2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——應(yīng)用化學(xué)在染料生產(chǎn)中的應(yīng)用情況考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種化合物通常不作為偶氮染料合成的關(guān)鍵中間體？A.重氮鹽B.苯胺C.酚類(lèi)化合物D.芳香伯胺2.在還原染料的制備過(guò)程中，通常使用哪種物質(zhì)作為還原劑？A.高錳酸鉀B.硫酸鈉C.硫化鈉D.氫氣3.磺化反應(yīng)在染料生產(chǎn)中具有重要意義，下列哪種物質(zhì)是常用的磺化劑？A.濃硫酸B.硝酸C.高錳酸鉀D.氫氧化鈉4.對(duì)于液相反應(yīng)，提高反應(yīng)物濃度通常會(huì)如何影響反應(yīng)速率？A.降低B.不變C.提高D.不確定5.在染料生產(chǎn)工藝中，選擇溶劑時(shí)通常優(yōu)先考慮的因素不包括：A.溶解性好B.價(jià)格低廉C.環(huán)保安全D.粘度低6.下列哪種染料類(lèi)型主要用于紡織品染色，且具有較好的濕牢度？A.分散染料B.活性染料C.還原染料D.陽(yáng)離子染料7.原子經(jīng)濟(jì)性是評(píng)價(jià)化學(xué)反應(yīng)綠色程度的重要指標(biāo)，下列哪種反應(yīng)通常具有較高的原子經(jīng)濟(jì)性？A.加成反應(yīng)B.重排反應(yīng)C.去除反應(yīng)D.酯化反應(yīng)8.在染料生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生廢水的主要原因不包括：A.原料未完全反應(yīng)B.反應(yīng)副產(chǎn)物生成C.設(shè)備清洗D.空氣冷卻9.下列哪種催化劑常用于偶氮染料的偶合階段？A.鐵離子B.銅離子C.鋅離子D.堿性物質(zhì)10.酞菁染料是一類(lèi)重要的有機(jī)顏料，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不包括：A.由四個(gè)苯環(huán)構(gòu)成B.苯環(huán)之間通過(guò)次甲基橋連接C.含有氮原子D.結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱二、填空題（請(qǐng)將答案填在橫線上）1.染料在溶液中表現(xiàn)出顏色，主要是由于分子吸收了可見(jiàn)光區(qū)域的______。2.偶氮染料的通式通常為_(kāi)_____，其顏色主要由______決定。3.影響染料合成反應(yīng)速率的主要因素包括______、______和______。4.磺化反應(yīng)是染料分子引入______官能團(tuán)的過(guò)程，常用的磺化基團(tuán)有______和______。5.染料的牢度包括______、______、______等多種類(lèi)型。6.為了減少染料生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響，應(yīng)遵循______和______原則。7.分散染料的分子結(jié)構(gòu)通常較小，且不溶于水，主要用于______織物的染色。8.活性染料在染色時(shí)能與纖維發(fā)生______結(jié)合，因此具有較好的______。9.化學(xué)平衡常數(shù)K可以用來(lái)判斷反應(yīng)在______條件下進(jìn)行的傾向。10.常用的染料中間體苯胺可以通過(guò)苯的______反應(yīng)制得。三、名詞解釋?zhuān)ㄕ?qǐng)給出下列名詞的簡(jiǎn)要定義）1.還原染料2.酞菁染料3.原子經(jīng)濟(jì)性4.染料牢度5.重氮化反應(yīng)四、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題）1.簡(jiǎn)述偶氮染料合成的一般步驟和關(guān)鍵反應(yīng)條件。2.比較分散染料和活性染料在應(yīng)用領(lǐng)域和染色方法上的主要區(qū)別。3.影響染料合成產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素有哪些？