煤化学汇总

矿加12-5班内部资料，切勿外传！！！！第一章绪论1.煤是由什么物质形成的？答：煤是由植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用演变而成的沉积有机岩。2.成煤植物的主要化学组成是什么？它们各自对成煤的贡献如何？答：组成：碳水化合物、木质素、蛋白质、脂类化合物贡献：木质素碳水化合物脂类化合物蛋白质原因：数量上，碳水化合物最多，木质素次之；结构上，木质素、脂类化合物结构较稳定，其他的易分解。3.为什么木质素对成煤作用的贡献最大？答：其含量仅次于碳水化合物；其结构为三维空间大分子，抵抗微生物分解的能力较强，且结构中含有酚类的结构，具有杀菌作用，所以木质素更容易在成煤过程中保存下来。4.什么是腐泥煤、什么是腐植煤？答：腐泥煤：主要由湖沼或浅水海湾中藻类等低等植物形成。腐植煤：由高等植物经过成煤过程中复杂的生化和地质变化作用生成。5.高等植物和低等植物在化学组成上的区别是什么？答：低等植物主要由蛋白质和碳水化合物组成，脂肪含量比较高，没有木质素；高等植物以纤维素、半纤维素和木质素为主，植物的角质层、孢子和花粉等则含有大量的脂类化合物。6.煤炭形成需要哪些条件？答:（1）大量植物的持续繁殖(生物、气候的影响)（2）植物遗体不能完全腐烂－－适合的堆积场所(沼泽、湖泊等)（3）地质作用的配合（地壳的沉降运动－－形成上覆岩层和顶底板－－多煤层）7.什么是沼泽？按水的补给来源分，沼泽分为几类？答：沼泽是在一定的气候、地貌和水文条件下，常年积水或极其潮湿的地段，内有大量植物生长和堆积.按水分补给来源的不同，可划分为三种类型：低位泥炭沼泽：主要由地表水和地下水补给；高位泥炭沼泽：主要以大气降水为补给来源的泥炭沼泽；中位泥炭沼泽：兼有低位沼泽和高位沼泽的特点。8.什么是成煤作用？它包括哪几个阶段？答：由植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长的过程，经过复杂的生物、物理、化学作用转变成煤的过程。可分为泥炭化作用和煤化作用。9.什么是煤化程度？答：在褐煤向烟煤、无烟煤转化的进程中，由于地质条件和成煤年代的差异，使煤处于不同的转化阶段。煤的这种转化阶段称为煤化程度，有时称为变质程度，或煤级(rank)。10.什么是泥炭？什么是泥炭化作用？答：植物经过生物化学作用，组织器官基本消失，细胞结构遭到破坏，变成颗粒细小、含水量极大、呈胶泥状的膏状物——泥炭。高等植物死亡后，在生物化学作用下，变成泥炭的过程称为泥炭化作用。在这一阶段，植物首先在微生物作用下，分解和水解为分子量较小的性质活泼的化合物，然后小分子化合物之间相互作用，进一步合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。11.从植物到泥炭，发生了哪些重大变化？其本质是什么？答：组织器官（如皮、叶、茎、根等）基本消失，细胞结构遭到不同程度的破坏，变成颗粒细小、含水量极大、呈胶泥状的膏状体－－泥炭；组成成分发生了很大的变化，如植物中大量存在的纤维素和木质素在泥炭中显著减少，蛋白质消失，而植物中不存在的腐植酸却大量增加，并成为泥炭的最主要的成分之一，通常达到40%以上。本质：生物化学作用过程。12.泥炭化作用可分为哪几个阶段？（多氧、缺氧），各阶段的化学变化有何特点？（生物化学、分解、再化合）答：一、植物遗体暴露在空气中或在沼泽浅部的多氧条件下，由于喜氧细菌和真菌等微生物的作用，植物遗体中的有机化合物，经过氧化分解和水解作用。一部分被彻底破坏，变成气体和水；另一部分分解为简单的化学性质活泼的化合物，它们在一定条件下可化合成为腐植酸，而未分解的稳定部分则保留下来。二、在沼泽水的覆盖下，出现缺氧条件，喜氧微生物被厌氧细菌所替代。分解产物相互作用，进一步合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。13.为什么在泥炭沼泽中，植物遗骸不会被完全分解？（水、酸性、杀菌成分）答：（1）泥炭沼泽水的覆盖，使正在分解的植物遗体逐渐与大气隔绝，进入弱氧化或还原环境。（2）微生物要在一定的酸碱度环境中才能正常生长。