(2025年)高等有机化工工艺学试题+答案

(2025年)高等有机化工工艺学试题+答案一、选择题（每题2分，共20分）1.自由基聚合反应中，若采用偶氮二异丁腈（AIBN）作为引发剂，其分解产生的初级自由基主要通过哪种方式终止链增长？A.偶合终止B.歧化终止C.向单体转移终止D.向溶剂转移终止2.工业上制备乙酸乙酯时，若采用浓硫酸作为催化剂，反应体系中加入过量乙醇的主要目的是：A.提高乙酸的转化率B.降低反应温度C.减少副产物乙醚的提供D.提高催化剂活性3.芳烃烷基化反应中，以苯和乙烯为原料制备乙苯时，若采用固体酸催化剂（如ZSM-5分子筛），反应的主要产物为：A.乙苯B.二乙苯C.三乙苯D.苯乙烯4.丙烯氨氧化制丙烯腈的反应中，关键控制参数是反应温度，通常维持在400-500℃，其主要原因是：A.避免催化剂烧结B.促进氨的分解C.平衡主反应与深度氧化副反应的速率D.提高丙烯的汽化率5.环氧乙烷水合制乙二醇的工艺中，若采用过量水（水与环氧乙烷摩尔比>20:1），主要目的是：A.提高环氧乙烷的转化率B.抑制二甘醇、三甘醇等副产物提供C.降低反应压力D.延长催化剂寿命6.煤制合成气（CO+H₂）的主要反应是煤的气化，其核心反应方程式为：A.C+H₂O(g)→CO+H₂B.C+O₂→CO₂C.CO+H₂O(g)→CO₂+H₂D.CH₄+H₂O(g)→CO+3H₂7.工业上采用均相催化法制备醋酸（甲醇羰基化）时，催化剂体系通常包含：A.Rh-I络合物+助催化剂HIB.Pd-Cu合金C.Fe-Mo氧化物D.AlCl₃路易斯酸8.苯加氢制环己烷的反应中，若采用Ni/Al₂O₃催化剂，反应压力通常控制在2-4MPa，主要原因是：A.提高氢气在液相中的溶解度B.抑制环己烷脱氢副反应C.降低催化剂失活速率D.促进苯的汽化9.氯乙烯聚合制备聚氯乙烯（PVC）时，若采用悬浮聚合法，分散剂的主要作用是：A.稳定单体液滴，防止聚并B.调节聚合速率C.提高产物分子量D.降低体系粘度10.丁二烯环氧化制环氧丁二烯的反应中，采用H₂O₂作为氧化剂时，通常需加入少量NaHCO₃，其作用是：A.中和反应提供的酸，防止催化剂失活B.提高H₂O₂的分解速率C.促进环氧化中间体的形成D.降低反应温度二、填空题（每空1分，共20分）1.工业上乙烯氧化制环氧乙烷的催化剂是以______为活性组分，______为载体，添加______（填元素）作为助催化剂以提高选择性。2.苯硝化制硝基苯的工艺中，混酸（HNO₃+H₂O₄）的作用是______，反应温度通常控制在50-60℃，若温度过高会导致______（填副反应）。3.丙烯环氧化制环氧丙烷的绿色工艺（如HPPO法）中，氧化剂是______，催化剂是______，该工艺的优点是______（任写一条）。4.合成气制甲醇的反应方程式为______，反应压力通常为5-10MPa，原因是______。5.己内酰胺制备工艺中，环己酮肟贝克曼重排反应的催化剂是______，该反应的原子利用率为______（保留一位小数）。6.对二甲苯（PX）氧化制对苯二甲酸（PTA）的催化剂体系是______，反应溶剂是______，需通入空气提供______。7.异戊二烯合成橡胶（IR）的聚合机理是______，工业上常用的引发剂是______（填具体物质）。8.煤液化制油的主要工艺分为______和______，其中______工艺需在高温高压下直接加氢。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述均相催化与多相催化的主要区别，并举例说明有机化工中两种催化类型的典型应用。2.分析丙烯腈生产中（丙烯氨氧化法），原料配比（丙烯:氨:空气）对反应的影响，并说明控制该配比的关键因素。3.阐述乙苯脱氢制苯乙烯工艺中，水蒸气作为稀释剂的作用（至少3点）。4.对比传统光气法与非光气法制备异氰酸酯（如MDI）的优缺点，从绿色化工角度说明非光气法的优势。5.解释自由基聚合中“自动加速现象”的成因，并说明工业上可采取哪些措施抑制该现象以提高产物质量。四、计算题（每题10分，共20分）1.某厂采用乙烯氧氯化法生产二氯乙烷（C₂H₄+2HCl+0.5O₂→C₂H₄Cl₂+H₂O），已知乙烯进料量为1000kg/h，HCl进料量为1500kg/h，氧气进料量为200kg/h（纯度99%）。反应后，二氯乙烷产量为2200kg/h，未反应的乙烯为50kg/h，未反应的HCl为100kg/h。计算：（1）乙烯的转化率；（2）HCl的转化率；（3）二氯乙烷的选择性（以乙烯为基准）。（注：M(C₂H₄)=28，M(HCl)=36.5，M(C₂H₄Cl₂)=99）2.某苯加氢制环己烷反应器的进料为苯（流量10kmol/h）、氢气（流量35kmol/h），反应方程式为C₆H₆+3H₂→C₆H₁₂。已知苯的转化率为95%，环己烷的收率为92%（以苯为基准）。计算：（1）反应后氢气的剩余量（kmol/h）；（2）副产物（假设为环己烯）的提供量（kmol/h）。