煤化学答案

第二章习题

1、煤就是由什么物质形成的？P6 答:煤就是由植物生成的。

在煤层中发现大量保存完好的古代植物化石与炭化了的树干;煤层底板岩层中发现了大量的根化石、痕木化石等植物化石;在显微镜下观察煤制成的薄片可以瞧到植物细胞的残留痕迹以及孢子、花粉、树脂、角质层等植物残体;在实验室用树木进行的人工煤化试验,也可以得到外观与性质与煤类似的人造煤。这就有力地证实了腐植煤就是由高等植物变来的。

2、按成煤植物的不同,煤可以分几大类？ P12

答:按成煤植物的不同,煤主要分为腐植煤、腐泥煤、腐植腐泥煤。腐植煤:高等植物腐泥煤:低等植物

腐植腐泥煤:高等植物+低等植物

3、简述成煤条件。P20-21

答:煤的形成必须具备古植物、古气候、古地理与古构造等条件。古植物:大量植物的持续繁殖古气候:温暖、潮湿的气候环境

古地理:沼泽与湖泊古构造:合适的地壳升降运动

4、由高等植物形成煤,要经历哪些过程与变化？P22

答:由高等植物形成煤,要经历泥炭化作用与煤化作用两个过程。

泥炭化作用过程:高等植物→泥炭

煤化作用过程又分为成岩作用与变质作用两个阶段。成岩作用阶段:泥炭→褐煤;变质作用阶段:褐煤→无烟煤。 5、泥炭化作用、成岩作用与变质作用的本质就是什么？P22、P25、P26 答:泥炭化作用就是指高等植物残骸在泥炭沼泽中,经过生物化学与地球化学作用演变成泥炭的过程。

成岩作用:泥炭在沼泽中层层堆积,越积越厚,当地壳下沉的速度超过植物堆积速度时,泥炭将被黏土、泥砂等沉积物覆盖。无定形的泥炭在上覆无机沉积物的压力作用下,逐渐发生压紧、失水、胶体老化硬结等物理与物理化学变化,转变为具有岩石特征的褐煤的过程。

变质作用:褐煤沉降到地壳深处,受长时间地热与高压作用,组成、结构、性质发生变化,转变为烟煤与无烟煤的过程。

6、按煤化程度,腐植煤可以分为几大类？它们有哪些区分标志？答:按煤化程度,腐植煤可以分为泥炭、褐煤、烟煤与无烟煤四个大类。

泥炭与褐煤的区分标志:外观上,泥炭有原始植物残体,呈土状;褐煤无原始植物残体,无明显条带。褐煤与烟煤的区分标志:颜色,褐煤呈褐色或黑褐色;烟煤呈黑色。

烟煤与无烟煤的区分标志

特征与标志烟煤无烟煤

颜色黑色灰黑色

光泽有一定光泽金属光泽

外观呈条带状无明显条带

燃烧现象多烟无烟

7、影响煤变质作用的因素有哪些,对煤的变质程度有何影响？P28 答:影响煤变质作用的因素主要有:温度、时间与压力。

温度就是影响煤变质作用的主要因素,存在一个煤变质的临界温度。转变为不同煤化阶段所需的温度大致为:褐煤:40～50 ℃,长焰煤:<100 ℃,典型烟煤:<200 ℃,无烟煤:<350 ℃。

时间就是影响煤的重要因素,这里所说的时间就是指煤在一定温度与压力条件下作用时间的长短。作用时间影响的重要性表现在:温度、压力相同,时间越长,变质程度越高;温度不同,短时间较高温度与长时间较低温度可达到相同的变质程度。

压力也就是煤变质不可缺少的条件。在压力作用下,煤主要变化就是压紧、失水、孔隙率降低,并使煤岩组分沿垂直压力的方向呈定向排列。静压力使煤的芳香稠环平行层面呈有规则的排列;动压力使煤层产生破裂、滑动,低变质程度煤的芳香稠环层面的堆砌高度增加。8、煤变质作用有哪几种？并简述之。P26-28

答:根据变质条件与变质特征的不同,煤变质作用分为深成变质作用、岩浆变质作用与动力变质作用三种类型。

深成变质作用在正常地温状态下,煤的变质程度随着煤层沉降幅度的加大、地温的增高与受热时间的持续而增加。此变质作用与大规模的地壳升降活动有关,具有广泛的区域性。(垂直分布规律与水平分带规律:Hilt定律)

岩浆变质作用可分为区域岩浆热变质作用与接触变质作用两种类型。区域岩浆热变质作用就是指聚煤坳陷内有岩浆活动,岩浆的热量、岩浆内放射性元素的蜕变热以及热液、热气使区域内地温场增高,形成地热异常带所导致煤的变质作用。接触变质作用就是指岩浆直接接触或侵入煤层,由于岩浆的高温、热液、挥发性气体与压力促使煤发生变质的作用。