在泥炭化过程中，植物分解形成酸性产物，使沼泽水变为酸性，则不利于喜氧细菌的生存。所以泥炭的酸度越大，细菌越少，植物的结构就保存得越完好。（3）有的植物本身就具有防腐和杀菌的成分，如高位沼泽泥炭藓能分泌酚类，某些阔叶树有丹宁保护纤维素，某些针叶树含酚，并有树脂保护纤维素，都使植物不致遭到完全破坏。14.泥炭的成分有哪些？有机质中包括哪些？（腐植酸、沥青质、木质素、脂类及植物残体）答：泥炭主要由有机物、矿物质和水组成，其中含水量70%～90%，矿物质含量随泥炭产地不同差异很大。有机物的组成包括以下几个部分：（1）腐植酸：它是泥炭中最主要的成分。腐植酸是高分子羟基芳香羧酸所组成的复杂混合物，具有酸性，溶于碱性溶液而呈褐黑色，它是一种无定形的高分子胶体，能吸水而膨胀。（2）沥青质：它是由合成作用形成的，也可以由树脂、蜡质、孢扮质等转化而来。沥青质溶于一般的有机溶剂。（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）变化不多的稳定组分，如角质膜、树脂和孢粉等。15.由高等植物形成煤，要经历哪些过程和变化？答：泥炭化作用和煤化作用。(泥炭化作用参见11~15题)煤化作用：煤化作用包括成岩作用和变质作用两个连续的过程。成岩作用:泥炭在沼泽中层层堆积，越积越厚，当地壳下降速度较大时，泥炭将被泥沙等沉积物覆盖。在上覆沉积物的压力作用下，泥炭发生了压紧、失水、胶体老化、固结等一系列变化，微生物的作用逐渐消失，取而代之的是缓慢的物理化学作用。这样，泥炭逐渐变成了较为致密的岩石状的褐煤。变质作用:当褐煤层继续沉降到地壳较深处时，上覆岩层压力不断增大，地温不断增高，褐煤中的物理化学作用速度加快，煤的分子结构和组成产生了较大的变化。碳含量明显增加，氧含量迅速减少，腐植酸也迅速减少并很快消失，褐煤逐渐转化成为烟煤。随着煤层沉降深度的加大，压力和温度提高，煤的分子结构继续变化，煤的性质也发生不断的变化，最终变成无烟煤。16.煤化程度由高到低，煤种的序列是什么？答：无烟煤、贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气肥煤、气煤、1/2中黏煤、弱黏煤、不黏煤、长焰煤、褐煤。17.泥炭化作用、成岩作用和变质作用的本质是什么？答：泥炭化作用本质：生物化学作用成岩作用本质：物理化学作用变质作用本质：化学作用18.变质作用有哪几种类型？请解释深成变质作用的特点（垂直分布、水平分带）答：煤的变质作用可以分为深成变质作用、岩浆变质作用和动力变质作用三种类型。特点：垂直分布：在同一煤田大致相同构造条件下，随着煤层埋深的增加，煤的挥发分渐减少，变质程度渐增加。水平分带：因为在同一煤田中，同一煤层或煤层组原始沉积时沉降幅度可能不同，成煤后下降的深度也可能不同。这一煤层或煤层组在不同深度上变质程度也就不同，反映为变质程度的水平分带规律。19.希尔特定律？（水平或近似水平煤层的不同煤层表现出的规律）；水平分带规律是指同一倾斜煤层中的规律。答案参见19题20.什么是岩浆变质作用？答：在岩浆作用下发生的变质作用，可分为区域岩浆热变质作用和接触变质作用两种类型。区域岩浆热变质作用：是指聚煤坳陷内有岩浆活动，岩浆及其所携带气液体的热量可使地温场增高，形成地热异常带，从而引起煤的变质作用。接触变质作用：是指岩浆直接接触或侵入煤层，由于其所带来的高温、气体、液体和压力，促使煤发生变质的作用。21.区域热变质和接触热变质的区别？答：前者岩浆与煤层不接触，后者岩浆与煤层接触。22.什么是动力变质作用？答：动力变质作用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。根据对构造挤压带煤的研究证明，动压力具有使煤的发热量降低、比重增大、挥发分降低等特点。煤田地质研究表明，地壳构造活动引起的煤的异常变质范围一般不大，一条具有几十米至百余米断距的压扭性断裂，引起煤结构发生变化的范围不过几十米。因此动力变质只是局部现象。23.影响煤变质作用的因素有哪些？其中最关键的因素是什么？为什么？答：影响煤变质的因素主要有温度、压力和时间。温度的影响:促成煤变质作用的主要因素是温度。温度过低（50～60℃），褐煤的变质就不明显了，如莫斯科煤田早石炭世煤至今已有3亿年以上，但仍处于褐煤阶段。