煤化学课后习题答案

填空
1 植物是成煤的主要原始物质，因此植物界的发展、演化以及各类植物的兴盛、衰亡必然影响着地史使其成煤特征的演化。

P6
2从化学观点来看，植物的有机族组成可以分为四类，即糖类及其衍生物、木质素、蛋白质、和脂类化合物。

P8
3 煤由堆积在沼泽中的植物遗体转变而成、植物遗体不是在任何情况下都能顺利的堆积并能转变为泥炭，而是需要一定的条件。

P12
4 泥炭的有机组成包括1腐植酸、2沥青质、3未分解或未完全分解的纤维素、半纤维素、果胶质、和木质素。

4变化不多的壳质组分，如角质膜、树脂和孢粉。

P24
5 煤中低分子化合物可分为两类，即烃类和含氧化合物。

P39
6 根据颜色、光泽、硬度、裂隙和断口等，利用肉眼或放大镜可以将煤区分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭四种宏观煤岩成分。

P48
7 烟煤的宏观煤岩类型分为(1)光亮煤(2)半亮煤（3）半暗煤(4)暗淡煤P50
8 常见的矿物主要有粘土矿物、硫化物、氧化物及碳酸盐类等四类。

P61
9 工业分析可以将煤的组成分为：水分、灰分、挥发分和固定碳。

游离水；外在水分内在水分
水分
化合水；结晶水热解水
外在水分是指煤放置在大气中使水分不断蒸发，当煤中水的蒸气压与大气中水蒸气分压达到平衡时，煤中水分不再变化。

这时所失去的水分占煤样质量的百分数就是外在水分，用Mf表示。

而残留在煤内部孔隙中没有蒸发出来的水分称为内在水分，用Minh表示。

全水分，用Mt或Mar表示。

P80
10 煤的灰分：煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残渣。

该残渣的质量占测定煤样质量的百分数称为灰分产率，简称为灰分。

P83
11 煤的灰分不是煤中的固有组成，而是由煤中的矿物质转化而来的。

P83
12 在高温条件下，将煤隔绝空气加热一定时间，煤的有机质发生热解反应，形成部分小分子的化合物，在测定条件下呈气态析出，其余有机质则以固体形式残留下来。

呈气态析出的小分子化合物称为挥发分，以固体形式残留下来的有机质称为固定碳。

实际上，固定碳不能单独存在，它与煤中的灰分一起形成焦渣，从焦渣中扣除灰分就是固定碳了。

挥发分用V表示，固定碳用FC表示。

P84 13 煤中矿物质种类按矿物质组成分类
1）黏土矿物2）石英3）碳酸盐矿物4）硫化物和硫酸盐矿物P87
14煤灰是煤中矿物质在燃烧后形成的残渣，其中SIO2含量最大，其次是AL2O3 P90
15 大量的研究表明，煤的有机质主要是由碳、氢、氧、氮和硫等五种元素组成的。

P94
16 常用的有机溶剂大致可分为；
(1)中性溶剂(2)碱性溶剂(3)酸性溶剂(4)混合溶剂P107
17真相对密度的影响因素P115，
成因类型
煤岩组成
矿物质
煤化程度
18煤的导电性属于半导体或导体的范围P 119
19 煤孔隙的成因类型①原生孔②变质孔③外生孔④矿物质孔P128
20 煤炭自燃过程大体分为3个阶段：
（1）准备期（2）自热期（3）燃烧期P139
名词解释
1煤化学煤化学是研究美的生成，组成（包括化学组成和岩相组成），结构（包括分子结构和孔隙结构），性质，分类以及他们之间相互关系的学科。

P4
2 煤层气是赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤空隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤层本身自生自储式非常规天然气。

P31
3 煤的大分子结构通常指煤中芳香族化合物的结构。

P36
4 真相对密度的概念20℃时单位体积(不包括煤的所有孔隙)煤的质量与同体积水的质量之比。

P114
5 视密度的概念：20℃时单位体积（仅包括煤粒的内部孔隙）煤的质量与同体积水的质量之比。

P116
6 煤的散密度又称堆积密度，是指20℃下单位体积（包括煤的内外孔隙和煤粒间的空隙）煤的质量。

P116
7 煤的硬度是指在外来机械力的作用下煤抵抗变形或破坏的能力。

煤硬度表示的方式有：刻划硬度、弹性回跳硬度、压痕硬度和耐磨硬度。

常用的是刻划硬度和显微硬度。

8 所谓润湿性是指液体与固体接触时，固体被液体所润湿的程度。

通常采用接触角表示煤的润湿性的大小。

P126 接触角越大，煤的润湿性越差。

9 煤的风化是指离地表较近的煤层，经受风、雪、雨、露、冰冻、日光和空气中氧等的长时间作用，使煤的性质发生一系列不利变化，如发热量下降、灰分增加、粘结性消失等，这种现象称为煤的风化。

