2025年大學《資源化學》專業(yè)題庫——無機化學中的重金屬污染問題考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項前的字母填在題后的括號內）1.下列哪種重金屬離子（在相同濃度下）的毒性最低？A.Hg(II)B.Cd(II)C.Pb(II)D.Cr(VI)2.在酸性條件下，下列哪個因素對重金屬離子（如Pb2+）在土壤顆粒表面吸附的影響最??？A.土壤pH值B.重金屬離子的初始濃度C.土壤有機質含量D.溶液中的Cl-離子濃度3.重金屬汞（Hg）在環(huán)境中主要的氣相遷移形式是？A.Hg2+B.HgCl2C.甲基汞（CH3Hg+）D.汞蒸氣（Hg0）4.下列關于鉻的敘述，錯誤的是？A.Cr(III)通常比Cr(VI)毒性低B.Cr(VI)具有強氧化性C.Cr(III)主要以氫氧化物或碳酸鹽形式沉淀D.Cr(VI)易被還原為Cr(III)5.為去除工業(yè)廢水中的Cr(VI)，常用的化學處理方法是？A.自然沉淀B.活性炭吸附C.加入鐵鹽進行還原沉淀D.離子交換6.下列哪種物質最常被用作吸附水體中重金屬離子的吸附劑？A.沸石B.活性炭C.氫氧化鋁D.蒙脫石粘土7.重金屬離子在水中形成氫氧化物沉淀的pH條件通常取決于？A.水的離子積B.重金屬離子的價態(tài)C.重金屬離子與氫氧根離子的電荷比D.水的硬度8.下列哪個元素由于其揮發(fā)性，更容易通過大氣干濕沉降進行長距離遷移？A.Cadmium(Cd)B.Lead(Pb)C.Mercury(Hg)D.Arsenic(As)9.生物累積系數（BCF）越大，表示？A.重金屬在生物體內的吸收速率越快B.重金屬在生物體內的代謝速率越快C.重金屬越容易從環(huán)境中向生物體轉移D.重金屬在生物體內的毒性越大10.影響重金屬離子在土壤固相與水相之間分配平衡最主要的因素是？A.重金屬離子的半徑B.土壤的陽離子交換量C.溶液的氧化還原電位D.大氣壓力二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.重金屬污染的主要來源包括______、______和______等。2.重金屬離子在水溶液中通常以______或______形態(tài)存在，其溶解度受______、______等因素影響。3.Cr(VI)的毒性遠高于Cr(III)，主要是因為Cr(VI)具有強______性，且易溶于水。4.重金屬在土壤-水系統(tǒng)中主要通過______、______和______等途徑遷移。5.金屬離子與配位體（如水分子、OH-、Cl-或有機配體）形成帶電荷的絡合物或螯合物，會顯著影響其在環(huán)境中的______和______。6.用石灰調節(jié)酸性土壤以降低土壤中重金屬（如Pb2+、Cd2+）的有效性，主要是利用了改變______的影響。7.甲基汞（CH3Hg+）是汞的毒性最強的形態(tài)之一，因為它具有高度的______和______能力。8.活性炭吸附重金屬主要是利用了其表面的______和巨大的______。9.某重金屬離子M^n+在水中形成M(OH)n沉淀，當溶液中M^n+濃度和pH一定時，沉淀的完成程度取決于其溶度積常數（Ksp）。10.重金屬的毒性效應與其在生物體內的______形態(tài)密切相關。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述重金屬與土壤粘土礦物表面發(fā)生吸附的主要作用力。2.解釋為什么pH值是影響重金屬在環(huán)境中遷移轉化和生物有效性的關鍵因素。3.簡述化學沉淀法處理含重金屬廢水的基本原理。四、計算題（共15分）已知在某土壤浸出液中，Cu(II)的初始濃度為0.01mol/L，土壤pH約為6.0。假設Cu(II)主要以Cu(OH)沉淀和Cu-腐殖酸絡合形態(tài)存在。該條件下，Cu(OH)2的溶度積常數（Ksp）為1.6x10^-19，土壤腐殖質對Cu(II)的絡合反應可近似表示為Cu(II)+H2L<=>CuL-+2H+，其平衡常數（Kf）為1.8x10^8。假設土壤溶液中H+濃度主要由H2O的離解提供，忽略其他酸堿平衡。請估算此時土壤溶液中Cu(II)的總濃度（以游離Cu(II)和CuL-形態(tài)計）。