动力变质作用就是指由于褶皱及断裂运动所产生的动压力及伴随构造变化所产生的热量促使煤发生变质的作用。

9、什么就是煤层气？P31

答:煤层气俗称“瓦斯”,与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气。

第三章习题

1、反映煤分子结构的参数有哪些？P36

答:煤的结构参数有芳碳率、芳氢率与芳环数。

芳碳率(C

arf)就是指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的碳原子数与总碳原子数之比。

CCfarC

ar/。

芳氢率(H

arf)就是指煤的基本结构单元中属于芳香族结构的氢原子数与总氢原子数之比。

HHfarH

ar/

芳环数(aR)就是指煤的基本结构单元中芳香环数的平均数量。

2、研究煤分子结构的方法有哪些？P45

答:煤结构的研究方法主要有三类:物理研究法、化学研究法与物理化学研究法。

物理研究法主要就是利用高性能的现代分析仪器,如红外光谱、核磁共振、X射线衍射、扫描电镜等对煤结构进行测定与分析,从中获取煤结构的信息。

化学研究法:对煤进行适当的氧化、氢化、卤化、水解等化学处理,对产物的结构进行分析测定,并据此推测煤的结构。

物理化学研究法:利用溶剂抽提,将煤中的组分分离并进行分析测定,以获取煤结构的信息。3、煤分子结构理论的主要观点有哪些？P46

答:⑴煤就是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物

煤就是由许多结构相似但又不完全相同的基本结构单元通过桥键连接而成。结构单元由规则的缩合芳香核与不规则的、连接在核上的侧链与官能团两部分构成。⑵煤分子基本结构单元的规则部分

规则部分(缩合芳香核):缩聚的芳环、氢化芳环或各种杂环。环数随煤化程度的提高而增加。⑶煤分子基本结构单元的不规则部分

不规则部分:烷基侧链与官能团。烷基侧链的长度随煤化程度的提高而减少。官能团主要就是含氧官能团:羟基、羧基、羰基、甲氧基等,随着煤化程度的提高,甲氧基与羧基很快消失,其她含氧基团在各种煤化程度的煤中均有存在;少量的含硫官能团与含氮官能团。⑷连接基本结构单元的桥键

桥键主要就是次甲基键、醚键、次甲基醚键、硫醚键以及芳香碳-碳键等。在低煤化程度的煤中桥键最多,主要形式为前三种。

⑸氧、硫与氮的存在形式

氧:除含氧官能团外,还有醚键与杂环等;硫:巯基、硫醚与噻吩等;氮:吡咯环、胺基与亚胺基等。⑹低分子化合物

低分子化合物:脂肪族化合物,如褐煤与泥炭中的树脂与蜡等。⑺煤化程度对煤结构的影响低煤化程度煤的缩合芳香核较小,侧链长而多,官能团多,煤的结构比较疏松,孔隙率较大,比表面积较高。中等煤化程度煤(肥煤与焦煤)的缩合芳香核增大,含氧官能团与烷基侧链减少,结构单元之间的桥键减少,煤的结构较为致密,孔隙率低,比表面积小,煤的物化性质与工艺性质在此处发生转折,出现极大值或极小值。

高等煤化程度煤的缩合芳香核显著增大,大分子排列的有序化增强,产生收缩应力,形成裂隙,孔隙率增加,比表面积增大。

4、煤有哪些代表性的结构模型？P40-45

答:煤的化学结构模型:Fuchs模型、Given模型、Wiser模型、本田模型与Shinn模型。

煤的物理结构模型:Hirsch模型、交联模型、两相模型与单相模型。煤结构的综合模型:Oberlin 模型与球(Sphere)模型。

第四章习题

1、简述煤岩学的研究方法。P71

答:煤岩学的研究方法有宏观研究法与微观研究法。

宏观研究法就是用肉眼或放大镜来观察煤,根据煤的颜色、条痕、光泽、硬度、密度、断口等物理性质,确定宏观煤岩成分与宏观煤岩类型,对煤层进行整体的观察与描述,初步评定煤的性质与用途。

微观研究法就是利用显微镜来观察煤片,识别并研究煤的显微组分的方法。常用的方法有两种:一种就是在透射光下观察煤的薄片(0、02mm),根据颜色、形态、结构、轮廓等特征鉴别煤的显微组分;另一种就是在反射光下观察煤块光片(1、5～2cm),根据颜色、形态、结构、轮廓、突起等特征鉴别煤的显微组分。