P139
10 煤的发热量的定义：单位质量的煤完全燃烧后所释放出的热能，也称煤的热值，单位kJ/g或MJ/kg。

11 煤的热解是指煤在隔绝空气或惰性气氛条件下持续加热至较高温度时，所发生的一系列物理变化和化学变化的复杂过程。

粘结和成焦则是煤在一定条件下热解的结果P157
12 大量煤粒聚集时，液相相互融合在一起，形成气、液、固三相一体的粘稠的混合物，即所谓的的“胶质体”。

P169
13 煤的粘结性：烟煤在干馏时产生的胶质体粘结自身和惰性物料的能力。

煤的结焦性：单种煤或配合煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下（一定的升温速度、加热终温等），粘结成块并最终形成具有一定块度和强度的焦炭的能力。

黏结性是结焦性的必要条件
煤的粘结性是评价烟煤能否用于炼焦的主要依据，也是评价低温干馏、气化、或动力用煤的重要依据。

14 煤的反应性又称煤的反应活性，指在一定温度条件下煤与不同企划截止相互作用的反应能力。

在一般情况下《煤化程度低的煤，对CO2的反应性好。

P188
简答
1中国能源构成有何特点？其发展趋势是什么？P5
2 成煤植物对煤炭性质的影响P11
由高等植物形成的煤叫“腐植煤”，有低等植物形成的煤叫“腐泥煤”，而由高等植物、低等植物共同形成的煤叫”腐植腐泥煤“。

3 煤层气的特性
1）、煤层气是不可再生的资源，也是一种新型的洁净能源和优质化工原料，但在煤矿开采中是一种会造成严重后果的有害气体。

2）、煤层气以甲烷为主，是主要温室气体之一，约为二氧化碳的21倍。

3）、煤层气比空气轻，密度是空气的0.55倍，泄露会向上扩散，只要保持空气流通，即可避免爆炸和火灾。

P33
4 煤分子基本结构单元的随着煤化程度的变化规律
从褐煤开始、随着煤化程度的提高、煤大分子基本结构单元的核缓慢增大，核中缩合环数逐渐增多P37
5 基本结构单元周围的烷基侧链和官能团变化规律
1）烷基侧链的平均长度随着煤化程度提高而迅速缩短。

2）煤中含氧官能团随煤化程度提高而减少3）理论上，含硫和含氧官能团随着煤化程度提高有减少的趋势。

P38
6腐植煤的有机显微组分及其区别
包括：镜质组、惰质组和壳质组。

镜质组的氧含量最高，碳氢你固含量和挥发分介于二者之间壳质组与其他相比，具有较高的氢含量、挥发分和产烃率。

多数壳质组组分具有粘结性，在焦化时，能产生大量的焦油和气体。

惰质组与其他两个相比，惰质组炭含量最高，氢含量最低，挥发分产率最少，没有粘结性。

P52 7 显微组分的反射率
镜质组的反射率在烟煤和无烟煤阶段在三大组分中居中，随煤化程度的加深而增加。

惰质组的反射率是三大组分中最高的。

壳质组的反射率在三大组分中最低。

随着煤级的增高，反射率增长缓慢。

煤的各种显微组分的反射率在煤化程度较低时，差别很大。

随着煤化程度的增加，当碳含量为95%时，各显微组分的反射率趋于一致。

P75
8 煤中水分与煤化程度的关系
煤的外在水分与煤化程度没有规律可循。

煤的内在水分呈规律性变化。

从褐煤开始，随煤化程度的提高，煤的内在水分逐渐下降，到中等煤化程度的焦煤和肥煤，内在水分最低，此后随煤化程度的提高，内在水分又有所上升。

P82
9煤中水分对煤加工利用的影响
（1）运输浪费。

（2）热效率降低。

（3）降低环境污染。

10 影响挥发分的因素
（1）测定条件：
加热温度、时间和速度。

（2）煤化程度的影响：
挥发分随煤化程度的提高而下降。

褐煤最高（通常大于40％），无烟煤最低（通常小于10％）。

（3）成因类型和煤岩组分的影响
煤的挥发分主要决定于其煤化程度，但成因类型和煤岩组分也有影响。

煤岩组分中壳质组的挥发分最高，镜质组次之，惰质组最低。

P86
11 构成煤有机质的主要元素及与煤化程度的关系
1、煤中的碳元素
碳是构成煤大分子骨架最重要的元素，煤化程度提高，煤中的碳元素逐渐增加，从褐煤的60％左右一直增加到年老无烟煤的98％。

