2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫——地球化學(xué)在水污染控制中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪種地球化學(xué)過程主要受控于反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度(活度)的乘積等于常數(shù)？A.氧化還原反應(yīng)B.離子交換反應(yīng)C.沉淀-溶解平衡D.絡(luò)合反應(yīng)2.在評價(jià)水體自凈能力時(shí)，通常認(rèn)為硝酸鹽氮是富營養(yǎng)化水體中哪個(gè)過程的重要指標(biāo)？A.氧化還原反應(yīng)B.沉積作用C.生物降解D.膠體吸附3.對于某難溶電解質(zhì)MX，其溶度積常數(shù)Ksp與其飽和溶液中離子活度積a+?a-的關(guān)系是？A.Ksp=a+?a-B.Ksp>a+?a-C.Ksp<a+?a-D.Ksp=√(a+?a-)4.在自然水體中，重金屬通常以何種形態(tài)存在，其生物可利用性和毒性最高？A.沉渣態(tài)B.固定態(tài)C.可交換態(tài)D.有機(jī)結(jié)合態(tài)5.下列哪種同位素常用于區(qū)分地表水與地下水的混合來源？A.13CB.1?NC.δD(氘)D.3H(氚)6.地球化學(xué)修復(fù)技術(shù)中，利用微生物活動分解污染物的方法屬于？A.化學(xué)淋洗B.自然衰減C.固化/穩(wěn)定化D.生物修復(fù)7.土壤或沉積物對重金屬的吸附能力通常用哪個(gè)參數(shù)來表征？A.溶度積(Ksp)B.分配系數(shù)(Kd)C.穩(wěn)定常數(shù)(Ks)D.亨利常數(shù)(Kh)8.當(dāng)水體pH值升高時(shí)，對于許多金屬氫氧化物（如Fe(OH)?），其溶解度通常會如何變化？A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小9.PHREEQC等地球化學(xué)模型主要用于模擬什么過程？A.流體流動B.污染物擴(kuò)散C.環(huán)境中多相多組分的化學(xué)平衡和反應(yīng)動力學(xué)D.水力傳導(dǎo)10.某水污染事件中，監(jiān)測到受污染水體Eh值顯著降低，這通常意味著什么？A.氧化性物質(zhì)增加B.還原性物質(zhì)增加C.氧氣溶解度增加D.金屬離子更容易沉淀二、填空題1.水溶液的pH值是衡量溶液___的指標(biāo)，其定義為水中氫離子活度的______。2.影響污染物在環(huán)境介質(zhì)中吸附-解吸過程的主要因素包括pH、Eh、競爭離子、___和___等。3.穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)利用了不同同位素___和___的差異來追蹤物質(zhì)來源、遷移路徑和轉(zhuǎn)化過程。4.地球化學(xué)修復(fù)技術(shù)中的原位修復(fù)是指在不擾動污染介質(zhì)的前提下，在污染現(xiàn)場___或改變環(huán)境條件以去除或固定污染物的修復(fù)方法。5.對于某污染物，其有效濃度（生物可利用濃度）是其在所有環(huán)境介質(zhì)中___濃度之和。三、簡答題1.簡述吸附作用對水體中污染物行為的影響。2.解釋氧化還原條件(Eh)如何影響重金屬的溶解和遷移。3.簡述穩(wěn)定同位素技術(shù)在判斷地下水補(bǔ)給來源中的應(yīng)用原理。4.比較化學(xué)淋洗和自然衰減兩種水污染地球化學(xué)修復(fù)技術(shù)的定義和基本原理。四、計(jì)算題1.某湖泊底泥中含砷礦物黃鐵礦(FeS?)，已知該礦物在特定條件下的溶度積常數(shù)Ksp=1.0×10?2?。假設(shè)底泥孔隙水中的Fe2?濃度為1.0×10?3mol/L，計(jì)算此時(shí)As3?的平衡濃度（假設(shè)As3?主要以As3?