請(qǐng)分別說(shuō)明。4.簡(jiǎn)述染料生產(chǎn)過(guò)程中廢水處理的重要性及常用的處理方法類(lèi)型。5.解釋什么是綠色化學(xué)，并列舉至少三種在染料合成中可以應(yīng)用的綠色化學(xué)理念或技術(shù)。五、論述題（請(qǐng)就下列問(wèn)題進(jìn)行較為詳細(xì)的論述）1.選擇一種你熟悉的染料（如偶氮染料、還原染料或活性染料），詳細(xì)描述其合成路線，并分析影響該合成工藝的關(guān)鍵因素及優(yōu)化方向。2.隨著環(huán)保要求的提高，傳統(tǒng)染料生產(chǎn)工藝面臨著哪些挑戰(zhàn)？請(qǐng)?zhí)接懭绾瓮ㄟ^(guò)應(yīng)用化學(xué)原理和技術(shù)對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行綠色化改造，并分析其可行性和潛在效益。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.A4.C5.D6.B7.A8.D9.D10.B二、填空題1.特定波長(zhǎng)的光2.Ar-N=N-Ar;偶合組分（或Aromaticgroupsofthediazocomponentandcouplingcomponent）3.濃度;溫度;催化劑4.磺酸基(-SO?H);羧基(-COOH);(或磺?；?SO?)5.耐光性;耐熱性;耐摩擦性6.原子經(jīng)濟(jì)性;可持續(xù)發(fā)展7.纖維素纖維(或棉、麻、粘膠等)8.共價(jià)鍵;濕牢度9.平衡;(或Equilibrium)10.硝化;(或Nitration)三、名詞解釋1.還原染料：一類(lèi)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、不溶于水、需在堿性介質(zhì)中用還原劑還原成隱色酸鈉后才能上染纖維，然后在織物上再氧化恢復(fù)原色，具有鮮艷色澤和良好牢度的染料。2.酞菁染料：一類(lèi)由四個(gè)苯環(huán)通過(guò)次甲基橋連接而成，具有高度共軛體系的、具有金屬光澤的、顏色鮮艷的有機(jī)金屬或非金屬顏料。3.原子經(jīng)濟(jì)性：指在化學(xué)反應(yīng)中，有多少百分比的原料原子轉(zhuǎn)化成了期望的產(chǎn)物。它是衡量化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)物多少以及原子利用率的指標(biāo)。4.染料牢度：指染料在染色后，在規(guī)定條件下使用或處理時(shí)，保持其色澤原貌的能力。主要包括耐光、耐熱、耐摩擦、耐汗?jié)n、耐洗滌等。5.重氮化反應(yīng)：指芳伯胺在強(qiáng)酸性條件下與亞硝酸鈉反應(yīng)，生成重氮鹽的反應(yīng)。四、簡(jiǎn)答題1.偶氮染料合成的一般步驟包括：①重氮組分（通常是芳伯胺）的制備，通常在冰鹽浴等低溫條件下，用亞硝酸鈉與強(qiáng)酸（如硫酸）反應(yīng)生成重氮鹽；②偶合組分（通常是含有活性亞甲基的化合物，如苯胺、酚類(lèi)等）的準(zhǔn)備；③在適宜的pH條件和溫度下，將重氮鹽溶液與偶合組分溶液進(jìn)行偶合反應(yīng)，生成偶氮染料。關(guān)鍵反應(yīng)條件包括：重氮化階段需嚴(yán)格控制低溫（0-5℃）、酸度（H?濃度）和反應(yīng)時(shí)間，以獲得穩(wěn)定的重氮鹽；偶合階段需根據(jù)偶合組分選擇合適的pH（通常為弱堿性）和溫度（通常為室溫或稍高），以促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行并得到色澤鮮艷的產(chǎn)物。2.分散染料主要用于滌綸等合成纖維的染色，其分子結(jié)構(gòu)小，不溶于水，需借助載體或高溫高壓等條件將染料引入纖維內(nèi)部，染色后通常需要進(jìn)行熱定形以固色。染色方法主要有載體染色、高溫高壓染色等?；钚匀玖现饕糜诿?、麻、粘膠等纖維素纖維的染色，其分子結(jié)構(gòu)中含有能與纖維發(fā)生共價(jià)鍵結(jié)合的活性基團(tuán)（如磺酸基、乙烯基醚基等），在堿性條件下與纖維發(fā)生反應(yīng)，因此具有較好的濕牢度。