（提示：可先計算Cu(OH)2沉淀后溶液中Cu(II)濃度，再計算絡合平衡對Cu(II)濃度的貢獻）。五、論述題（25分）以某礦區(qū)周圍水體受到鉛（Pb）污染為例，討論鉛在環(huán)境中的主要遷移轉化途徑、潛在危害以及可能的環(huán)境治理技術。請結合無機化學原理，闡述說明不同治理技術的適用性及其化學依據。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.D4.C5.C6.B7.C8.C9.C10.C二、填空題1.工業(yè)源，農業(yè)源，生活源2.水合離子，游離離子；pH值，氧化還原電位3.氧化，水溶性4.吸附-解吸，揮發(fā)，生物遷移5.遷移，生物有效性6.pH值7.生物富集，生物轉化8.比表面積，孔隙結構9.Ksp10.生物有效三、簡答題1.主要作用力包括離子交換力（與粘土礦物表面的負電荷相互作用）、范德華力（分子間作用力）以及可能的配位鍵力（如果重金屬離子與粘土表面的配位位點結合）。2.pH影響重金屬離子的水解平衡和沉淀反應，改變其存在形態(tài)和溶解度。同時，pH也影響土壤/水界面電荷和有機配體對重金屬的吸附行為，進而影響其遷移轉化和生物有效性。3.化學沉淀法通過向含重金屬廢水中投加化學藥劑（如石灰、鐵鹽、鈉鹽等），與重金屬離子發(fā)生反應，生成溶解度極小的氫氧化物、硫化物或鹽類沉淀物，然后通過沉淀分離（如過濾、離心）去除沉淀物，從而達到凈化廢水的目的。四、計算題解析思路：（1）判斷主導沉淀形態(tài)：比較Cu(II)的初始濃度與Cu(OH)2沉淀所需濃度（[Cu(II)]=Ksp/[OH-]^2）。由于初始pH=6，[OH-]很小，遠小于由Ksp計算出的所需濃度（[Cu(II)]≈1.6x10^-19/(10^-8)^2=2x10^-3M），因此Cu(OH)2是主要的沉淀形態(tài)，沉淀反應將限制Cu(II)的總濃度。（2）計算Cu(OH)2沉淀平衡：設沉淀后溶液中Cu(II)平衡濃度為xmol/L，則[OH-]≈2xmol/L（忽略水自身離解）。根據Cu(OH)2沉淀平衡：Cu(II)+2OH-<=>Cu(OH)2(s)，Ksp=[Cu(II)][OH-]^2=x(2x)^2=4x^3。解得x=(Ksp/4)^(1/3)=(1.6x10^-19/4)^(1/3)=(0.4x10^-19)^(1/3)mol/L≈7.37x10^-7M。這是游離Cu(II)的平衡濃度。（3）計算絡合平衡貢獻：考慮絡合反應Cu(II)+H2L<=>CuL-+2H+。設平衡時CuL-濃度為ymol/L，則游離Cu(II)濃度為(7.37x10^-7-y)mol/L，[H+]=2ymol/L。根據Kf=[CuL-][H+]^2/[Cu(II)]，1.8x10^8=y(2y)^2/(7.37x10^-7-y)。此為非線性方程，需求解。因初始Cu(II)較高，沉淀后游離Cu(II)濃度x(7.37x10^-7)遠大于Kf的倒數，假設沉淀反應完成后Cu(II)濃度約為x，則絡合反應在游離Cu(II)濃度很低的情況下進行。近似處理：設沉淀反應完成瞬間游離Cu(II)約為x，此時Cu(II)向CuL-轉化，令轉化量為z，則平衡時游離Cu(II)濃度為(x-z)mol/L，CuL-濃度為zmol/L，[H+]=2zmol/L。代入Kf表達式：1.8x10^8=z(2z)^2/(x-z)。將x≈7.37x10^-7代入，1.8x10^8=4z^3/(7.37x10^-7-z)。此方程z項相對x很小，可近似7.37x10^-7-z≈7.37x10^-7，則4z^3≈1.8x10^8*7.37x10^-7，z^3≈3.29x10^-10，z≈(3.29x10^-10)^(1/3)≈6.96x10^-4M。此結果遠大于沉淀平衡計算的游離Cu(II)濃度x，說明假設不成立，需精確求解或迭代計算。但題目要求估算，此近似解已顯示絡合作用顯著，且z遠大于x，說明大部分Cu(II)被絡合去除。（4）估算總濃度：總Cu(II)濃度≈游離Cu(II)濃度+絡合Cu(II)濃度。游離Cu(II)濃度約為x=7.37x10^-7M。絡合Cu(II)濃度即CuL-濃度約為z=6.96x10^-4M?？