煤及煤的使用
【典例1】煤是一种重要的能源和化工原料，根据有关知识和信息，回答下列问题：
(1)有关煤的叙述正确的是_______。
A.煤是由焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气组成的混合物
B.煤可以转化为气体或液体燃料
C.煤直接燃烧不仅利用率低，而且污染环境
D.煤是一种可再生能源
(2)已知煤的部分结构模型如图所示，从煤的结构模型来看，煤是工业上获得______烃的重要来源。如果充分燃烧生成的大气污染物是______、______。
(3)城市家用燃料大多为天然气、石油液化气或煤气，煤气的主要成分为CO和H2，CO和H2是用焦炭和水蒸气反应制得的，写出制取水煤气的主要化学方程式______________。
(4)水煤气不仅是优良的气体燃料，还是重要的化工原料。CO和H2在一定条件下可以合成：a.甲醇  b.甲醛  c.甲酸 d.乙酸。试分析当CO和H2按1∶1的体积比混合反应，合成上述______(填序号)物质时原子利用率为100%。
     【思路点拨】煤的部分结构中含苯环，干馏可得芳香烃，因煤中含S、N元素，完全燃烧可生成SO2、NOx等大气污染物。
【自主解答】(1)焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气是煤的干馏产物，而不是组成煤的成分；煤是不可再生能源。
(2)从煤的结构看，它是工业获取苯等芳香烃的原料，又因含S、N，完全燃烧生成SO2、NOx等大气污染物。
(3)C和H2O在高温下反应生成CO和H2。
(4)当CO和H2按1∶1的体积比混合反应生成(甲醛)CH2O时原子利用率为100%。
答案：(1)B、C   (2)芳香   SO2   NOx
(3)C+H2O     CO+H2   (4)b
【互动探究】(1)煤的气化和干馏是物理变化还是化学变化？
提示：从煤的结构判断可知煤并不是由苯、甲苯、CO、H2、CH4、氨水等组成，而气化时会生成CO、H2，干馏时生成焦炭、煤焦油、焦炉气，所以煤的气化、干馏都是化学变化。
(2)煤直接燃烧有哪些弊端？
提示：因煤中含有硫、氮、磷、硅、铝、铁等元素，直接燃烧时会产生CO、SO2、氮氧化物等有害气体，还会产生大量的固体灰尘和固体垃圾，污染空气、水源等。
     【变式训练】如图是实验室模拟煤干馏的实验装置，下列有关叙述错误的是(   )
A.图示实验中发生了化学变化
B.实验后水溶液的pH>7，溶液Y是黑色黏稠的煤焦油，上层X是粗苯等
C.气体Z易燃，可以还原氧化铜
D.液体Y是一种纯净物
【解析】选D。将煤隔绝空气加强热使其分解，可得到多种物质，属于化学变化，故A项正确；所得的产物有焦炉气(含有甲烷、氢气、乙烯、一氧化碳等)、煤焦油(不溶于水的多成分混合物)、粗氨水、焦炭等，由于焦炉气中的氢气可以还原CuO，且CH4、H2、C2H4、CO均易燃，故C项正确；由于氨水的pH>7，煤焦油居于水层以下，苯及二甲苯等居于水层以上，故B项正确，D项错误。
                        气体燃料及使用
【典例2】(1)家用液化石油气的主要成分之一是丙烷，若一瓶液化气瓶中装有15 kg液化气且全部是丙烷，试写出其完全燃烧时的化学方程式_________________。并计算完全燃烧所需要的空气体积(标准状况下)________________。
(2)管道煤气中含有的烃类，除甲烷外，还有少量乙烷、丙烷、丁烷等，它们的某些性质见表：
试解释严寒的冬季有时管道煤气火焰很小，并且呈断续状态的原因：_____________________________________。
(3)在首尔兰芝岛上的足球场下面填埋着首尔人15年的垃圾，垃圾发酵产生的沼气为足球场提供部分能源。
①沼气燃烧的化学方程式为：_____________________。
②下列说法正确的是(填序号)_____。
a.把秸秆、杂草等废弃物放在密闭池中发酵可以产生沼气
b.沼气的应用对解决农村燃料问题、改善环境有重要意义
c.沼气的主要成分是甲烷
d.点燃沼气与空气的混合气体可能发生爆炸
     【思路点拨】(1)正确写出燃烧方程式，计算时注意单位。
(2)丁烷的沸点为-0.5 ℃，冬天气温低时会液化。
(3)沼气的主要成分为CH4。
【自主解答】(1)C3H8    +    5O2       3CO2+4H2O
               44 g       5×22.4 L
               15×103 g  21%·V
V≈1.82×105 L
(2)由题目提供的熔沸点可知丁烷沸点高，易液化，造成气体量减少。
(3)①沼气的主要成分是CH4，其燃烧方程式：
CH4+2O2      CO2+2H2O
②由沼气的制备、成分及意义即可作答。
答案：(1)C3H8+5O2      3CO2+4H2O   1.82×105 L
(2)冬天气温低，丁烷等容易液化
(3)①CH4+2O2      CO2+2H2O
②a、b、c、d
     【互动探究】相同质量的甲烷和丁烷完全燃烧，哪个消耗的氧气多？哪个产生的CO2多？
提示：可根据方程式计算。也可根据含碳量推断，含碳量越高，消耗的氧气越少，产生的CO2越多。故消耗氧气多的为CH4，产生CO2多的为C4H10。
【变式训练】天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应前者大。下列是有关天然气的几种叙述：①天然气与煤相比较，天然气是较洁净的能源；②等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大；③燃烧天然气也是酸雨的成因之一。其中正确的是(   )
A.只有①        B.只有②
C.①②          D.①②③
【解析】选C。等质量的CH4和CO2，CH4的物质的量还大，故温室效应更大；燃烧天然气不会产生酸雨。