(2025年)重氮化工艺考试题及答案

(2025年)重氮化工艺考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.重氮化反应中，亚硝酸钠的主要作用是（）A.提供酸性环境B.作为重氮化试剂C.抑制副反应D.调节物料黏度答案：B解析：亚硝酸钠（NaNO₂）在酸性条件下与盐酸反应提供亚硝酸（HNO₂），亚硝酸作为重氮化试剂与芳伯胺反应提供重氮盐。2.下列关于重氮盐稳定性的描述，错误的是（）A.芳环上有吸电子基团时更稳定B.低温条件下更稳定C.强酸性环境中易分解D.水溶液比固体更稳定答案：C解析：重氮盐在强酸性（pH＜3）环境中稳定性较高，中性或弱酸性条件下易水解；吸电子基团（如-NO₂、-SO₃H）通过共轭效应降低重氮基的正电性，提高稳定性。3.某重氮化工艺采用“顺加法”投料，其操作顺序为（）A.先加芳伯胺和酸，再滴加亚硝酸钠溶液B.先加亚硝酸钠和酸，再滴加芳伯胺溶液C.芳伯胺、酸、亚硝酸钠同时加入D.先加酸，再交替滴加芳伯胺和亚硝酸钠答案：A解析：顺加法是将芳伯胺溶解于过量酸中，再缓慢滴加亚硝酸钠溶液，适用于碱性较强、易溶于酸的芳伯胺（如苯胺）。4.重氮化反应的最佳温度范围通常控制在（）A.0~5℃B.10~15℃C.20~25℃D.30~35℃答案：A解析：重氮化反应为放热反应，温度过高会导致重氮盐分解（如苯重氮盐超过5℃易分解），甚至引发爆炸；低温（0~5℃）可抑制副反应并提高收率。5.重氮化工艺中，“过量亚硝酸”的检测常用（）A.淀粉-碘化钾试纸B.pH试纸C.酚酞指示剂D.甲基橙指示剂答案：A解析：过量的亚硝酸具有氧化性，可将碘化钾（KI）氧化为碘（I₂），与淀粉作用显蓝色，是检测亚硝酸过量的经典方法。6.下列哪种物质可作为重氮化反应的稀释剂，降低体系黏度并带走反应热？（）A.乙醇B.甲苯C.水D.浓硫酸答案：C解析：水是最常用的稀释剂，成本低且不参与反应；乙醇、甲苯可能与亚硝酸反应，浓硫酸会加剧酸性但增加黏度。7.重氮盐溶液若需储存，应采取的关键措施是（）A.高温密封B.低温避光C.与金属接触D.通入空气氧化答案：B解析：重氮盐对光和热敏感，低温（0~5℃）避光储存可减缓分解；金属（如铁器）可能催化分解，空气氧化无保护作用。8.重氮化反应中，若酸用量不足，最可能导致的后果是（）A.芳伯胺析出，反应不完全B.亚硝酸分解，产生NO₂C.重氮盐水解提供酚类D.体系温度急剧升高答案：A解析：酸（如盐酸）的作用是溶解芳伯胺并提供H⁺，酸不足时芳伯胺以游离碱形式析出，无法与亚硝酸反应，导致收率下降。9.某企业重氮化工艺使用连续反应器，其核心优势是（）A.减少物料停留时间，降低分解风险B.提高反应温度，加快反应速率C.无需控制pH值D.可使用固体亚硝酸钠直接投料答案：A解析：连续反应器通过物料连续流动缩短停留时间，避免重氮盐长时间高温累积，降低分解爆炸风险；反应温度仍需严格控制。10.重氮化工艺中，“亚硝化”副反应的主要产物是（）A.偶氮化合物B.硝基化合物C.N-亚硝基芳胺D.酚类化合物答案：C解析：亚硝化副反应是芳伯胺与亚硝酸反应提供N-亚硝基芳胺（Ar-NH-NO），该物质不稳定且可能致癌，需通过控制pH和温度抑制。11.重氮化反应的本质是（）A.亲电取代反应B.亲核取代反应C.自由基反应D.氧化还原反应答案：A解析：亚硝酸在酸性条件下提供亚硝酰正离子（NO⁺），作为亲电试剂进攻芳伯胺的氨基（-NH₂）邻、对位，发生亲电取代提供重氮盐。12.下列哪种情况会导致重氮盐分解速率显著增加？（）A.体系pH=2B.加入尿素C.光照强度增大D.反应釜材质为玻璃答案：C解析：光照会提供能量，促进重氮盐分解（如C-N键断裂）；pH=2为强酸性，重氮盐较稳定；尿素可分解过量亚硝酸，降低分解风险；玻璃材质无催化作用。13.重氮化工艺中，“终点控制”的核心指标是（）A.反应时间B.亚硝酸钠投料量C.淀粉-碘化钾试纸显蓝且30秒不褪色D.