7.重氮鹽的熱穩(wěn)定性主要取決于芳環(huán)上的取代基，以下哪種取代基會顯著降低重氮鹽的穩(wěn)定性？A.CH?（甲基）B.OCH?（甲氧基）C.NO?（硝基）D.NH?（氨基）8.重氮化工藝中，為防止重氮鹽分解，通常需控制反應(yīng)體系的亞硝酸鈉加料方式為？A.一次性快速加入B.分批間隔加入C.勻速滴加D.先快后慢加入9.以下哪種設(shè)備不適用于重氮化反應(yīng)的工業(yè)化生產(chǎn)？A.夾套式搪瓷反應(yīng)釜B.微通道反應(yīng)器C.普通碳鋼反應(yīng)釜D.帶攪拌的玻璃反應(yīng)器10.重氮化反應(yīng)結(jié)束后，檢測亞硝酸過量的常用試劑是？A.淀粉碘化鉀試紙B.酚酞指示劑C.甲基橙指示劑D.石蕊試紙11.重氮化工藝中，若原料芳胺含有強(qiáng)吸電子基團(tuán)（如NO?），則反應(yīng)活性會？A.顯著提高B.略有提高C.基本不變D.顯著降低12.重氮鹽的水解反應(yīng)屬于以下哪種類型？A.親電取代B.親核取代C.自由基反應(yīng)D.加成反應(yīng)13.工業(yè)重氮化工藝中，廢水處理的關(guān)鍵是去除殘留的？A.芳胺B.重氮鹽C.亞硝酸根D.鹽酸14.微通道反應(yīng)器用于重氮化工藝的主要優(yōu)勢是？A.設(shè)備成本低B.傳熱傳質(zhì)效率高C.操作靈活性大D.適合大規(guī)模生產(chǎn)15.重氮化反應(yīng)中，若反應(yīng)溫度過高，最可能引發(fā)的安全事故是？A.原料揮發(fā)損失B.重氮鹽分解爆炸C.設(shè)備腐蝕加劇D.產(chǎn)物收率降低二、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（Ar代表芳基）。2.重氮化反應(yīng)的關(guān)鍵中間體是______，其穩(wěn)定性直接影響工藝安全性。3.工業(yè)上，對于堿性較弱的芳胺（如硝基苯胺），需采用______作為重氮化試劑，以提高反應(yīng)活性。4.重氮化工藝中，攪拌的主要作用是______和______，防止局部過熱或試劑濃度不均。5.重氮鹽的分解產(chǎn)物通常包括______、______和芳基自由基，其中芳基自由基易引發(fā)連鎖反應(yīng)導(dǎo)致爆炸。6.重氮化反應(yīng)的溫度控制需結(jié)合芳胺的堿性：堿性越強(qiáng)，反應(yīng)溫度應(yīng)______（填“越高”或“越低”）。7.為防止重氮鹽分解，反應(yīng)結(jié)束后應(yīng)盡快進(jìn)行后續(xù)反應(yīng)（如偶合、水解等），若需暫存，應(yīng)控制體系溫度在______以下。8.重氮化工藝的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)通常包括______、______和______監(jiān)測與聯(lián)鎖切斷功能。9.亞硝酰硫酸（NOHSO?）由______和______在濃硫酸中反應(yīng)生成，是強(qiáng)酸性條件下重氮化的高效試劑。10.重氮化廢水處理時，常用______（如尿素、氨基磺酸）還原殘留的亞硝酸根，防止其分解產(chǎn)生有毒氣體。三、判斷題（每題1分，共10分）1.重氮化反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，因此需嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度以避免失控。（）2.所有芳胺均可采用直接法（亞硝酸鈉+鹽酸）進(jìn)行重氮化。（）3.重氮鹽的穩(wěn)定性隨芳環(huán)上吸電子基團(tuán)的增多而增強(qiáng)。