倽舛取?.37x10^-7+6.96x10^-4≈7.06x10^-4M。（注：嚴格精確解需數值方法或更復雜近似，但此估算展示了過程和主要影響因素。若題目允許簡化，可認為總濃度主要由絡合貢獻，即約6.96x10^-4M。）五、論述題解析思路：（1）遷移轉化途徑：*水相遷移：鉛離子（Pb2+）在水中主要以Pb2+或與水分子、OH-、Cl-、SO4^2-、CO3^2-、腐殖質等形成的絡合物形態(tài)存在。Pb2+的溶解度相對較高（比Hg2+、Cd2+、Bi3+等高），但受pH影響顯著。在酸性條件下（pH<5.5），Pb2+易水解形成Pb(OH)+或Pb(OH)2沉淀，或在特定條件下形成碳酸鹽沉淀。在堿性條件下（pH>8-9），Pb(OH)2溶解度增大，可能形成PbO2-等陰離子型絡合物，溶解度增加，遷移能力增強。Pb2+也能與水體中的有機配體（如腐殖酸）形成穩(wěn)定的絡合物，增加其在水中的溶解度和遷移距離。*固相吸附/沉淀：鉛容易吸附在土壤和沉積物顆粒表面，吸附能力受多種因素影響：pH值（pH升高，吸附增加，但過高的pH可能因形成沉淀而降低吸附）、氧化還原電位（如PbS沉淀）、土壤成分（粘土礦物、氧化物、有機質含量和性質）。土壤有機質對Pb的吸附（特別是形成可逆絡合物）貢獻顯著。當條件適宜時，會形成氫氧化物（Pb(OH)2）或碳酸鹽（PbCO3）沉淀，固定在固相中。*生物遷移：鉛可以通過食物鏈富集，生物累積系數（BCF）因生物種類和形態(tài)而異。植物可通過根系吸收土壤中的鉛，進入植物體內。水生生物可通過直接接觸水體吸收Pb2+，或通過攝食含鉛的藻類、浮游動物等富集鉛。鉛在生物體內主要存在于骨骼、肝臟等器官，不易代謝排出。*揮發(fā)：氣相遷移是鉛（特別是Hg，但Pb也可形成揮發(fā)性鹽如PbCl4，盡管條件苛刻）的重要途徑，但在一般鉛污染場景中通常不是主導因素。（2）潛在危害：*生態(tài)危害：對土壤微生物活性、植物生長產生抑制效應。在水體中，高濃度鉛可導致水生生物（魚類、浮游生物等）中毒死亡，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)結構和功能。*人體健康危害：鉛是已知的人體毒性重金屬。主要通過飲水、食物（特別是農產品）、呼吸（空氣中的鉛塵顆粒）等途徑進入人體。鉛主要損害神經系統(tǒng)（導致智力低下、行為異常、神經系統(tǒng)損傷）、造血系統(tǒng)（導致貧血）、腎臟（導致腎功能損害）、骨骼和消化系統(tǒng)。兒童對鉛的吸收率更高，更敏感，危害更大。鉛在人體內難以排出，具有蓄積性。（3）環(huán)境治理技術及化學依據：*化學沉淀法：通過投加石灰、氫氧化鈉、鐵鹽（如FeCl3,FeSO4）或鋁鹽（如AlCl3,Al2(SO4)3）等，調節(jié)pH值，使Pb2+形成溶解度極小的Pb(OH)2、PbCO3或Pb(OH)3-等沉淀物。依據是沉淀平衡原理，通過改變反應物（Pb2+或OH-）濃度或條件（pH）使沉淀反應平衡向生成沉淀的方向移動。鐵鹽、鋁鹽還能水解生成氫氧化物沉淀，并可能通過吸附作用去除部分鉛。*吸附法：利用活性炭、生物炭、沸石、粘土礦物（如改性蒙脫石）、合成吸附劑（如氧化鐵、樹脂）等材料吸附水中的鉛離子或鉛絡合物。依據是表面吸附作用，包括物理吸附（范德華力）和化學吸附（離子交換、配位作用）。例如，活性炭巨大的比表面積和發(fā)達的孔隙結構提供了豐富的吸附位點，其表面含有的含氧官能團（如羧基、酚羥基）可以作為配位體與Pb2+形成配位鍵。改性粘土通過引入帶電基團增加吸附能力。*離子交換法：利用離子交換樹脂（如陰離子交換樹脂）去除水中的Pb2+。樹脂上的可交換基團（如Cl-、SO4^2-）與水中的Pb2+發(fā)生交換反應，Pb2+被固定在樹脂上。依據是離子交換平衡原理。適用于處理低濃度或間歇性排放的含鉛廢水。*氧化還原法：改變鉛的價態(tài)或形態(tài)以影響其遷移轉化和去除。例如，將溶解度較高的Pb(II)氧化為溶解度更低的Pb(IV)（如PbO2），或還原為揮發(fā)性鹽（如PbCl4，但條件苛刻）。依據是氧化還原反應原理和相應的標準電極電位。*膜分離法：如反滲透、納濾等，利用半透膜的選擇透過性截留鉛離子。依