体系温度达到设定值答案：C解析：终点控制需确保芳伯胺完全反应且亚硝酸微过量（避免重氮盐与未反应的芳伯胺偶合），淀粉-碘化钾试纸显蓝且30秒不褪色表明亚硝酸过量且稳定。14.重氮化反应中，若使用硫酸代替盐酸，需注意（）A.硫酸的强氧化性可能引发副反应B.硫酸黏度大，需增加稀释剂用量C.硫酸不与亚硝酸钠反应提供亚硝酸D.硫酸会中和芳伯胺的碱性答案：B解析：硫酸（H₂SO₄）黏度高于盐酸（HCl），会增加体系黏度，影响传质和散热，需增加水等稀释剂用量；硫酸与亚硝酸钠反应提供亚硝酸（HNO₂），但需控制浓度避免碳化。15.重氮化工艺的安全风险主要来自（）A.物料的毒性B.重氮盐的爆炸性分解C.反应的强碱性D.设备的腐蚀答案：B解析：重氮盐（如芳香族重氮盐）在高温、光照或与金属接触时易分解，释放氮气（N₂）并提供自由基，可能引发爆炸，是最主要的安全风险。二、填空题（每空1分，共20分）1.重氮化反应的通式为：Ar-NH₂+NaNO₂+2HCl→______+NaCl+2H₂O。答案：Ar-N₂⁺Cl⁻（或ArN₂Cl）2.重氮化工艺中，常用的酸除盐酸外，还有______和______。答案：硫酸、醋酸3.重氮盐分解的典型产物包括氮气、______和______（以苯重氮盐酸盐为例）。答案：氯化氢（HCl）、苯自由基（或苯酚，视条件而定）4.为抑制重氮盐分解，可向体系中加入______（如尿素）以分解过量的亚硝酸。答案：亚硝酸消除剂5.连续重氮化工艺中，物料停留时间一般控制在______分钟以内，以降低分解风险。答案：56.重氮化反应的pH值通常需控制在______以下，以确保芳伯胺质子化并稳定重氮盐。答案：37.重氮盐溶液若需长期储存，应采用______（填“冷冻”或“常温”）保存，且避免与______（如铁器）接触。答案：冷冻、金属8.重氮化工艺中，“倒加法”适用于______（填“碱性强”或“碱性弱”）的芳伯胺，其操作顺序是先加______和酸，再滴加芳伯胺溶液。答案：碱性弱、亚硝酸钠9.重氮盐的热分解温度通常在______℃以上，分解时会释放______（可燃/不可燃）气体。答案：5、不可燃（氮气）10.重氮化反应的主要副反应包括亚硝化反应和______反应，后者会提供偶氮化合物（Ar-N=N-Ar）。答案：偶合三、判断题（每题2分，共20分。正确打“√”，错误打“×”）1.重氮化反应是吸热反应，因此需持续加热以维持反应速率。（）答案：×解析：重氮化反应是放热反应，需通过冷却控制温度，避免过热。2.所有芳伯胺均可采用顺加法进行重氮化。（）答案：×解析：碱性弱的芳伯胺（如对硝基苯胺）难溶于酸，需采用倒加法或悬浮法。3.重氮盐固体比水溶液更稳定，因此应尽量浓缩干燥储存。（）答案：×解析：重氮盐固体更易分解（如干燥的苯重氮盐受撞击易爆炸），通常以水溶液形式低温储存。4.重氮化工艺中，酸的用量只需满足与亚硝酸钠反应提供亚硝酸即可。（）答案：×解析：酸需过量，除与NaNO₂反应外，还需使芳伯胺质子化（Ar-NH₃⁺），避免游离胺与重氮盐偶合。5.检测到过量亚硝酸后，可直接停止搅拌，防止物料混合不均。（）答案：×解析：停止搅拌会导致局部浓度过高，需继续搅拌至反应完全。6.重氮化反应中，若温度超过10℃，应立即加入冰块降温，无需关闭热源。（）答案：×解析：温度异常升高时，需同时关闭热源并加入冷介质（如冰块、冷冻盐水），避免热量持续输入。7.重氮盐与铜、铁等金属接触会加速分解，因此反应釜应采用玻璃或搪瓷材质。（）答案：√解析：金属离子（如Fe²⁺）可能催化重氮盐分解，玻璃、搪瓷等惰性材质可降低风险。8.重氮化工艺的尾气中含有NO、NO₂等氮氧化物，需用碱液吸收处理。（）答案：√解析：氮氧化物（NOₓ）可与碱（如NaOH）反应提供硝酸盐/亚硝酸盐，减少大气污染。9.重氮化反应完成后，若需转移重氮盐溶液，应使用塑料管道，避免金属管道。（）答案：√解析：金属管道可能引发重氮盐分解，塑料（如聚四氟乙烯）为惰性材质，更安全。10.