2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫——應(yīng)用化學(xué)在地?zé)崮芾弥械膽?yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述地?zé)崃黧w常見的化學(xué)成分及其主要來源。2.地?zé)崃黧w通常具有較高的溫度和壓力，這對流體的化學(xué)性質(zhì)有何影響？3.解釋地?zé)崮荛_發(fā)利用中，設(shè)備腐蝕的主要化學(xué)機(jī)理，并簡述常用的化學(xué)防腐方法。4.簡述閃蒸法和干熱提熱法在地?zé)崮芾弥袘?yīng)用的基本原理，并比較兩者在化學(xué)適應(yīng)性上的主要差異。5.在地?zé)豳Y源開發(fā)利用過程中，化學(xué)處理劑（如阻垢劑、緩蝕劑）的應(yīng)用有何重要意義？二、論述題（每題10分，共20分）6.結(jié)合化學(xué)熱力學(xué)原理，論述評估地?zé)豳Y源品質(zhì)（如溫度、壓力、化學(xué)勢）的重要性，并說明化學(xué)分析方法在其中扮演的角色。7.探討地?zé)崮荛_發(fā)利用對環(huán)境可能產(chǎn)生的化學(xué)影響，并提出相應(yīng)的化學(xué)控制或治理措施。三、計(jì)算題（每題12分，共24分）8.某地?zé)峋诹黧w的溫度為150°C，壓力為0.8MPa。已知在此條件下，流體中主要陽離子（假設(shè)為Na+、Ca2+、Mg2+）的濃度分別為150mg/L、100mg/L、50mg/L。假設(shè)水的離子積常數(shù)（Kw）在此溫度下為1.0×10^-13，試估算該流體的pH值。（提示：需考慮主要陽離子水解，可作簡化假設(shè)進(jìn)行估算）9.某地?zé)岚l(fā)電廠采用有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC），使用工作介質(zhì)環(huán)己烷。已知環(huán)己烷在循環(huán)中的最低溫度為80°C（冷凝溫度），最高溫度為150°C（蒸發(fā)溫度）。假設(shè)環(huán)己烷在蒸發(fā)過程吸收的熱量主要用于將流體從150°C加熱到350°C，試從熱力學(xué)角度簡述選擇合適工作介質(zhì)（如環(huán)己烷）需要考慮的化學(xué)因素，并說明為何需要考慮這些因素。試卷答案一、簡答題答案與解析1.答案：地?zé)崃黧w常見的化學(xué)成分包括：陽離子（主要是Na+、K+、Ca2+、Mg2+及其相應(yīng)的水合陽離子，其中Na+和K+為主），陰離子（主要是HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-，其中Cl-和HCO3-為主），以及溶解氣體（CO2、H2S、N2、CH4等）。其來源主要包括：地殼深部巖漿活動(dòng)帶來的原始物質(zhì)；巖體與地下熱水長期接觸發(fā)生的水巖反應(yīng)，溶解了巖石中的礦物元素；生物作用等。解析思路：考察對地?zé)崃黧w基本化學(xué)組成的掌握。需要列出主要的離子和氣體種類，并簡述其來源，涉及地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué)知識(shí)。2.答案：高溫使水分子活性和離子運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致水的電離程度顯著提高（Kw增大），pH變化；高溫高壓使水溶解更多氣體（如CO2、H2S）和鹽類；高溫加劇了水中離子間的水合作用和復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)速率；高壓對溶液的離子強(qiáng)度和化學(xué)平衡有重要影響，可能影響沉淀物的溶解度。解析思路：考察對溫度和壓力對地?zé)崃黧w化學(xué)性質(zhì)影響的理解，涉及物理化學(xué)基本原理（如水的電離、溶解度、反應(yīng)速率）。3.答案：主要化學(xué)機(jī)理包括：電化學(xué)腐蝕（包括析氫腐蝕和氧去極化腐蝕，尤其在有電位差的區(qū)域或含溶解氧時(shí)）；化學(xué)腐蝕（高溫高壓下，金屬與水或水中的溶解性物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如Fe與水或氫氧根反應(yīng)生成FeO·nH2O）。化學(xué)防腐方法主要有：選用耐腐蝕材料（如不銹鋼、鎳基合金、特種陶瓷）；化學(xué)添加緩蝕劑（如磷酸鹽、鉻酸鹽、鉬酸鹽等，通過吸附或形成保護(hù)膜）；采用陰極或陽極保護(hù)技術(shù)（外加電流或犧牲陽極）。解析思路：考察對腐蝕機(jī)理和防腐措施的掌握，要求區(qū)分電化學(xué)和化學(xué)腐蝕，并列舉常用方法及其原理。4.答案：閃蒸法原理：高溫高壓的地?zé)崃黧w通過閃蒸器瞬間降壓，部分水迅速汽化產(chǎn)生蒸汽，蒸汽與剩余液體分離，蒸汽用于發(fā)電。干熱提熱法原理：利用高溫干熱巖體或干熱流體直接加熱工作介質(zhì)（如空氣、有機(jī)工質(zhì)），或通過熱交換器加熱工質(zhì)產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電?；瘜W(xué)適應(yīng)性差異：閃蒸法主要處理液相和氣相分離，關(guān)注蒸汽品質(zhì)和殘留流體的處理；干熱提熱法涉及熱傳遞介質(zhì)的選擇，該介質(zhì)需在高溫下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，且與巖體或熱流體不發(fā)生不良反應(yīng)。