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煤化学

1.矿物的概念、内涵?岩石、矿石及矿物之间的关系?答:矿物是指地质作用过程中形成的具有相对固定的化学组成以及确定的晶体结构的均匀固体。

它们具有一定的物理、化学性质,在一定的物理化学条件范围内稳定,是组成岩石和矿石的基本单元。

矿物作为组成岩石和矿石的基本单元,应该是各部分均一的,亦即不能用物理的方法把它分成化学成分上更为简单的不同物质。

2.元素的离子类型与形成矿物的特点?(矿物学基础P33-34)根据形成离子的最外层电子结构,可将元素分成三种基本类型(表4-1)惰性气体型离子:包括碱金属和碱土金属以及一些ⅢA∽ⅦA的非金属元素。

当它们得失电子成为离子时,其最外电子层与惰性气体原子的最外电子层结构相似,具有8个或2个电子。

碱金属和碱土金属的电离势小,易形成阳离子,而非金属元素(主要是氧和卤族元素)电负性大,易形成阴离子。

氧是地壳中最多的元素,所以其他元素易与氧结合形成氧化物或含氧盐(主要是硅酸盐),形成大部分造岩矿物,地质上将这部分元素称为造岩元素,也称亲石元素或亲氧元素。

碱金属和碱土金属的离子半径较大,与氧和卤族元素形成以离子键为主的矿物。

铜型离子:ⅠB,ⅡB以及部分ⅢA∽ⅥA的金属、半金属元素。

他们失去电子成为阳离子时,最外电子层具有18或18+2个电子,与的最外电子层结构相似。

本类元素易与结合形成以共价键为主的金属矿物,因此这部分元素被称为造矿元素,也称亲疏元素或亲铜元素。

过渡性离子:包括ⅢB∽Ⅷ(含镧系和锕系)区的元素。

其阳离子最外电子层具有8-18个电子的过渡性结构。

其离子的性质介于惰性气体型离子和铜型离子之间。

外电子层电子越接近8者(Mn和铁族的左侧),亲氧性越强,易形成氧化物和含氧盐;而愈近于18者(Mn和铁族的右侧),亲疏性愈强,易形成硫化物;居于中间的锰和铁,则与氧和硫都能结合。

3.形成矿物的地质作用类型及特点?答:矿物形成的地质作用根据能量来源一般分为内生作用、外生作用、和变质作用。

内生作用:主要指由地球内部热能导致的形成矿物的各种地质作用。

主要包括岩浆作用、伟晶作用和热液作用。

外生作用:又称表生作用,指发生于地球表层,主要在太阳能作用下,岩石圈、水圈、大气圈和生物圈相互作用过程中形成矿物的各种地质作用。

主要有风化作用和沉积作用。

变质作用:指已形成的矿物,受到岩浆活动和地壳运动的影响,发生结构和(或)成分改造,导致矿物形成的地质作用。

主要包括接触变质作用和区域变质作用。

4.矿物的颜色、条痕、光泽及发光性?矿物的颜色分以下三类:自色:是矿物自身固有的化学成分引起的颜色。

他色:是矿物的非固有因素引起的颜色,但也不包括物理光学效应引起的颜色。

假色:是由光的干涉、衍射、漫射等物理光学效应引起的颜色。

、常见的有蛋白光、锖色、晕色、变彩。

矿物的条痕是指矿物粉末的颜色;矿物的透明度是指矿物允许可见光透过的程度。

一般分为三个等级:透明、半透明、不透明。

矿物的光泽是指矿物表面对光的反射能力。

分为四级:金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽。

特殊光泽有以下几种:珍珠光泽、丝绢光泽、油脂光泽、腊状光泽、土状光泽。

矿物受外加能量激发,发出可见光的性质称为发光性。

根据激发源不同、发光可分为光致发光、热发光、以及电致发光、摩擦发光、化学发光等。

5.矿物硬度及其主要影响因素?如何理解理是矿物的固有性质?矿物的的硬度是指矿物抵抗外来刻划,淹没或压入等机械作用的能力,用H表示决定矿物硬度大小的主要因素是晶体结构的牢固程度,其他影响因素有离子半径,离子电价,结构紧密程度等晶体硬度大小的主要影响因素为晶体结构的牢固程度,这与化学键类型及其牢固程度密切相关。

而这些因为都是矿物所固有的性质(p26)6.矿物的磁性、电性及应用?矿物的磁性是指矿物受外磁场作用时,因被磁化而呈现出能被外磁场吸引或排斥或对外界产生磁场的性质。

根据磁性强弱分为强磁性和弱磁性;矿物按磁性分为磁性矿物、电磁性矿物和无磁性矿物。

矿物的磁性不仅在鉴定、分选中具有重要的实际意义,在找矿勘探中也有利用矿物磁性的磁法找矿。

同时矿物的磁性研究还具有重要的理论意义,如古地磁的研究目前已成为地壳演化研究的一个重要方面;研究矿物的精细结构时,也需要进行磁化率的测定。

矿物的电性分为压电性和焦电性。

某些矿物晶体,当某一方向受到压应力或张应力作用时,因变形效应使垂直于应力的两边表面上荷电的性质称为压电性。

最常见的压电性矿物是水晶和电气石。

晶体的压电性有很大的使用价值,在超声波发生器、谐振片中都要用到压电晶体,其中尤以石英的应用最广。

由于水晶的天然资源日渐枯竭,合成水晶已代替天然水晶成为工业应用的主角。

某些矿物当环境温度变化时,在晶体的某些结晶反响产生荷电的性质称为焦电性。

矿物研究中可利用焦电性帮助确定矿物的对称性,红外探测中也已利用到晶体的焦电性。

7.类质同像及其发生的规律类质同像:指物质结晶时,其晶体结构中本应由某种离子或原子占有的位置,一部分被介质中性质相似的他种离子或原子所取代,共同结晶成均匀的单一相的混合晶体(简称混晶,即替位式固溶体),但并不引起键性和晶体结构型式发生质变的特性。

