民國115年 普通考試 化學工程 工業化學概要
第1題
苯胺（aniline）為合成發泡材料、塗料及人造皮革之重要原料，試以苯為 進料，分別列出生成硝基苯中間物，再接續製備苯胺之化學反應式，並 說明使用之商業觸媒。（…
題目
苯胺（aniline）為合成發泡材料、塗料及人造皮革之重要原料，試以苯為 進料，分別列出生成硝基苯中間物，再接續製備苯胺之化學反應式，並 說明使用之商業觸媒。（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、製程架構：苯先經硝化（nitration）生成硝基苯（nitrobenzene），再還原為苯胺（aniline）。此路線以硝基苯為關鍵中間體，工業上歷史悠久、原料便宜；硝化屬親電芳香取代（electrophilic aromatic substitution），還原則可採 Bechamp 鐵酸法或氣相催化氫化。製程須處理混酸腐蝕、廢酸及還原副產物等問題。
- 二、硝化反應式：C6H6 + HNO3 → C6H5NO2 + H2O。實際使用濃硝酸與濃硫酸之混酸（mixed acid），硫酸兼具催化劑與脫水劑功能，使硝酸生成硝基陽離子（NO2+）並吸收反應水。商業硝化條件約 50–60°C，採苯過量或連續硝化，以抑制二硝基苯（dinitrobenzene）等副反應。
- 三、催化氫化還原：C6H5NO2 + 3H2 → C6H5NH2 + 2H2O。現代商業製程多採固定床氣相氫化，觸媒為銅/二氧化矽（Cu/SiO2），並可添加鉻、鋅等助劑，操作約 200–300°C、常壓至數十 atm；亦可使用鎳（Ni）或鈀/碳（Pd/C）進行液相氫化。此法選擇率高、廢棄物較少。
- 四、Bechamp 鐵酸法：4 C6H5NO2 + 9 Fe + 4 H2O → 4 C6H5NH2 + 3 Fe3O4；若加鹽酸，則 C6H5NO2 + 3 Fe + 6 HCl → C6H5NH2 + 3 FeCl2 + 2 H2O。鐵粉與鹽酸為還原劑，並非嚴格觸媒；此法成本低，但會產生大量鐵泥（iron sludge），目前多用於中小規模或特定情況。
- 五、製程要點與限制：硝化需嚴格控溫、回收廢酸；氫化需控制氫氣純度，避免過度氫化生成環己胺（cyclohexylamine）。產品經蒸餾純化。商業觸媒選擇須兼顧活性、選擇率、壽命與再生，銅系觸媒對硫敏感。答題時應區分硝化所用硫酸與還原所用 Cu/SiO2 或 Ni 觸媒。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。