2、煤中的氢元素
氢元素是煤中第二重要的元素，随煤化程度的提高而呈下降趋势。

3、煤中的氧元素
氧也是组成煤有机质的重要元素，随煤化程度的提高，煤中的氧元素迅速下降，4、煤中的氮元素
氮也是组成煤有机质的元素之一，含量较少，一般为0.5~1.8%，与煤化程度无规律可循。

5、煤中硫元素
硫是煤中的主要有害元素之一。

（1）煤中的有机硫
一般煤中有机硫含量较低，组成复杂。

（2）煤中的无机硫
煤中的无机硫主要以硫铁矿、硫酸盐等形式存在，以硫铁矿硫居多。

P95
12 煤溶剂萃取的抽提方法
（1）常规抽提：100℃以下，一般溶剂，抽出物占百分之几，不是代表性的结构成分。

（2）特殊抽提：200℃以下，亲核性溶剂，抽出物占20-40%，与煤有机质的基本结构单元类似，属物理过程。

（3）抽提热解：200℃以上，抽出物占90%以上，是煤受到某种程度的热分解后抽提出来的物质，主要是工业性的目的。

（4）化学抽提氢解：300℃以上，供氢溶剂，煤在加氢分解的同时进行抽提。

（5）超临界抽提：400℃左右，在超过溶剂临界点的条件下抽提，抽提率30%以上，煤液化工艺。

P107
13 从褐煤开始，显微硬度随煤化程度提高而上升，在碳含量为75 % ～80 %(长焰煤、气煤)之间有一个极大值；此后，显微硬度随煤化程度提高而下降，在碳含量达到85%左右最低；煤化程度再提高，显微硬度又开始上升，到无烟煤阶段，显微硬度几乎随煤化程度提高而直线增加。

P117
14 煤的润湿性取决于煤表面的分子结构特点。

对水：随煤化程度加深，接触角增大，润湿性降低；
对苯：随煤化程度加深，接触角减小，润湿性提高
通常，年轻煤对水介质的亲和性较强，中等以上煤化程度的煤对水的亲和性较差。

P127
15 氧化深度和主要氧化产物
煤的表面氧化——表面碳氧络合物煤的轻度氧化——溶于碱的高分子有机酸(再生腐植酸) 煤的深度氧化——溶于水的复杂有机酸(次有机酸) 煤的深度氧化——可溶于水的苯羧酸煤的完全氧化——CO2和H2O P134
16 风化后煤的性质发生的变化：
化学组成的变化：碳元素和氢元素含量下降，氧含量增加，腐植酸含量增加；物理性质的变化：光泽暗淡，机械强度下降、硬度下降，疏松易碎，表面积增加，对水的润湿性增大；
工艺性质的变化：干馏时的焦油产率下降、发热量降低，粘结性煤的粘结性下降甚至消失，煤的可浮性变差，浮选回收率下降，精煤脱水困难。