通常认为，煤化程度是煤受热温度和持续时间的函数。温度越高，变质作用的速度越快。因为变质作用的实质是煤分子的化学变化，温度高促进了化学反应速度的提高。时间的影响:时间是影响煤变质的另一重要因素。时间因素的重要性表现在以下两个方面：第一，在温度、压力大致相同的条件下，受热时间越长，煤化程度越高。第二，煤受短时间较高温度的作用或受长时间较低温度（超过变质临界温度）作用，可以达到相同的变质程度。压力的影响:压力可以使煤压实，孔隙率降低，水分减少；并使煤岩组分沿垂直压力的方向作定向排列。静压力促使煤的芳香族稠环平行层面作有规则的排列。尽管一定的压力有促进煤物理结构变化的作用，但只有化学变化才对煤的化学结构有决定性的影响。人工煤化实验表明，当静压力过大时，由于化学平衡移动的原因，压力反而会抑制煤结构单元中侧链或基团的分解析出，从而阻碍煤的变质。因此，人们一般认为压力是煤变质的次要因素。24.什么是煤层气？煤层气的主要成分是什么？答：煤层气是赋存在煤层中以甲烷（CH4）为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔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。主要成分：甲烷。不含乙烷、丙烷等烃类，还含有二氧化碳、氮气等气体。第二章煤的生成1.煤大分子结构单元是如何构成的？结构单元之间如何构成煤的大分子？答：研究表明，煤大分子结构单元类似于聚合物的聚合单体，它可分为规则部分和不规则部分。规则部分由几个或几十个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（含氮、氧、硫等元素）缩聚而成，称为基本结构单元的核或芳香核；不规则部分则是连接在核周围的烷基侧链和各种官能团。多个结构相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成煤的大分子。桥键是连接相邻基本结构单元的原子或原子团。2.随煤化程度的变化，煤分子结构呈现怎样的规律性变化？答：随着煤化程度的提高，构成核的环数不断增多，连接在核周围的侧链和官能团数量则不断变短和减少。从褐煤开始，随煤化程度的提高，煤大分子基本结构单元的核缓慢增大，核中的缩合环数逐渐增多，当含碳量超过90%以后，基本结构单元核的芳香环数急剧增大，逐渐向石墨结构转变。研究表明，碳含量为70%~86%时，平均环数为2左右；碳含量为83%~90%时，平均环数为3~5；碳含量大于90%时，环数急剧增加，碳含量大于95%时，平均环数大于40。煤的芳碳率，烟煤一般小于0.8，无烟煤则趋近于1。3.从煤的生成过程来分析，为什么煤的大分子结构以芳香结构为主要特征？答：在成煤植物化学组成中，木质素含量较高，木质素是具有苯基丙烷芳香结构的高分子聚合物，含甲氧基、羟基等官能团。木质素的单体以不同的链连接成三度空间的大分子，比纤维素稳定，不易水解，易保存。在泥炭沼泽中，在水和微生物作用下分解，与其他化合物共同作用生成腐植酸类物质，这些物质最终转化成为煤。所以木质素是植物转变为煤的原始物质中最重要的有机组分。由于含量较少或不易在成煤过程中保存下来，成煤植物中的其他化学组成对成煤的贡献均不如木质素，因此，~~~~4.希尔施结构模型和两相模型分别反映了煤物理结构哪些特征？答：5.煤分子结构现代概念是什么？答：1、煤是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩合物，2、煤分子基本结构单元的核心是缩合芳香核，3、基本结构单元上的不规则部分包括烷基侧链和官能团，4、基本结构单元之间通过桥键连接成煤的大分子，桥键是连接相邻基本结构单元的原子或原子团，5、氧的存在形式除了官能团外，还有醚键和杂环；硫的存在形式有巯基、硫醚以及噻吩等；氮的存在形式有吡咯环、胺基和亚胺基等，6、在煤的高分子化合物的缝隙中还独立存在着具有非芳香结构的低分子化合物，它们主要是脂肪族化合物，7、随着煤化程度的提高，构成核的环数不断增多，连接在核周围的侧链和官能团数量则不断变短和减少第三章煤的结构1、煤岩学的研究方法有哪几类？薄片和光片有何区