Question

6．煤是重要的能源，也是生產(chǎn)化工產(chǎn)品的重要原料．試用所學(xué)知識(shí)，解答下列問(wèn)題：
（1）煤的轉(zhuǎn)化技術(shù)通常包括煤的氣化技術(shù)和液化技術(shù)．其中煤的液化技術(shù)又可以分為直接液化技術(shù)和間接液化技術(shù)；
（2）在煤燃燒前需對(duì)煤進(jìn)行脫硫處理．煤的某種脫硫技術(shù)的原理如圖所示：
FeS₂$→_{O_{2}/H_{2}O}^{在微生物作用下}$Fe²⁺+SO${\;}_{4}^{2-}$$→_{O_{2}/H+}^{在微生物作用下}$Fe³⁺
這種脫硫技術(shù)稱(chēng)為微生物脫硫技術(shù)．該技術(shù)的第一步反應(yīng)的離子方程式為2FeS₂+7O₂+2H₂O=4H⁺+2Fe²⁺+4SO₄^2-；第二步反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
（3）工業(yè)煤干餾得到的產(chǎn)品有焦炭、焦?fàn)t煤氣、粗氨水、煤焦油等．
（4）濕式石灰石-石膏法脫硫工藝是煙氣脫硫技術(shù)中最成熟的一種方法．其工藝流程是：煙氣經(jīng)鍋爐預(yù)熱器出來(lái)，進(jìn)入電除塵器除掉大部分粉煤灰煙塵，再經(jīng)過(guò)一個(gè)專(zhuān)門(mén)的熱交換器，然后進(jìn)入吸收塔，煙氣中的SO₂與含有石灰石的漿液進(jìn)行氣液接觸，通入空氣后生成石膏，經(jīng)脫硫的煙氣，應(yīng)用循環(huán)氣體加熱器進(jìn)行再加熱，進(jìn)入煙囪，排入大氣．
①寫(xiě)出濕法石灰石-石膏法脫硫所涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式：SO₂+CaCO₃=CaSO₃+CO₂，2CaSO₃+O₂+4H₂O=2（CaSO₄•2H₂O）_；
②用石灰石漿液作SO₂吸收劑而不用熟石灰吸收SO₂的原因是：用石灰石漿液的成本較低；
③上述過(guò)程中得到的石膏，如果含氯化合物（主要來(lái)源于燃料煤）超過(guò)雜質(zhì)極限值，則石膏產(chǎn)品性能變壞．工業(yè)上消除可溶性氯化物的方法是用水洗滌；
（5）某化學(xué)興趣小組為了測(cè)定煙氣脫硫所得石膏的組成 （CaSO₄•xH₂O）即測(cè)定x值，做如下實(shí)驗(yàn)：將石膏加熱使之脫水，加熱過(guò)程中固體的質(zhì)量與時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示．?dāng)?shù)據(jù)表明當(dāng)固體的質(zhì)量為2.72g后不再改變．
①石膏的化學(xué)式為CaSO₄•2H₂O；
②圖象中AB段對(duì)應(yīng)化合物的化學(xué)式為2CaSO₄•H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)不同的加工路線，煤炭液化可分為直接液化和間接液化兩大類(lèi)；
（2）根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等以及原子守恒來(lái)寫(xiě)離子方程式；
（3）工業(yè)煤干餾得到的產(chǎn)品有焦炭、焦?fàn)t煤氣、粗氨水、煤焦油；
（4）①二氧化硫與碳酸鈣反應(yīng)生成亞硫酸鈣與二氧化碳，亞硫酸鈣在水存在的條件下被氧氣氧化生成CaSO₄•2H₂O； ②石灰石漿液的價(jià)格低；
③硫酸鈣微溶于水；