形式存在，不考慮其他復(fù)雜形態(tài)）。2.某研究測得某河流表層水(pH=7.0)中總鉛濃度為5.0mg/L，測得沉積物與水之間鉛的分配系數(shù)(Kd,mg/kgpermg/L)為10。假設(shè)沉積物固相體積與水相體積之比為100:1。計(jì)算沉積物中鉛的有效濃度(即可能被生物利用或遷移的濃度)。五、論述題結(jié)合具體的地球化學(xué)原理和過程，論述如何利用水化學(xué)分析和穩(wěn)定同位素監(jiān)測數(shù)據(jù)來溯源一個(gè)典型的地下水重金屬污染事件。請說明需要監(jiān)測哪些關(guān)鍵指標(biāo)，分析這些指標(biāo)能提供哪些信息，以及如何綜合這些信息推斷污染來源和遷移路徑。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.A4.C5.C6.D7.B8.A9.C10.B二、填空題1.酸堿性，負(fù)對數(shù)2.有機(jī)質(zhì)，礦物表面性質(zhì)3.自然豐度，豐度比4.抑制污染物遷移轉(zhuǎn)化，修復(fù)污染5.可交換態(tài)三、簡答題1.吸附作用能降低水體中污染物的自由濃度，從而降低其遷移能力和生物可利用性，使其被固定在固體表面（如土壤、沉積物顆粒），減少對水生生物的危害。吸附過程受多種因素影響，如污染物性質(zhì)、環(huán)境pH和Eh、競爭離子、吸附劑種類和性質(zhì)等。強(qiáng)吸附作用可以使污染物在局部區(qū)域富集，也可能阻礙其進(jìn)一步遷移。2.氧化還原條件(Eh)決定了水體中各種氧化還原反應(yīng)的方向和速率，顯著影響重金屬的價(jià)態(tài)和形態(tài)轉(zhuǎn)化。在氧化條件下(高Eh)，高價(jià)態(tài)重金屬離子（如Cr(VI),As(V),Fe3?,Mn??）通常溶解度較低，易形成沉淀；而低價(jià)態(tài)重金屬離子（如Cr(III),As(III),Fe(II),Mn(II)）則相對易溶。在還原條件下(低Eh)，高價(jià)態(tài)重金屬礦物可能發(fā)生還原溶解，釋放出低價(jià)態(tài)重金屬離子，增加其在水中的溶解度和遷移性。例如，F(xiàn)e(OH)?在低Eh條件下可能被還原為Fe2?而溶解。3.穩(wěn)定同位素（如2H,1?O,13C,1?N）的豐度在自然界中存在微小但系統(tǒng)的差異（自然豐度），這種差異被稱為同位素豐度比。不同水循環(huán)過程（如蒸發(fā)、降水、徑流、植物吸收）對同位素分餾的作用不同。例如，蒸發(fā)過程會使較重的同位素（如2H,1?O）富集在氣態(tài)水（水蒸氣）中。因此，通過分析地下水、地表水、降水以及可能的地表污染源水中目標(biāo)穩(wěn)定同位素（如δD,δ1?O）的比值，可以比較它們之間的同位素組成差異。如果地下水的同位素比值與降水差異很大，但與某個(gè)地表水體（如河流）的比值接近，則可以推斷該地表水體是該地下水的重要補(bǔ)給來源之一，從而幫助溯源污染源。4.化學(xué)淋洗是一種異位修復(fù)技術(shù)，通過向污染土壤或沉積物中注入選擇性的淋洗液（如酸性溶液、螯合劑溶液），使目標(biāo)污染物（如重金屬）從固相轉(zhuǎn)移到液相，然后收集并處理淋洗液來去除污染物。自然衰減是一種原位修復(fù)技術(shù)，利用污染物自身在環(huán)境中的自然衰減過程（如物理衰變、化學(xué)轉(zhuǎn)化、生物降解、揮發(fā)、吸附、沉淀、擴(kuò)散稀釋等）來降低其在環(huán)境中的濃度。修復(fù)過程主要依賴自然條件，可能輔以適當(dāng)?shù)娜斯ふ{(diào)控（如通風(fēng)增加揮發(fā)性物質(zhì)去除，調(diào)整pH促進(jìn)沉淀等）。四、計(jì)算題1.解：黃鐵礦(FeS?)溶解反應(yīng)：FeS?(s)?Fe2?(aq)+S2?(aq)溶度積常數(shù)表達(dá)式：Ksp=[Fe2?][S2?]已知Ksp=1.0×10?2?，[Fe2?]