解析思路：考察對不同提熱方式基本原理的理解，并要求比較兩者在化學(xué)適應(yīng)性上的側(cè)重點(diǎn)差異。5.答案：化學(xué)處理劑的應(yīng)用對于保障地?zé)崮荛_發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)性和安全性至關(guān)重要。例如，添加阻垢劑可以防止管道和換熱器結(jié)垢，保證傳熱效率；添加緩蝕劑可以顯著減緩設(shè)備腐蝕，延長使用壽命，降低維護(hù)成本；調(diào)節(jié)pH可以優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，提高緩蝕劑效果，防止酸性氣體腐蝕等。解析思路：考察對化學(xué)處理劑在地?zé)崂弥凶饔弥匾缘恼J(rèn)識(shí)，要求結(jié)合具體實(shí)例說明。二、論述題答案與解析6.答案：評估地?zé)豳Y源品質(zhì)對于合理開發(fā)利用至關(guān)重要?；瘜W(xué)熱力學(xué)原理可用于計(jì)算和預(yù)測地?zé)豳Y源的溫度、壓力、化學(xué)勢等參數(shù)，判斷其可利用性（如判斷是否足以驅(qū)動(dòng)熱機(jī)發(fā)電）和提熱潛力。例如，通過測量流體成分和溫度，結(jié)合地質(zhì)數(shù)據(jù)，利用熱力學(xué)模型可以估算地?zé)醿?chǔ)層的初始熱量、可采熱量和經(jīng)濟(jì)性?；瘜W(xué)分析方法（如離子色譜、光譜分析等）是獲取流體成分?jǐn)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)，這些數(shù)據(jù)是進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算和資源評估不可或缺的輸入，有助于確定最佳的提熱方式和開發(fā)方案，避免盲目投資。解析思路：考察對化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)分析在地?zé)豳Y源評估中作用的綜合理解。需要論述評估的重要性，結(jié)合熱力學(xué)原理和方法，說明化學(xué)分析的作用和聯(lián)系。7.答案：地?zé)崮荛_發(fā)利用可能產(chǎn)生的化學(xué)影響主要包括：流體排放導(dǎo)致土壤鹽堿化、植被破壞；攜帶的酸性氣體（如H2S、CO2）和鹽分排放到大氣中造成空氣污染；高礦化度、高溫、高酸度的廢水排放可能污染地表水和地下水；開采活動(dòng)可能改變地下水流向和化學(xué)構(gòu)成?；瘜W(xué)控制或治理措施包括：對排放流體進(jìn)行化學(xué)處理（如除硫、除氟、除鹽、pH調(diào)節(jié)），達(dá)標(biāo)后排放；廢水回灌技術(shù)，利用化學(xué)方法處理回灌水，維持地下環(huán)境化學(xué)平衡；采用封閉式循環(huán)系統(tǒng)減少與環(huán)境的直接接觸；對受影響的土壤和水體進(jìn)行化學(xué)改良或修復(fù)（如施加石灰中和酸性土壤）。解析思路：考察對地?zé)衢_發(fā)潛在環(huán)境化學(xué)影響的認(rèn)識(shí)，并能提出相應(yīng)的化學(xué)控制或治理措施，涉及環(huán)境化學(xué)知識(shí)。三、計(jì)算題答案與解析8.答案：估算pH值過程如下：*假設(shè)主要陰離子為HCO3-和Cl-，且HCO3-是主要貢獻(xiàn)者。估算[HCO3-]≈100mg/L/61g/mol≈1.64mol/L。*估算[Ca2+]≈100mg/L/40g/mol≈2.5mol/L，[Mg2+]≈50mg/L/24g/mol≈2.08mol/L。*Kw=[H+][OH-]=1.0×10^-13。高溫下pH<7，主要考慮H+貢獻(xiàn)。設(shè)[H+]≈x。*簡化假設(shè)：忽略Ca2+、Mg2+的水解，認(rèn)為[HCO3-]≈[OH-]+[H+]。由于x在水中濃度通常遠(yuǎn)小于HCO3-，可近似[OH-]≈x。*Kw=x*(x+x)≈x^2。x≈sqrt(1.0×10^-13)≈1.0×10^-6.5mol/L。*pH=-log[H+]≈-log(1.0×10^-6.5)=6.5。**注：此為高度簡化估算，實(shí)際情況需考慮更復(fù)雜的水解平衡和所有離子的影響，并使用活動(dòng)系數(shù)校正。*解析思路：考察基本化學(xué)計(jì)算能力，特別是弱堿鹽水溶液pH的估算。要求能進(jìn)行初步的濃度轉(zhuǎn)換、離子濃度估算，并應(yīng)用水的離子積常數(shù)進(jìn)行計(jì)算。解析中強(qiáng)調(diào)了簡化假設(shè)及其局限性。9.答案：選擇ORC工作介質(zhì)需要考慮的化學(xué)因素及其原因：*化學(xué)穩(wěn)定性：工作介質(zhì)必須在循環(huán)的最低溫度（80°C）和最高溫度（150°C）以及相應(yīng)的壓力下保持化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不分解、不氧化、不發(fā)生聚合或降解，以確保循環(huán)的安全、長壽命和經(jīng)濟(jì)性。*熱穩(wěn)定性：必須在高溫（150°C）下保持良好的熱穩(wěn)定性，避免熱分解。*不與系統(tǒng)材料反應(yīng)：工作介質(zhì)不能與換熱器、泵、壓縮機(jī)等設(shè)備材質(zhì)發(fā)生不良反應(yīng)（如腐蝕、溶解），以保證設(shè)備的完整性和壽命。*低毒性和