Question

6．煤是重要的能源，也是生產化工產品的重要原料．試用所學知識，解答下列問題：
（1）煤的轉化技術通常包括煤的氣化技術和液化技術．其中煤的液化技術又可以分為直接液化技術和間接液化技術；
（2）在煤燃燒前需對煤進行脫硫處理．煤的某種脫硫技術的原理如圖所示：
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⁺
這種脫硫技術稱為微生物脫硫技術．該技術的第一步反應的離子方程式為2FeS₂+7O₂+2H₂O=4H⁺+2Fe²⁺+4SO₄^2-；第二步反應的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
（3）工業煤干餾得到的產品有焦炭、焦爐煤氣、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中最成熟的一種方法．其工藝流程是：煙氣經鍋爐預熱器出來，進入電除塵器除掉大部分粉煤灰煙塵，再經過一個專門的熱交換器，然后進入吸收塔，煙氣中的SO₂與含有石灰石的漿液進行氣液接觸，通入空氣后生成石膏，經脫硫的煙氣，應用循環氣體加熱器進行再加熱，進入煙囪，排入大氣．
①寫出濕法石灰石-石膏法脫硫所涉及的化學反應方程式：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上述過程中得到的石膏，如果含氯化合物（主要來源于燃料煤）超過雜質極限值，則石膏產品性能變壞．工業上消除可溶性氯化物的方法是用水洗滌；
（5）某化學興趣小組為了測定煙氣脫硫所得石膏的組成 （CaSO₄•xH₂O）即測定x值，做如下實驗：將石膏加熱使之脫水，加熱過程中固體的質量與時間的變化關系如圖所示．數據表明當固體的質量為2.72g后不再改變．
①石膏的化學式為CaSO₄•2H₂O；
②圖象中AB段對應化合物的化學式為2CaSO₄•H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據不同的加工路線，煤炭液化可分為直接液化和間接液化兩大類；
（2）根據化合價升降總數相等以及原子守恒來寫離子方程式；
（3）工業煤干餾得到的產品有焦炭、焦爐煤氣、粗氨水、煤焦油；
（4）①二氧化硫與碳酸鈣反應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石灰石漿液的價格低；
③硫酸鈣微溶于水；
（5）根據題意可知加熱前和加熱后質量的減少量就是生成水的質量，由實驗數據知3.44g CaSO₄•xH₂O完全分解得到無水CaSO₄2.72g，可知生成水的質量為：3.44g-2.72g=0.72g，由水的質量和硫酸鈣的質量可推算出生石膏的化學式，再根據A-B段時石膏的質量為2.90g，其中CaSO₄2.72g，H₂O0.18g，所以圖象中產生AB段的原因是石膏的質量為2.90g，其中CaSO₄2.72g，H₂O 為0.18g．此時其化學式可表示為2CaSO₄•H₂O．該物質化學性質穩定，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，通過加氫裂化轉變為液體燃料的過程稱為直接液化；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，通過催化劑作用將合成氣轉化成烴類燃料、醇類燃料和化學品的過程，故答案為：直接液化技術；間接液化技術；
（2）第一步反應中反應物有FeS₂、O₂和H₂O，生成物有Fe²⁺和SO₄^2-，根據化合價升降總數相等以及原子守恒，反應的離子方程式為：2FeS₂+7O₂+2H₂O=4H⁺+2Fe²⁺+4SO₄^2-；Fe²⁺具有還原性，可被氧氣氧化為Fe³⁺，根據化合價升降總數相等以及原子守恒，反應的離子方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2FeS₂+7O₂+2H₂O=4H⁺+2Fe²⁺+4SO₄^2-；4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
（3）工業煤干餾得到的產品有焦炭、焦爐煤氣、粗氨水、煤焦油，故答案為：焦爐煤氣、粗氨水、煤焦油；
（4）①二氧化硫與碳酸鈣反應生成亞硫酸鈣與二氧化碳，反應方程式為：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量就是水的質量，已知3.44g CaSO₄•xH₂O完全分解得到無水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 所以石膏的化學式為CaSO₄•2H₂O；故答案為：CaSO₄•2H₂O；
②由實驗數據知在A-B段時石膏的質量為2.90g，其中CaSO₄2.72g，H₂O為2.90g-2.72g=0.18g．CaSO₄的物質的量為$\frac{2.72g}{136g/mol}$=0.02mol，H₂O的物質的量為$\frac{0.18g}{18g/mol}$=0.01mol，此時其化學式可表示為2CaSO₄•H₂O，故答案為：2CaSO₄•H₂O．

點評 本題考查煤的綜合利用，涉及到氧化還原方程式的書寫和結晶水合物的判斷，題目難度中等，解題的關鍵是反應前后質量的減少量就是生成水的質量．