重氮化工艺考试题及答案

重氮化工艺考试题及答案1.单项选择题（每题1分，共20分）1.1工业上最常用的重氮化试剂是A.NaNO₂＋HCl B.NaNO₃＋H₂SO₄ C.N₂O₄ D.NH₂OH答案：A1.2苯胺重氮化反应温度一般控制在A.0–5℃ B.20–25℃ C.50–60℃ D.80–90℃答案：A1.3下列哪种取代基使芳胺碱性增强，重氮化速度加快A.–NO₂ B.–COOH C.–OCH₃ D.–Cl答案：C1.4重氮盐与β-萘酚偶合时，最佳pH范围是A.1–2 B.4–5 C.7–8 D.9–10答案：B1.5重氮化反应中，亚硝酸过量可用下列哪种试剂快速检测A.淀粉-KI试纸 B.酚酞试纸 C.石蕊试纸 D.pH计答案：A1.6若重氮化终点时淀粉-KI试纸微蓝，应A.立即补加少量NaNO₂ B.立即补加少量尿素 C.升温到30℃ D.停止反应并加冰答案：B1.7下列重氮盐最稳定的是A.对硝基苯重氮盐 B.对甲氧基苯重氮盐 C.邻羧基苯重氮盐 D.对磺酸基苯重氮盐答案：D1.8重氮盐热分解的主要副产物是A.酚类 B.偶氮化合物 C.芳基氯 D.芳基醚答案：A1.9工业重氮化釜最常用的材质为A.搪玻璃 B.碳钢 C.铜 D.PVC答案：A1.10重氮化反应中，尿素的作用是A.催化剂 B.还原剂 C.破坏过量亚硝酸 D.缓冲剂答案：C1.11下列哪种化合物不能通过重氮盐制备A.氟苯 B.碘苯 C.苯甲腈 D.苯乙烯答案：D1.12Sandmeyer反应常用的铜盐是A.CuCN B.CuSO₄ C.Cu(OAc)₂ D.CuCl₂答案：A1.13重氮盐与N,N-二甲基苯胺偶合属于A.亲电取代 B.亲核取代 C.自由基偶联 D.氧化还原答案：A1.14重氮化反应加料顺序通常为A.胺→酸→亚硝酸钠 B.酸→胺→亚硝酸钠 C.亚硝酸钠→酸→胺 D.同时加入答案：B1.15若重氮化温度超过10℃，最易出现A.偶合副反应 B.分解副反应 C.水解副反应 D.聚合副反应答案：B1.16下列哪种溶剂对重氮盐溶解度最高A.水 B.乙醇 C.甲苯 D.正己烷答案：A1.17重氮盐与氟硼酸反应后热解可得A.氟苯 B.氯苯 C.溴苯 D.碘苯答案：A1.18重氮化反应中，盐酸与胺的摩尔比通常保持A.1.0 B.1.5–2.0 C.3.5–4.0 D.5.0以上答案：B1.19下列哪种操作可降低重氮盐分解速率A.避光 B.加热 C.加压 D.加碱答案：A1.20重氮化反应尾气中最主要的有毒气体是A.NO B.NO₂ C.N₂O D.N₂答案：B2.多项选择题（每题2分，共20分；多选少选均不得分）2.1下列哪些因素会加速重氮盐分解A.光照 B.升温 C.强碱 D.铜离子 E.低温答案：ABCD2.2可用于重氮盐稳定性测定的实验方法有A.分光光度法 B.电导法 C.高效液相色谱 D.碘量法 E.卡尔费休法答案：ABC2.3下列哪些属于重氮盐的转化反应A.Sandmeyer B.Gomberg-Bachmann C.Schiemann D.Heck E.Suzuki答案：ABC2.4重氮化反应中，若淀粉-KI试纸瞬间深蓝，可采取A.补加尿素 B.补加氨基磺酸 C.降温 D.补加NaNO₂ E.补加NaOH答案：ABC2.5工业重氮化工艺常用的在线监控参数有A.温度 B.pH C.氧化还原电位 D.电导率 E.折光率答案：ABCD2.6下列哪些化合物可与重氮盐发生偶合A.β-萘酚 B.间苯二胺 C.乙酰乙酸乙酯 D.苯 E.对甲苯胺答案：ABCE2.7重氮盐还原为芳肼常用的还原剂有A.Na₂SO₃ B.SnCl₂ C.Zn D.H₂/Pd E.NaBH₄答案：ABC2.8下列哪些属于重氮化反应的安全隐患A.亚硝酸有毒 B.重氮盐爆炸 C.NOx尾气 D.高温冲料 E.静电积聚答案：ABCDE2.9重氮化反应中，若发现反应液变黑，可能原因有A.