染色方法通常在常壓沸染條件下進(jìn)行，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。兩者的主要區(qū)別在于應(yīng)用纖維類(lèi)型、染料結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、染色方法、以及染料與纖維的結(jié)合方式（分散染料為物理吸附或嵌入，活性染料為化學(xué)共價(jià)鍵）。3.影響染料合成產(chǎn)率的主要因素包括：①反應(yīng)物濃度：濃度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率慢，轉(zhuǎn)化率低；濃度過(guò)高可能引起副反應(yīng)。②溫度：溫度影響反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，過(guò)高可能導(dǎo)致副產(chǎn)物生成或?qū)е庐a(chǎn)物分解，過(guò)低則反應(yīng)速率慢。③催化劑：催化劑可以改變反應(yīng)路徑，加快反應(yīng)速率，提高選擇性。④反應(yīng)時(shí)間：時(shí)間不足導(dǎo)致反應(yīng)不完全，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能產(chǎn)生副產(chǎn)物。⑤pH值：對(duì)于許多反應(yīng)，特別是涉及胺、酸或酶的反應(yīng)，pH值對(duì)反應(yīng)速率和選擇性有重要影響。⑥反應(yīng)物純度：雜質(zhì)可能參與副反應(yīng)，降低主產(chǎn)物產(chǎn)率。⑦分離提純效率：后處理過(guò)程可能造成產(chǎn)物損失。影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素包括：①產(chǎn)物的純度：雜質(zhì)可能導(dǎo)致顏色不純、色光偏差、或影響牢度。②產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)：合成目標(biāo)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)是否正確、是否存在異構(gòu)體。③產(chǎn)品的物理形態(tài)：如粒度、晶型、色澤等。④產(chǎn)品的安全性：是否符合環(huán)保和法規(guī)要求。4.染料生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量廢水，含有染料分子、中間體、助劑、酸堿等，直接排放會(huì)嚴(yán)重污染水體，破壞生態(tài)環(huán)境，危害人類(lèi)健康。因此，廢水處理至關(guān)重要。常用的處理方法類(lèi)型包括：①物理法：如吸附法（活性炭吸附、樹(shù)脂吸附）、膜分離法（微濾、超濾、納濾）、萃取法等，主要用于去除色度、懸浮物或特定污染物。②化學(xué)法：如混凝沉淀法（利用混凝劑使染料分子聚集成絮體沉淀）、氧化還原法（如Fenton氧化法、臭氧氧化法，用于降解難降解有機(jī)物）、電解法等。③生物法：如活性污泥法、生物膜法等，主要用于處理可生物降解的有機(jī)污染物。④聯(lián)合法：通常將多種方法結(jié)合使用，如吸附-生化法、混凝-氧化法等，以提高處理效率和降低成本。5.綠色化學(xué)是一門(mén)旨在從源頭上減少或消除化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用中對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境有害物質(zhì)的學(xué)科。在染料合成中可以應(yīng)用的綠色化學(xué)理念或技術(shù)包括：①避免使用或減少使用有毒有害原料：如選用更安全的芳烴、避免使用有毒的硝化或重氮化試劑。②設(shè)計(jì)合成路線，提高原子經(jīng)濟(jì)性：盡可能使原料原子全部轉(zhuǎn)化到目標(biāo)產(chǎn)物中，減少副產(chǎn)物生成。③開(kāi)發(fā)使用可再生的原料：如利用生物基原料。