（5）根據(jù)題意可知加熱前和加熱后質(zhì)量的減少量就是生成水的質(zhì)量，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)知3.44g CaSO₄•xH₂O完全分解得到無(wú)水CaSO₄2.72g，可知生成水的質(zhì)量為：3.44g-2.72g=0.72g，由水的質(zhì)量和硫酸鈣的質(zhì)量可推算出生石膏的化學(xué)式，再根據(jù)A-B段時(shí)石膏的質(zhì)量為2.90g，其中CaSO₄2.72g，H₂O0.18g，所以圖象中產(chǎn)生AB段的原因是石膏的質(zhì)量為2.90g，其中CaSO₄2.72g，H₂O 為0.18g．此時(shí)其化學(xué)式可表示為2CaSO₄•H₂O．該物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，受熱不易分解．

解答 解：（1）煤直接液化煤在氫氣和催化劑作用下，通過(guò)加氫裂化轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w燃料的過(guò)程稱(chēng)為直接液化；煤間接液化間接液化是以煤為原料，先氣化制成合成氣，然后，通過(guò)催化劑作用將合成氣轉(zhuǎn)化成烴類(lèi)燃料、醇類(lèi)燃料和化學(xué)品的過(guò)程，故答案為：直接液化技術(shù)；間接液化技術(shù)；
（2）第一步反應(yīng)中反應(yīng)物有FeS₂、O₂和H₂O，生成物有Fe²⁺和SO₄^2-，根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等以及原子守恒，反應(yīng)的離子方程式為：2FeS₂+7O₂+2H₂O=4H⁺+2Fe²⁺+4SO₄^2-；Fe²⁺具有還原性，可被氧氣氧化為Fe³⁺，根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等以及原子守恒，反應(yīng)的離子方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2FeS₂+7O₂+2H₂O=4H⁺+2Fe²⁺+4SO₄^2-；4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
（3）工業(yè)煤干餾得到的產(chǎn)品有焦炭、焦?fàn)t煤氣、粗氨水、煤焦油，故答案為：焦?fàn)t煤氣、粗氨水、煤焦油；
（4）①二氧化硫與碳酸鈣反應(yīng)生成亞硫酸鈣與二氧化碳，反應(yīng)方程式為：SO₂+CaCO₃=CaSO₃+CO₂，亞硫酸鈣在水存在的條件下被氧氣氧化生成CaSO₄•2H₂O，反應(yīng)方程式為：2CaSO₃+O₂+4H₂O=2（CaSO₄•2H₂O），故答案為：SO₂+CaCO₃=CaSO₃+CO₂，2CaSO₃+O₂+4H₂O=2（CaSO₄•2H₂O）；
②石灰石漿液的價(jià)格低，故答案為：用石灰石漿液的成本較低；
③硫酸鈣微溶于水，氯化物易溶于水，故答案為：用水洗滌；
（5）①石膏加熱分解減少的質(zhì)量就是水的質(zhì)量，已知3.44g CaSO₄•xH₂O完全分解得到無(wú)水CaSO₄2.72g，則：
CaSO₄•xH₂O═CaSO₄+xH₂O
136 18x
2.72 0.72
即$\frac{136}{2.72}$=$\frac{18x}{0.72}$
解得x=2 所以石膏的化學(xué)式為CaSO₄•2H₂O；故答案為：CaSO₄•2H₂O；
②由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)知在A-B段時(shí)石膏的質(zhì)量為2.90g，其中CaSO₄2.72g，H₂O為2.90g-2.72g=0.18g．CaSO₄的物質(zhì)的量為$\frac{2.72g}{136g/mol}$=0.02mol，H₂O的物質(zhì)的量為$\frac{0.18g}{18g/mol}$=0.01mol，此時(shí)其化學(xué)式可表示為2CaSO₄•H₂O，故答案為：2CaSO₄•H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查煤的綜合利用，涉及到氧化還原方程式的書(shū)寫(xiě)和結(jié)晶水合物的判斷，題目難度中等，解題的關(guān)鍵是反應(yīng)前后質(zhì)量的減少量就是生成水的質(zhì)量．