重氮化工艺中，若亚硝酸钠投料不足，会导致芳伯胺残留，可能与重氮盐发生偶合反应提供偶氮化合物。（）答案：√解析：未反应的芳伯胺（Ar-NH₂）会作为亲核试剂进攻重氮盐（Ar-N₂⁺），提供偶氮化合物（Ar-N=N-Ar），降低收率并增加杂质。四、简答题（每题6分，共30分）1.简述重氮化反应中“酸”的作用。答案：酸的作用包括：①与亚硝酸钠反应提供亚硝酸（HNO₂），作为重氮化试剂；②使芳伯胺质子化（Ar-NH₃⁺），避免游离胺与重氮盐偶合；③提供酸性环境（pH＜3），稳定提供的重氮盐（防止其水解为酚类）；④稀释反应体系，降低黏度，促进传质和散热。2.列举重氮化工艺中温度控制的关键措施。答案：①采用夹套或盘管通入冷冻盐水（-5~0℃）降温；②反应釜配备高效搅拌，确保热量均匀传递；③控制亚硝酸钠滴加速度（慢滴），避免反应放热过快；④安装温度传感器和联锁装置，温度超过5℃时自动报警并启动应急冷却；⑤投料前预冷物料（如芳伯胺溶液、亚硝酸钠溶液）至0~2℃。3.重氮盐分解的主要诱因有哪些？如何预防？答案：诱因：①温度过高（＞5℃）；②光照（尤其是紫外线）；③与金属（Fe、Cu等）接触；④pH值升高（中性或碱性环境）；⑤长时间储存（停留时间过长）。预防措施：①控制反应温度在0~5℃，储存温度＜0℃；②反应釜采用避光材质（如深色玻璃）或覆盖遮光布；③使用玻璃、搪瓷等惰性材质设备；④维持体系pH＜3（补加酸）；⑤采用连续工艺缩短物料停留时间（＜5分钟）。4.重氮化工艺中，“过量亚硝酸”为何需要消除？常用的消除方法有哪些？答案：过量亚硝酸的危害：①可能与重氮盐反应，加速其分解；②残留的亚硝酸会影响后续反应（如偶合反应）；③亚硝酸具有腐蚀性和毒性，需避免排放。消除方法：①加入尿素（NH₂CONH₂），与亚硝酸反应提供CO₂、N₂和H₂O（反应式：NH₂CONH₂+2HNO₂→CO₂↑+2N₂↑+3H₂O）；②加入氨基磺酸（NH₂SO₃H），反应提供N₂和硫酸（NH₂SO₃H+HNO₂→N₂↑+H₂SO₄+H₂O）；③通入空气或氮气吹扫，带出部分亚硝酸（效果较弱）。5.简述重氮化工艺的安全操作要点。答案：①投料前检查设备（反应釜、冷却系统、搅拌器）是否完好，确保密封无泄漏；②严格控制物料配比（芳伯胺:亚硝酸钠:酸=1:1.05~1.1:2~3），避免亚硝酸过量或不足；③投料顺序符合工艺要求（顺加或倒加），禁止随意更改；④反应过程中实时监测温度、pH、压力，异常时立即停止投料并启动应急冷却；⑤重氮盐溶液避免长时间储存，需及时用于后续反应（如偶合、水解）；⑥操作人员穿戴防护装备（防毒面具、耐酸碱手套），现场配备应急冲洗装置；⑦定期检测尾气中的氮氧化物浓度，确保经碱液吸收后达标排放。五、综合分析题（共20分）某化工企业采用顺加法生产对硝基苯重氮盐，工艺参数为：苯胺衍生物（对硝基苯胺）1000kg，30%盐酸2500kg，25%亚硝酸钠溶液1200kg，反应温度0~5℃，pH=1~2。生产过程中，操作人员发现反应釜温度在10分钟内从3℃升至8℃，同时淀粉-碘化钾试纸显色后30秒内褪色。问题：1.分析温度异常升高的可能原因。（6分）2.淀粉-碘化钾试纸显色后褪色的原因是什么？（6分）3.应采取哪些应急措施？（8分）答案：1.温度异常升高的可能原因：①亚硝酸钠滴加速度过快，反应放热速率超过冷却系统带走热量的速率；②冷冻盐水系统故障（如流量不足、温度升高），导致冷却效果下降；③搅拌器故障，物料混合不均，局部反应剧烈放热；④对硝基苯胺未完全溶解（碱性弱，顺加法可能导致部分固体残留），反应滞后，后期集中反应放热；⑤盐酸用量不足，芳伯胺未完全质子化，反应速率不稳定，引发局部过热。2.淀粉-碘化钾试纸显色后褪色的原因：显色是由于过量亚硝酸将KI氧化为I₂，与淀粉显蓝；褪色可能是因为亚硝酸不足，被芳伯胺或重氮盐消耗，导致I₂被还原（如重氮盐分解产生的还原性物质将I₂还原为I⁻）；或体系pH升高（如盐酸挥发），亚硝酸分解（2HNO₂→NO↑+NO₂↑+H₂O），浓度降低，无法维持I₂的提供。3.