④使用高效、低毒的催化劑：如光催化劑、酶催化劑，并實(shí)現(xiàn)催化劑的循環(huán)使用。⑤盡可能使用水作溶劑：開(kāi)發(fā)無(wú)溶劑或少溶劑的染色工藝（如超臨界流體染色）。⑥設(shè)計(jì)可降解的染料分子結(jié)構(gòu)：減少染料在環(huán)境中的持久性。⑦在反應(yīng)介質(zhì)中或最終產(chǎn)品中引入易于去除的基團(tuán)，以便于后續(xù)分離和回收。⑧原子經(jīng)濟(jì)性高的加成反應(yīng)通常副產(chǎn)物少，符合綠色化學(xué)要求。五、論述題1.（以偶氮染料為例）偶氮染料合成路線：以對(duì)氨基苯磺酸為偶合組分，鄰硝基苯胺為重氮組分為例，合成路線如下：①鄰硝基苯胺在冰鹽浴（0-5℃）和硫酸介質(zhì)中，與亞硝酸鈉反應(yīng)生成重氮鹽（NaNO?+H?SO?+Ar-NH?→Ar-N??+SO?2?+H?O）；②將生成的重氮鹽溶液與對(duì)氨基苯磺酸在弱堿性條件下（如碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)pH至8-9）進(jìn)行偶合反應(yīng)，生成偶氮染料（Ar-N??+H?O+Ar-NH?→Ar-N=N-Ar+2H?+Na?）。影響該合成工藝的關(guān)鍵因素及優(yōu)化方向：①重氮化階段：低溫是關(guān)鍵，過(guò)高溫度易導(dǎo)致重氮鹽分解；酸度需精確控制，過(guò)強(qiáng)酸可能生成穩(wěn)定性差的反式重氮鹽；反應(yīng)時(shí)間需足夠長(zhǎng)以保證轉(zhuǎn)化率。優(yōu)化方向：優(yōu)化冷卻系統(tǒng)以保證持續(xù)低溫；精確控制酸度；開(kāi)發(fā)更穩(wěn)定、反應(yīng)速率更快或選擇性更高的重氮化體系。②偶合階段：pH值對(duì)反應(yīng)速率和產(chǎn)物色光影響顯著，需精確控制；溫度需適宜，過(guò)高可能導(dǎo)致副反應(yīng)（如羥胺的生成）；反應(yīng)物濃度和滴加速度需優(yōu)化。優(yōu)化方向：開(kāi)發(fā)pH自動(dòng)控制系統(tǒng)；選擇更溫和的反應(yīng)介質(zhì)；優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計(jì)，提高傳質(zhì)效率；開(kāi)發(fā)高效偶合催化劑。2.傳統(tǒng)染料生產(chǎn)工藝面臨的挑戰(zhàn)：①產(chǎn)生大量廢水、廢氣、廢渣（“三廢”），含有大量有機(jī)污染物、重金屬離子等，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。②許多合成路線原子經(jīng)濟(jì)性低，產(chǎn)生大量副產(chǎn)物，原料浪費(fèi)嚴(yán)重。③使用大量有毒有害的化學(xué)試劑（如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽催化劑、硝化劑、重氮化劑等），對(duì)工人健康和環(huán)境影響大。④能耗較高，特別是高溫高壓染色和合成過(guò)程。⑤部分染料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易分解或產(chǎn)生致癌、致畸、致突變的芳香胺等有害物質(zhì)。應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的綠色化改造思路及分析：①開(kāi)發(fā)原子經(jīng)濟(jì)性高的合成路線：例如，利用偶聯(lián)反應(yīng)、環(huán)加成反應(yīng)等一步法合成復(fù)雜結(jié)構(gòu)，減少中間體積累和分離過(guò)程。②使用環(huán)境友好的催化劑：如光催化、電催化、生物酶催化等替代傳統(tǒng)重金屬催化劑。③采用無(wú)溶劑或少溶劑工藝：如相轉(zhuǎn)移催化、微乳液催化、超臨界流體染色等。④使用可再生生物質(zhì)原料：如利用發(fā)酵產(chǎn)物替代苯酚等。⑤開(kāi)發(fā)高效、低毒的合成試劑：如開(kāi)發(fā)新型亞硝化劑、磺化劑等。⑥設(shè)計(jì)易生物降解的染料分子結(jié)構(gòu)。