（）4.重氮化工藝中，pH值過高會導(dǎo)致芳胺以游離胺形式存在，降低反應(yīng)速率。（）5.微通道反應(yīng)器因體積小，即使發(fā)生局部過熱也不會引發(fā)爆炸，因此安全性高于傳統(tǒng)反應(yīng)釜。（）6.重氮化反應(yīng)結(jié)束后，若檢測到亞硝酸過量，需立即補(bǔ)加芳胺原料以消耗多余亞硝酸。（）7.重氮鹽的水解反應(yīng)通常在強(qiáng)酸性條件下進(jìn)行，產(chǎn)物為酚類化合物。（）8.重氮化工藝中，設(shè)備材質(zhì)需耐酸腐蝕，因此不銹鋼（如316L）比搪瓷更適合。（）9.重氮化反應(yīng)的速率主要受芳胺的堿性、亞硝酸濃度和溫度影響，與攪拌速率無關(guān)。（）10.重氮化廢水若直接排放，其中的亞硝酸根會與水中有機(jī)物反應(yīng)生成亞硝胺類致癌物，需嚴(yán)格處理。（）四、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述重氮化反應(yīng)的機(jī)理（以苯胺與亞硝酸鈉/鹽酸體系為例），并說明關(guān)鍵步驟的控制要點(diǎn)。2.列舉重氮化工藝中常見的安全風(fēng)險，并提出3項(xiàng)針對性的控制措施。3.比較直接法與亞硝酰硫酸法重氮化的適用場景及工藝差異。4.重氮化反應(yīng)中，溫度控制為何是核心參數(shù)？請從反應(yīng)動力學(xué)和熱力學(xué)角度分析。5.某企業(yè)重氮化反應(yīng)釜發(fā)生爆炸事故，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度驟升至50℃，且亞硝酸鈉加料速度過快。請分析可能的爆炸原因及后續(xù)改進(jìn)措施。五、計算題（每題5分，共10分）1.某車間需制備對硝基苯胺的重氮鹽，原料為對硝基苯胺（C?H?N?O?，分子量152）152kg，理論上需要多少千克亞硝酸鈉（NaNO?，分子量69）？（反應(yīng)式：C?H?N?O?+NaNO?+2HCl→C?H?N?O?Cl+NaCl+2H?O）2.已知某重氮化反應(yīng)的摩爾反應(yīng)熱為120kJ/mol（放熱），若每小時處理500mol芳胺，反應(yīng)釜夾套冷卻水的流量為10m3/h，水的比熱容為4.18kJ/(kg·℃)，密度為1000kg/m3。假設(shè)熱量全部被冷卻水移除，求冷卻水的溫升（℃）。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.B（重氮化反應(yīng)是芳伯胺與亞硝酸（由亞硝酸鈉與酸反應(yīng)生成）的反應(yīng)）2.A（工業(yè)常用鹽酸與亞硝酸鈉反應(yīng)生成亞硝酸）3.A（低溫可抑制重氮鹽分解，通?？刂圃?℃~5℃）4.C（亞硝酸過量會加速重氮鹽分解，引發(fā)爆炸）5.D（難溶芳胺需用亞硝酰硫酸（溶于濃硫酸）作為試劑）6.A（強(qiáng)酸性條件下，芳胺以銨鹽形式存在，利于與亞硝酸反應(yīng)）7.C（硝基為強(qiáng)吸電子基，降低重氮鹽穩(wěn)定性）8.C（勻速滴加可控制亞硝酸濃度，避免局部過量）9.C（碳鋼易被酸腐蝕，不適用于酸性重氮化體系）10.A（亞硝酸可氧化碘化鉀生成碘，使淀粉變藍(lán)）11.D（吸電子基降低芳胺堿性，反應(yīng)活性下降）12.B（重氮鹽水解是羥基（OH）取代重氮基（N?+）的親核反應(yīng)）13.C（亞硝酸根有毒且易分解，需優(yōu)先處理）14.B（微通道反應(yīng)器比表面積大，傳熱傳質(zhì)效率高，安全性好）15.B（溫度過高導(dǎo)致重氮鹽分解，釋放氮?dú)夂蜔崃?