P139
17 煤风化和自燃的影响因素
（1、成因类型和煤化程度
腐泥煤和残殖煤较难风化和自燃，腐植煤比较容易。

腐殖煤随煤化程度加深着火点升高，风化和自燃的趋势下降。

（2、岩相组成
岩相组分的氧化活性一般按下面的次序递减：镜煤＞亮煤＞暗煤＞丝炭。

（3、黄铁矿含量
黄铁矿含量高能促进氧化和自燃，因为在有水分存在时黄铁矿极易氧化并放出大量热量。

（4、散热与通风条件
大量煤堆积，热量不易散失，可改善通风条件使热量及时排散，另一方面可将煤堆压实，减少煤与空气的接触面积面以避免自燃。

（5、煤的粒度、孔隙特征和破碎程度
完整的煤体一般不会发生自燃，一旦受压破裂，其自燃性显著提高。

煤的自燃性随着其孔隙率、破碎程度的增加而上升。

（6、煤的瓦斯含量
瓦斯或其他气体含量较高的煤，使煤炭自燃的准备期加长。

（7、煤的水分
煤的含水量对煤的氧化进程的影响主要是煤的外在水分。

如果外在水分含量较大，就会增加蓄热时间，延长煤炭自燃的准备期。

P141
18 煤加氢反应的历程
（1、煤组成是不均一的。

（2、反应以顺序进行为主。

（3、沥青烯是主要中间产物。

（4、逆反应可能发生。

P148
18 煤的性质对煤加氢反应的影响
（一）煤化程度的影响
一般认为煤化程度越深，加氢液化越困难。

高挥发分的烟煤和年轻褐煤是最适宜加氢液化的原料，中等变质程度以上的煤很难加氢液化。

液化常用褐煤、长焰煤和气煤。

（二）煤岩组成的影响
一般认为镜质组和壳质组是煤液化的活性组分，两者的含量越高越容易液化。

当煤化程度低时，镜质组和壳质组易加氢液化，壳质组比镜质组易加氢。

惰质组很难或根本不能液化。

随煤化程度加深，镜质组液化转化率直线下降。

（三）煤中矿物质的影响
矿物质含量越低越好，5%左右最好，最大不超过10%。

高硫煤液化会消耗大量的氢气，黄铁矿对加氢液化有催化性能。

P149
19 煤磺化工艺条件
1、原料煤
采用挥发分大于20%的中等变质程度煤种，最好选用暗煤较多的煤种，灰分6%左右，粒度2-4mm。

2、硫酸浓度和用量
硫酸浓度大于90%，硫酸与煤的质量比一般为（3-5）：1。

3、反应温度
110-160℃较适宜。

温度越高产品对铜离子的吸附性能越好，若温度太高，煤分子的磺化反应和氧化反应速率均加快，易导致煤结构的深度氧化分解和热分解。

4、反应时间
包括升温在内总反应时间一般在9小时左右。

P151
20 煤在氧弹中燃烧与在大气中燃烧的区别
（1）氮在高压氧条件下，生成硝酸。

氧弹内能达到的瞬时高温（来源于煤的燃烧热）越高，硝酸生成量越大，该过程是放热的。

煤在氧弹中燃烧时放出更多的热量。

（2）煤中的可燃硫在氧弹中燃烧时形成稀硫酸，该过程也是放热的。

（3）煤中的吸附水及燃烧生成的水在氧弹中以液体形式存在，而大气中燃烧时是蒸汽形式，由蒸汽变为液体水要释放大量的热。

（4）氧弹中燃烧是恒容燃烧，大气中是恒压燃烧。

氧弹中释放的热量大。

但是热量差别不大。

P153
21 影响煤发热量的因素
成因类型的影响：腐泥煤较腐植煤高
煤岩组成的影响：壳质组、镜质组、惰质组
矿物质的影响：矿物质反应吸热、热值降低
风化的影响：氧含量增加、碳氢含量下降，热值降低
煤化程度的影响：与元素组成的变化吻合，碳、氢、氧元素P 156
22 胶质体的性质
（1 热稳定性胶质体的热稳定性用煤的软化、胶质体固化温度间隔表示。

它表示煤粒处在塑性状态的时间，即胶质体的热稳定性。

（2 透气性
指煤热解产生的气体物质从胶质体中析出的难易程度。

透气性差时会在胶质体内产生较大的膨胀压，能促使煤粒之间的黏结，透气性好则有相反的结果。

（3 流动性
流动性反映了胶质体液相数量的多少和黏度的大小。

胶质体的流动性差，不利于煤粒间的黏结，界面结合不好，焦炭熔融性差，焦炭的强度差。

（4 膨胀性
在胶质体状态下，如胶质体数量多，黏度大，则胶质体中的气体不易析出，往往使胶质体发生膨胀。

膨胀压力大，有利于煤粒间的黏结，但压力过大，对炭化设备产生危害。

P170
23 煤灰中不同化学成分对煤灰熔融性的影响规律
（1 SiO2的影响：它是煤灰中含量最多的成分（30%-70%），对灰熔融性影响较为复杂。

当含量>40%时，熔融温度比<40%时高约100 ℃；
当含量>45%时，随含量增加，FT和ST差随之增大，
当含量在45-60%时，含量增加，软化温度降低。

当含量>60%,对煤灰软化温度的影响没有规律性。

（2 Al3O2的影响：显著增加煤灰的熔融温度。

含量越高，煤灰熔融温度就越高。

（3 CaO的影响：碱金属氧化物，很容易与SiO2形成易熔的硅酸盐，一般均起降低煤灰软化温度的作用。

（4 MgO的影响：降低煤灰软化温度。

（5 K2O、Na2O的影响：能显著降低煤灰软化温度。

P184
论述
1成煤作用过程P20
2 煤的热解P157。