=1.0×10?3mol/L代入表達(dá)式求解[S2?]：[S2?]=Ksp/[Fe2?]=(1.0×10?2?)/(1.0×10?3)=1.0×10?2?mol/L因此，As3?的平衡濃度約為1.0×10?2?mol/L。（注：實(shí)際情況下，As3?可能以As(OH)?或其他形態(tài)存在，此計(jì)算僅估算S2?的濃度，假設(shè)其對As3?平衡影響不大或As3?主要以簡單離子形式存在）2.解：分配系數(shù)Kd定義為：Kd=(單位質(zhì)量固相中某物質(zhì)的量)/(單位體積液相中該物質(zhì)的濃度)其物理意義是單位濃度液相能夠吸附或固定的固相物質(zhì)量。也可以理解為，當(dāng)固液比達(dá)到Kd時(shí)，固相和液相中該物質(zhì)的濃度達(dá)到平衡。本題中Kd=10mg/kgpermg/L，表示每升水中含有1mg/L的鉛，相鄰的10kg沉積物中能吸附或固定10mg的鉛。假設(shè)沉積物固相體積與水相體積之比為100:1，即每100kg沉積物與1m3(或1000L)水接觸。總鉛濃度為5.0mg/L，即1000L水中含有5.0mg鉛。根據(jù)定義，當(dāng)固液比達(dá)到Kd時(shí)，沉積物中鉛的濃度（c_sed）等于Kd乘以水相中鉛的濃度（c_water）。c_sed=Kd×c_water=10(mg/kgpermg/L)×5.0mg/L=50mg/kg因此，沉積物中鉛的有效濃度（即按Kd定義衡量的平衡濃度）為50mg/kg。五、論述題在溯源地下水重金屬污染事件時(shí)，水化學(xué)分析和穩(wěn)定同位素監(jiān)測是兩種關(guān)鍵的地球化學(xué)手段。水化學(xué)分析主要關(guān)注地下水中溶解組分的種類、濃度和化學(xué)特征。通過測定主要離子（如Na?,K?,Ca2?,Mg2?,Cl?,HCO??,SO?2?）、微量元素（特別是目標(biāo)重金屬元素）、pH、Eh、總?cè)芙夤腆w(TDS)等指標(biāo)，可以：1.識別污染物的種類和程度：直接測定重金屬（如Cd,Pb,As,Hg,Cr）的濃度，判斷污染的嚴(yán)重性。2.判定水化學(xué)類型和形成過程：分析離子比值（如Na/K,Ca/Mg,(Na+K)/Ca,Cl-/SO?2?）和TDS，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，可以推斷地下水的來源、水巖相互作用程度以及水循環(huán)歷史。3.指示地球化學(xué)環(huán)境條件：pH和Eh值反映了水體的氧化還原條件，影響重金屬的價(jià)態(tài)和遷移能力。例如，低Eh和高還原性環(huán)境可能導(dǎo)致某些重金屬礦物溶解，增加其遷移性。4.追蹤污染物遷移路徑：通過分析不同監(jiān)測點(diǎn)水化學(xué)指標(biāo)的空間變化模式（如濃度梯度、水化學(xué)類型變化），結(jié)合地下水流向，可以初步推斷污染羽的擴(kuò)展方向和污染物的遷移路徑。例如，如果監(jiān)測到污染羽中重金屬濃度逐漸升高，同時(shí)TDS升高，可能指示污染物與地層中的鹽分發(fā)生交換。穩(wěn)定同位素監(jiān)測則利用水中穩(wěn)定同位素（如δD,δ1?O,δ13C,δ1?N）相對于自然豐度的微小差異，提供關(guān)于水來源、水-巖-氣相互作用的信息。具體應(yīng)用包括：1.區(qū)分不同水源：不同來源的水體具有不同的同位素組成。例如，降水、地表水、不同深度的地下水、不同含水層的水可能具有不同的δD和δ1?O值。通過比較污染羽中地下水的同位素比值與已知來源（如降水、地表河流、深層地下水）的同位素比值，可以判斷污染水的來源。如果地下水同位素比值與某個(gè)地表水體接近，則該水體很可能是污染源。2.識別水巖相互作用：水與巖石/礦物相互作用（如溶解、沉淀、吸附-解吸）通常伴隨著同位素分餾。通過分析同位素比值的變化，可以評估水與周圍介質(zhì)相互作用的程度和性質(zhì)，這對于理解重金屬是源于原生礦物溶解還是后