局部过热 B.金属离子污染 C.强碱过量 D.胺不纯含硫 E.搅拌失效答案：ABDE2.10下列哪些措施可提高偶合反应选择性A.控制pH B.低温滴加 C.使用缓冲液 D.加入相转移催化剂 E.提高胺浓度答案：ABC3.填空题（每空1分，共30分）3.1重氮化反应中，亚硝酸钠与芳胺的摩尔比理论值为________，工业上常过量________%。答案：1.00；2–53.2苯胺重氮盐在0℃水中的半衰期约为________小时，升温到20℃后半衰期缩短至________分钟。答案：12；303.3重氮盐与β-萘酚偶合时，若pH＞9，主要产物为________色沉淀，其结构为________偶氮化合物。答案：红；β-萘酚-1-偶氮苯3.4Sandmeyer反应制备对氯苯甲腈，重氮盐与CuCN的摩尔比为________，反应温度________℃。答案：1:1.05；0–53.5重氮盐热分解生成酚的机理属于________反应，中间体为________离子。答案：SN1（或“单分子亲核取代”）；芳基正3.6工业上常用________法处理含亚硝酸的废水，使NO₂⁻氧化为________后沉淀去除。答案：次氯酸钠；NO₃⁻3.7重氮盐与氟硼酸钾反应生成的氟硼酸重氮盐须在________℃以下过滤，热解温度控制在________℃。答案：5；120–1403.8重氮化反应釜搅拌形式多为________式，转速一般控制在________r/min。答案：桨；80–1203.9重氮盐稳定性顺序：对磺酸基苯重氮盐________对硝基苯重氮盐（填“＞”或“＜”）。答案：＞3.10重氮化反应中，若盐酸浓度不足，易生成________副产物，其结构为________。答案：重氮氨基化合物；Ar–N=N–NHAr3.11偶合反应动力学方程为r=k[重氮盐][偶合组分]，若偶合组分浓度加倍，速率常数k________（填“变”或“不变”）。答案：不变3.12重氮盐还原为芳肼时，Na₂SO₃与重氮盐的摩尔比为________，终点pH为________。答案：2.2–2.5；6.5–7.03.13重氮化反应尾气吸收塔常用________溶液作为吸收剂，吸收后生成________。答案：碱液（NaOH）；NaNO₂＋NaNO₃3.14重氮盐与硫代硫酸钠反应可制得________，进一步水解得________。答案：芳基硫代硫酸钠；芳基硫醇3.15重氮化反应中，若胺含游离氨，需先________，否则生成________爆炸性气体。答案：蒸除或水洗；N₂O4.判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）4.1重氮盐在强碱性溶液中稳定性提高。 答案：×4.2重氮化反应属于零级反应。 答案：×4.3重氮盐与酚偶合最佳pH为弱酸性。 答案：√4.4重氮盐可与烯烃发生Meerwein芳基化反应。 答案：√4.5重氮化反应中，盐酸只提供酸性环境，不参与反应。 答案：×4.6重氮盐分解速率与离子强度无关。 答案：×4.7重氮盐与CuCl反应可得芳基氯。 答案：√4.8重氮化反应可在不锈钢釜中直接进行。 答案：×4.9重氮盐与活性亚甲基化合物偶合称为Japp-Klingemann反应。 答案：√4.10重氮盐溶液长期存放会生成焦油状聚合物。 答案：√5.简答题（每题6分，共30分）5.1写出苯胺重氮化反应的机理，并指出速率控制步骤。答案：苯胺先与盐酸成盐生成苯胺盐酸盐，随后与亚硝酰氯（NOCl）发生亲电取代，生成重氮盐。速率控制步骤为N-亚硝化形成N-亚硝基苯胺中间体。5.2说明重氮盐与β-萘酚偶合时pH控制的重要性，并给出最佳范围。答案：pH过低，酚羟基质子化，偶合活性下降；pH过高，重氮盐分解加速。最佳pH4–5，此时酚氧负离子浓度适中，重氮盐稳定性尚可。