，引發(fā)爆炸）二、填空題1.ArN?Cl（重氮鹽酸鹽）2.重氮鹽（ArN?+X?）3.亞硝酰硫酸（NOHSO?）4.均勻混合物料；及時移走反應(yīng)熱5.氮?dú)猓∟?）；芳基正離子（Ar?）6.越低（堿性強(qiáng)的芳胺反應(yīng)活性高，需低溫防止分解）7.0℃8.溫度；壓力；亞硝酸濃度9.亞硝酸鈉（NaNO?）；濃硫酸（H?SO?）10.還原劑三、判斷題1.√（重氮化反應(yīng)放熱，溫度失控會導(dǎo)致重氮鹽分解）2.×（堿性極弱的芳胺需用亞硝酰硫酸法）3.×（吸電子基使重氮鹽更不穩(wěn)定）4.×（pH過高時，芳胺以游離態(tài)存在，反應(yīng)速率加快但易副反應(yīng)）5.×（微通道反應(yīng)器仍需控制溫度，局部過熱可能導(dǎo)致堵塞或分解）6.×（應(yīng)加入尿素或氨基磺酸還原過量亞硝酸）7.√（重氮鹽水解生成酚和氮?dú)猓?.×（搪瓷耐酸性更好，不銹鋼可能被氯離子腐蝕）9.×（攪拌影響傳質(zhì)，速率過慢會導(dǎo)致局部濃度不均）10.√（亞硝酸根與胺類反應(yīng)生成亞硝胺，致癌）四、簡答題1.機(jī)理：①苯胺（ArNH?）與鹽酸反應(yīng)生成苯胺鹽酸鹽（ArNH??Cl?）；②亞硝酸鈉與鹽酸反應(yīng)生成亞硝酸（HNO?）；③亞硝酸與苯胺鹽酸鹽反應(yīng)，經(jīng)中間體ArNHNO生成重氮鹽（ArN??Cl?）。關(guān)鍵控制要點(diǎn)：保持強(qiáng)酸性（pH<1）防止重氮鹽與游離胺偶合；低溫（5℃~5℃）抑制重氮鹽分解；勻速滴加亞硝酸鈉控制反應(yīng)速率。2.安全風(fēng)險：①重氮鹽熱分解（溫度過高）；②亞硝酸過量引發(fā)劇烈分解；③設(shè)備腐蝕導(dǎo)致物料泄漏；④廢水含亞硝酸根污染環(huán)境?？刂拼胧孩俨捎梦⑼ǖ婪磻?yīng)器強(qiáng)化傳熱；②安裝溫度、壓力聯(lián)鎖切斷裝置；③實(shí)時監(jiān)測亞硝酸濃度，過量時加入尿素還原；④設(shè)備選用耐酸搪瓷或316L不銹鋼。3.直接法：適用于堿性較強(qiáng)的芳胺（如苯胺、甲苯胺），工藝為芳胺溶于鹽酸，滴加亞硝酸鈉溶液，溫度5℃~5℃，pH<1。亞硝酰硫酸法：適用于堿性極弱的芳胺（如硝基苯胺、二硝基苯胺），工藝為芳胺溶于濃硫酸，加入亞硝酸鈉生成亞硝酰硫酸（NOHSO?），在強(qiáng)酸性（H?SO?）中完成重氮化，溫度0℃~10℃。差異：試劑體系（鹽酸vs濃硫酸）、芳胺溶解性要求、反應(yīng)pH值。4.動力學(xué)角度：溫度升高會加快反應(yīng)速率，但重氮化反應(yīng)本身速率較快，過高溫度會導(dǎo)致副反應(yīng)（如重氮鹽水解）和分解速率激增。熱力學(xué)角度：重氮鹽的分解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)（或熵增反應(yīng)），溫度升高會降低其穩(wěn)定性，分解產(chǎn)物（N?、Ar?）釋放大量熱量和氣體，可能引發(fā)爆炸。因此需嚴(yán)格控制低溫以平衡反應(yīng)速率與安全性。5.爆炸原因：①溫度驟升至50℃（遠(yuǎn)超安全范圍5℃~5℃），重氮鹽劇烈分解，釋放N?和熱量；②亞硝酸鈉加料過快，局部亞硝酸過量，加速重氮鹽分解；③分解產(chǎn)生的熱量未及時移除，導(dǎo)致熱失控，最終爆炸。改進(jìn)措施：①優(yōu)化加料方式（勻速滴加），安裝計量泵控制流速；②升級反應(yīng)釜夾套，提高冷卻效率（如改用低溫鹽水）；③安裝溫度聯(lián)鎖裝置（超20℃自動切斷加料并啟動緊急冷卻）；④定期校驗(yàn)溫度傳感器，確保監(jiān)測準(zhǔn)確性。五、計算題1