五、综合分析题（20分）某企业拟采用生物乙醇脱水法替代传统石油路线生产乙烯（反应：C₂H₅OH→C₂H₄+H₂O），已知生物乙醇的纯度为95%（质量分数，其余为水），脱水催化剂为γ-Al₂O₃，反应温度350-400℃，压力0.1-0.3MPa。（1）分析该工艺与传统石脑油裂解制乙烯工艺在原料、能耗、产物纯度、环保性方面的差异；（2）指出生物乙醇脱水工艺中可能存在的技术瓶颈（至少3点），并提出改进建议；（3）从“双碳”目标（碳达峰、碳中和）角度，评价该工艺的应用前景。答案一、选择题1.A2.A3.A4.C5.B6.A7.A8.A9.A10.A二、填空题1.Ag；α-Al₂O₃；Re（铼）2.提供NO₂⁺亲电试剂；多硝基苯提供或苯的碳化3.H₂O₂；钛硅分子筛（TS-1）；无有害副产物（或原子利用率高）4.CO+2H₂→CH₃OH；高压促进反应正向进行（或提高甲醇收率）5.发烟硫酸；93.4%（C₆H₁₁NO→C₆H₁₁NO，分子量113→113，H₂SO₄参与但未计入产物，实际原子利用率需按主反应计算：113/(113+98)=53.6%？注：此处可能需修正，贝克曼重排反应为C₆H₁₁NO→C₆H₁₁NO（己内酰胺），实际原子利用率为100%，但工业上使用发烟硫酸作催化剂，可能需重新计算。正确应为：己内酰胺分子量113，环己酮肟分子量113，反应为分子内重排，原子利用率100%）6.Co-Mn-Br络合物；醋酸；氧气（或氧化剂）7.配位阴离子聚合；烷基锂（或齐格勒-纳塔催化剂）8.直接液化；间接液化；直接三、简答题1.均相催化：催化剂与反应物处于同一相（如液相），活性中心均一，反应速率快但分离困难（例：甲醇羰基化制醋酸的Rh-I络合物催化）；多相催化：催化剂与反应物分属不同相（如固体催化剂+气相/液相），活性中心位于表面，易分离但存在扩散限制（例：乙烯氧化制环氧乙烷的Ag/α-Al₂O₃催化）。2.丙烯:氨:空气配比需控制在1:1.0-1.2:9-12（摩尔比）。氨过量可抑制丙烯深度氧化（提供CO₂），但过多会导致氨分解；空气（O₂）不足则丙烯转化率低，过量会加剧深度氧化。关键因素是平衡主反应（提供丙烯腈）与副反应（提供CO、CO₂、HCN）的速率，同时避免催化剂积碳。3.水蒸气作用：①降低乙苯分压，促进脱氢平衡正向移动（LeChatelier原理）；②提供反应所需热量（水蒸气显热）；③清除催化剂表面积碳（与C反应提供CO+H₂）；④稀释反应物，减少局部过热导致的副反应（如苯、甲苯提供）。4.传统光气法：优点是技术成熟、收率高；缺点是光气剧毒、腐蚀性强，副产HCl需处理，原子利用率低（光气含Cl未完全利用）。非光气法（如碳酸二甲酯胺解法）：优点是原料无毒（碳酸二甲酯）、无Cl副产物、原子利用率高（>90%），符合绿色化工的原子经济性和安全要求。5.自动加速现象成因：聚合中期，体系粘度增大，链自由基扩散受阻，双基终止速率下降，而单体仍可扩散至活性中心，导致聚合速率急剧上升。抑制措施：①降低单体浓度（如溶液聚合）；②控制反应温度（提高温度降低粘度）；③添加链转移剂（调节分子量同时降低自由基浓度）；④采用分段聚合（控制转化率）。四、计算题1.（1）乙烯转化率=（进料量-剩余量）/进料量×100%=(1000-50)/1000×100%=95%（2）HCl转化率=(1500-100)/1500×100%≈93.3%（3）二氯乙烷选择性=（提供二氯乙烷的乙烯量/反应的乙烯量）×100%。提供2200kg二氯乙烷需乙烯量=2200×28/99≈622.2kg，反应的乙烯量=1000-50=950kg，选择性=622.2/950×100%≈65.5%2.（1）苯反应量=10×95%=9.5kmol，理论需H₂=9.5×3=28.5kmol。环己烷收率92%，则实际提供环己烷=9.5×92%=8.74kmol，消耗H₂=8.74×3=26.22kmol。副反应（提供环己烯C₆H₁₀）的苯量=9.5-8.74=0.76kmol，副反应方程式C₆H₆+H₂→C₆H₁₀，消耗H₂=0.76×1=0.76kmol。总消耗H₂=26.22+0.76=26.98kmol，剩余H₂=35-26.98=8.02kmol（2）副产物环己烯提供量=0.76kmol五、综合分析题（1）差异：①原料：生物乙醇（可再生）vs石脑油（化石能源）；②能耗：生物乙醇脱水（低温350℃）vs石脑油裂解（高温800-850℃），前者能耗低；③产物纯度：生物乙醇脱水乙烯纯度高（无炔烃等杂质），石脑油裂解需复杂分离；④环保性：生物乙醇碳循环（CO₂来自光合作用），石脑油裂解排放化石碳，前者更低碳。（2）技术瓶颈及建议：①生物乙醇含水量高（5%），水会导致催化剂γ-Al₂O₃失活（水合提供AlOOH），建议：预处理脱水（如分子筛吸附）或开发耐水催化剂（如改性ZSM-5）；②生物乙醇成本高（依赖粮食/纤维素原料），建议：发展非粮乙醇（如秸秆发酵）或优化发酵工艺降低成本；③反应温度下副产物（乙醚、乙醛）提供，建议：优化催化剂酸性位点分布，抑