5.3列举三种工业上常用的重氮盐稳定性快速检测方法，并比较优缺点。答案：①淀粉-KI试纸：简单快速，只能定性；②分光光度法：定量灵敏，需仪器；③电导法：在线连续，受杂质干扰大。5.4简述Sandmeyer反应与Schiemann反应在工艺条件上的主要区别。答案：Sandmeyer需Cu⁺催化，水相0–5℃；Schiemann需先制氟硼酸重氮盐，固相热解120–140℃，无铜催化，需干燥。5.5重氮化反应出现“冒锅”征兆时应采取哪些紧急措施？答案：立即停止加亚硝酸钠，快速加冰降温，开启釜底冷却，补加尿素破坏过量亚硝酸，开启尾气吸收，准备泄压。6.计算题（每题10分，共30分）6.1某批次对硝基苯胺（分子量138.1）重氮化，投料100kg，理论需NaNO₂（分子量69.0）多少kg？若工业过量3%，实际加料多少？答案：n(胺)=100×1000/138.1=724.1mol；m(NaNO₂)=724.1×69.0=49.96kg；过量3%→49.96×1.03=51.46kg。6.2重氮盐分解为一级反应，25℃测得k=2.5×10⁻³min⁻¹，求半衰期；若要求剩余率≤5%，需存放多长时间？答案：t₁/₂=0.693/k=277.2min；ln(0.05)=–kt→t=–ln(0.05)/k=1198min≈20.0h。6.3偶合反应釜有效容积2m³，重氮盐浓度0.25mol/L，β-萘酚浓度0.30mol/L，偶合速率常数k=0.12L·mol⁻¹·s⁻¹，求转化率达98%所需反应时间（二级反应）。答案：二级反应1/c–1/c₀=kt；c=c₀(1–0.98)=0.005mol/L；t=(1/0.005–1/0.25)/0.12=1633s≈27.2min。7.综合应用题（每题15分，共30分）7.1某染料厂用对氨基苯磺酸重氮盐与间苯二胺偶合制备酸性黑。已知：对氨基苯磺酸每日投料500kg（分子量173.2），偶合收率92%，间苯二胺过量5%，偶合反应需维持pH3.5–4.0，温度0–3℃。请计算：（1）理论日产染料量（分子量409.4）；（2）需30%NaNO₂溶液（密度1.20g/mL）多少升；（3）需间苯二胺多少kg；（4）给出车间工艺流程框图（文字描述）。答案：（1）n(酸)=500×1000/173.2=2887mol；n(染料)=2887×0.92=2656mol；m=2656×409.4=1087kg。（2）n(NaNO₂)=2887mol；m=2887×69.0=199.2kg；30%溶液质量664kg；体积V=664/1.20=553L。（3）n(间苯二胺)=2887×1.05=3031mol；m=3031×108.1=328kg。（4）流程：对氨基苯磺酸→打浆→加冰降温→加盐酸→滴加NaNO₂→重氮盐→转入偶合釜→滴加间苯二胺（预冷，pH缓冲）→0–3℃偶合→升温转晶→过滤→盐析→干燥→成品。7.2某企业拟将含NaNO₂1200mg/L的废水量50m³/d处理至≤20mg/L，采用次氯酸钠氧化法。已知：NO₂⁻＋ClO⁻→NO₃⁻＋Cl⁻，反应摩尔比1:1，次氯酸钠有效氯10%（w/w），密度1.10kg/L。求：（1）每日需有效氯多少kg；（2）需10%次氯酸钠溶液多少升；（3）若反应30min完成，设计连续流反应器有效容积（安全系数1.2）。答案：（1）n(NO₂⁻)=1200×50×1000/46000=1304mol；需ClO⁻1304mol；m(Cl₂)=1304×35.5=46.3kg。（2）10%溶液含有效氯100g/kg→需溶液质量463kg；V=463/1.10=421L。（3）Q=50m³/d=0.579L/s；t=30min=1800s；V有效=0.579×1800×1.2=1251L≈1.25m³。8.开放型论述题（10分）8.1结合绿色化学原则，论述未来重氮化工艺如何