规律:类质同像替代关系的元素占据相同的结构位置,具有相同的作用,因而把它们看成一个整体时,则它与其他元素之间仍符合定比、倍比定律。

8.矿物中水的存在形式?根据矿物中水的存在形式及其在晶体结构中的作用,可以分为两类:一类是不参加晶格、与晶体结构无关的,统称为吸附水;另一类是参与晶格或与晶体结构密切相关的,包括结构水、结晶水、沸石水和层间水。

吸附水:以中性的水分子H2O的形式存在,不参与矿物晶格,而是被机械的吸附于矿物颗粒的表面或缝隙中,因而不属于矿物的固有成分,不写入化学式。

结晶水:以中性水分子H2O的形式存在,参与矿物晶格,有固定的配位位置。

沸石水:介于结晶水域吸附水之间的一种水,以中性水分子H2O的形式存在,沸石水在结构中占据确定的位置,含量有一上限值。

层间水:也是介于结晶水域吸附水之间的一种水,以中性水分子H2O的形式存在,性质类似于沸石水。

层间水含量不固定,随环境温度和湿度等条件而变化。

结构水:也称化合水,为以为以OH-、H+、或H3O+离子的形式参与矿物晶格的水。

9.矿物的晶体化学分类(大类构成)?硅酸盐矿物的晶体化学特征?硅氧骨干?答:①自然元素大类②硫化物及其类似化合物大类③氧化物和氢氧化物大类④含氧盐大类⑤卤化物大类组成硅酸盐矿物的络阴离子——硅酸根能以各种不同形式出现于晶体结构中,硅酸盐的络阴离子为硅氧四面体,化学式为[SiO4] 4-。

作为金属阳离子存在的主要是惰性气体型离子(如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Al3+等)和部分过渡型离子(如Fe2+、Fe3+、Mn2+、Mn3+、Cr3+、Ti3+等)的元素,铜型离子(如Cu+、Zn2+、Pb2+、Sn4+等)的元素较少见。

此外,还有(OH)-、O2-、F-、C1-、[CO3 ]2-、[SO4] 2-等以附加阴离子的形式存在。

硅酸盐结构中,每个Si原子一般为四个O原子包围,构成[SiO4]四面体,即硅氧骨干,它是硅酸盐的基本构造单位。

10.代表性矿物的晶体化学式?1 卤(氟)化物矿物萤石CaF2,氟镁石 MgF2. P492 硫化物矿物辉铜矿 Cu2S 方铅矿 PbS P533 氧化物和氢氧化物矿物赤铜矿 Cu2O 刚玉 Al2O3 P714硅酸盐矿物锆石 ZrSiO4 橄榄石(Mg,Fe)2SiO4 P95由于此题答案分布太过散乱,所以本人只能摘录部分供各位参考,望海涵!11.从植物到泥炭,发生了哪些重大变化?P22答:泥炭化作用的概念: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。

植物经泥炭化作用成为泥炭,在两方面发生巨大变化:(1)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;(2)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。

12.由高等植物形成煤,要经历哪些过程和变化?P22答:由高等植物形成煤,要经历泥炭化作用和煤化作用两个过程。

泥炭化作用过程:高等植物→泥炭煤化作用过程又分为成岩作用和变质作用两个阶段。

成岩作用阶段:泥炭→褐煤;变质作用阶段:褐煤→无烟煤煤化程度由低到高,煤种的序列是什么?泥炭化作用、成岩作用和变质作用?13.瓦斯及其生成机理?(P31)答:瓦斯,又称煤层气,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。

植物遗体埋藏后,经生物化学作用转变为泥炭,泥炭又经历以物理化学作用为主的地球化学作用,转变为褐煤、烟煤和无烟煤。

在煤化作用过程中随着上覆地层的不断加厚以及所承受的温度压力的不断增加,成煤物质发生了一系列的化学变化,挥发分和含水量减少,发热量和固定碳含量增加,同时也生成了以甲烷为主的气体——煤型气。

按成因可以分为生物成因和热气成因,煤型气经过运移并聚集成藏的成为煤成气藏,仍然保存在煤层中的成为煤层气。

14.煤化程度由低到高,煤种的序列是什么?答:低等植物→腐泥→腐泥煤高等植物→泥炭→烟煤(长焰煤,气煤,肥煤,焦煤,瘦煤,贫煤)→无烟煤注:下划线的为煤种15.泥炭化作用、成岩作用和变质作用?(P22-26)答:泥炭化作用的概念: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。

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?(P36)答:煤的结构单元分为规则部分和不规则部分。

规则部分是由几个或者十几个苯环、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。

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