Question

8．煤是重要的能源，也是生产化工产品的重要原料．试用所学知识，解答下列问题：
（1）煤的转化技术包括煤的气化技术和液化技术．煤的液化技术又分为直接液化技术和间接液化技术．
（2）在煤燃烧前需对煤进行脱硫处理．煤的某种脱硫技术的原理如图所示：
FeS₂$→_{O_{2}/H_{2}O}^{在微生物作用下}$Fe²⁺+SO${\;}_{4}^{2-}$$→_{O_{2}/H+}^{微生物作用下}$Fe ³⁺
这种脱硫技术称为微生物脱硫技术．该技术的第一步反应的离子方程式为2FeS₂+7O₂+2H₂O=4H⁺+2Fe²⁺+4SO₄^2-；第二步反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．
（3）工业煤干馏得到的产品有焦炭、焦炉煤气、粗氨水、煤焦油等．
（4）湿式石灰石-石膏法脱硫工艺是烟气脱硫技术中最成熟的一种方法．其工艺流程是：烟气经锅炉预热器出来，进入电除尘器除掉大部分粉煤灰烟尘，再经过一个专门的热交换器，然后进入吸收塔，烟气中的SO₂与含有石灰石的浆液进行气液接触，通入空气后生成石膏，经脱硫的烟气，应用循环气体加热器进行再加热，进入烟囱，排入大气．
①写出湿法石灰石-石膏法脱硫所涉及的化学反应方程式：SO₂+CaCO₃=CaSO₃+CO₂，2CaSO₃+O₂+4H₂O=2（CaSO₄•2H₂O）．
②用石灰石浆液作SO₂吸收剂而不用熟石灰吸收SO₂的原因是：用石灰石浆液的成本较低．
③上述过程中得到的石膏，如果含氯化合物（主要来源于燃料煤）超过杂质极限值，则石膏产品性能变坏．工业上消除可溶性氯化物的方法是用水洗涤．
（5）某化学兴趣小组为了测定烟气脱硫所得石膏的组成（CaSO₄•xH₂O）即测定x值，做如下实验：将石膏加热使之脱水，加热过程中固体的质量与时间的变化关系如图所示．数据表明当固体的质量为2.72g后不再改变．①石膏的化学式为CaSO₄•2H₂O．②图象中AB段对应化合物的化学式为2CaSO₄•H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类；
（2）根据化合价升降总数相等以及原子守恒来写离子方程式；
（3）工业煤干馏得到的产品有焦炭、焦炉煤气、粗氨水、煤焦油；
（4）①二氧化硫与碳酸钙反应生成亚硫酸钙与二氧化碳，亚硫酸钙在水存在的条件下被氧气氧化生成CaSO₄•2H₂O； ②石灰石浆液的价格低；
③硫酸钙微溶于水；
（5）根据题意可知加热前和加热后质量的减少量就是生成水的质量，由实验数据知3.44g CaSO₄•xH₂O完全分解得到无水CaSO₄2.72g，可知生成水的质量为：3.44g-2.72g=0.72g，由水的质量和硫酸钙的质量可推算出生石膏的化学式，再根据A-B段时石膏的质量为2.90g，其中CaSO₄2.72g，H₂O0.18g，所以图象中产生AB段的原因是石膏的质量为2.90g，其中CaSO₄2.72g，H₂O 为0.18g．此时其化学式可表示为2CaSO₄•H₂O．该物质化学性质稳定，受热不易分解．

解答 解：（1）煤直接液化煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程称为直接液化；煤间接液化间接液化是以煤为原料，先气化制成合成气，然后，通过催化剂作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程，故答案为：直接液化技术；间接液化技术；
（2）第一步反应中反应物有FeS₂、O₂和H₂O，生成物有Fe²⁺和SO₄^2-，根据化合价升降总数相等以及原子守恒，反应的离子方程式为：2FeS₂+7O₂+2H₂O=4H⁺+2Fe²⁺+4SO₄^2-；Fe²⁺具有还原性，可被氧气氧化为Fe³⁺，根据化合价升降总数相等以及原子守恒，反应的离子方程式为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2FeS₂+7O₂+2H₂O=4H⁺+2Fe²⁺+4SO₄^2-；4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
（3）工业煤干馏得到的产品有焦炭、焦炉煤气、粗氨水、煤焦油；故答案为：焦炉煤气、粗氨水、煤焦油；
（4）①二氧化硫与碳酸钙反应生成亚硫酸钙与二氧化碳，反应方程式为：SO₂+CaCO₃=CaSO₃+CO₂，亚硫酸钙在水存在的条件下被氧气氧化生成CaSO₄•2H₂O，反应方程式为：2CaSO₃+O₂+4H₂O=2（CaSO₄•2H₂O），故答案为：SO₂+CaCO₃=CaSO₃+CO₂，2CaSO₃+O₂+4H₂O=2（CaSO₄•2H₂O）；
②石灰石浆液的价格低，故答案为：用石灰石浆液的成本较低；
③硫酸钙微溶于水，氯化物易溶于水，故答案为：用水洗涤；
（5）①石膏加热分解减少的质量就是水的质量，已知3.44g CaSO₄•xH₂O完全分解得到无水CaSO₄2.72g，则：
CaSO₄•xH₂O═CaSO₄+xH₂O
136 18x
2.72 0.72
即$\frac{136}{2.72}$=$\frac{18x}{0.72}$
解得x=2 所以石膏的化学式为CaSO₄•2H₂O；故答案为：CaSO₄•2H₂O；
②由实验数据知在A-B段时石膏的质量为2.90g，其中CaSO₄2.72g，H₂O为2.90g-2.72g=0.18g．CaSO₄的物质的量为$\frac{2.72g}{136g/mol}$=0.02mol，H₂O的物质的量为$\frac{0.18g}{18g/mol}$=0.01mol，此时其化学式可表示为2CaSO₄•H₂O，故答案为：2CaSO₄•H₂O．

点评 本题考查煤的综合利用，涉及到氧化还原方程式的书写和结晶水合物的判断，题目难度中等，解题的关键是反应前后质量的减少量就是生成水的质量．