2025年大學《地球化學》專業(yè)題庫——地球化學在水資源調(diào)查中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)。）1.在地下水系統(tǒng)中，下列哪一項通常不是其主要離子來源？A.巖石和土壤的風化B.大氣降水C.生物活動D.地下深處的高溫高壓變質(zhì)作用2.當?shù)叵滤蠬CO??的濃度遠大于SO?2?，且Ca2?濃度也相對較高時，其水化學類型可能為？A.Cl-SO?-Ca·Mg型B.SO?-HCO?-Ca型C.Cl-HCO?-Na型D.HCO?-Cl-Na型3.水溶液中pH值主要取決于？A.陽離子的總濃度B.陰離子的總濃度C.溶解氧的含量D.氫離子（H?）的濃度4.下列哪種地球化學方法常用于判斷地下水的補給來源？A.水化學組分三角圖B.穩(wěn)定同位素（δD,δ1?O）分析C.水文地質(zhì)參數(shù)計算D.地球物理探測5.水與礦物發(fā)生接觸時，如果水中某種陽離子（如Ca2?）的濃度超過該礦物的飽和指數(shù)，則可能發(fā)生？A.礦物溶解B.礦物沉淀C.離子交換D.氧化還原反應6.在地下水污染調(diào)查中，識別污染來源的重要依據(jù)之一是？A.水化學類型的空間分布B.水溫的季節(jié)變化C.地下水位的垂直變化D.降水量的年際變化7.Gibbs圖主要用于？A.判斷地下水的補給來源B.估算水-巖相互作用程度C.預測地下水污染范圍D.評價地下水的飲用安全性8.某地區(qū)地下水中Cl?、Na?含量很高，而其他離子含量相對較低，且水色呈微咸，這種水化學特征最可能與下列哪種環(huán)境有關？A.強酸性森林土壤環(huán)境B.堿性黃土環(huán)境C.海水入侵或鹽湖附近環(huán)境D.礦床水環(huán)境9.利用地球化學模型（如PHREEQC）可以模擬預測？A.地下水的流動路徑B.水化學成分在時間和空間上的變化C.地下水位的動態(tài)變化D.地下水對周圍環(huán)境的宏觀影響10.在評價地下水作為飲用水源時，地球化學方法主要關注？A.地下水的儲存量B.地下水位的動態(tài)變化C.水中化學成分的組成、來源及其對人體健康的影響D.地下水對地表景觀的影響二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在題中的橫線上。）1.地下水化學成分的來源主要包括______、______和______三大方面。2.地下水水化學類型通常根據(jù)水中______和______的主要離子種類和含量進行劃分。3.水的離子積（Kw）是衡量水溶液______的重要指標，其表達式為______。4.穩(wěn)定同位素地球化學方法在水資源調(diào)查中可用于______、______和______等方面。5.水與礦物相互作用的主要過程包括______、______、______和______。6.地下水污染地球化學調(diào)查中，判斷污染物遷移路徑和范圍的重要方法是______。7.地球化學找水方法常利用地下水中某些指示礦物（如______）的存在或異常含量來進行。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述水化學成分的主要來源及其對地下水水質(zhì)的影響。2.簡述水-巖相互作用對地下水化學成分演化的主要影響機制。3.簡述利用地球化學方法判斷地下水污染來源的基本思路。4.簡述穩(wěn)定同位素在判斷地下水補給來源方面的應用原理。四、計算題（每題10分，共20分。請列出計算步驟，得出結果。）1.某地下水中測得主要離子濃度為：Ca2?=80mg/L,Mg2?=30mg/L,Na?=20mg/L,K?=5mg/L,HCO??=180mg/L,SO?2?=50mg/L,Cl?=70mg/L,CO?=2mg/L。假設水的密度為1g/cm3，計算該水的pH值。（提示：可利用簡化的質(zhì)子條件方程式，并假設HCO??是主要的堿度組分）。2.假設某地下水中主要陽離子為Ca2?(0.01mol/L)和Na?(0.001mol/L)，主要陰離子為HCO??(0.02mol/L)和SO?2?(0.005mol/L)。已知在該溫度下，方解石（CaCO?）的Ksp=10??.?，白云石（CaMg(CO?)?）的Ksp=10??.?。請判斷在該地下水中，方解石和白云石是否會沉淀？（要求列出沉淀判據(jù)的計算過程）。五、論述題（10分。請結合所學知識，全面論述地球化學方法在保障飲用水安全方面的作用。）試卷答案一、選擇題1.D2.B3.D4.B5.B6.A7.B8.C9.B10.C二、填空題1.巖石和土壤的風化，大氣降水，生物活動2.陽離子，陰離子3.酸堿性，[H?][OH?]=10?1?(或Kw=[H?][OH?])4.判斷地下水補給來源，評價水循環(huán)過程，追溯水歷史5.溶解，沉淀，吸附-解吸，離子交換6.水化學場法（或地球化學背景值法）7.石英三、簡答題1.簡述水化學成分的主要來源及其對地下水水質(zhì)的影響。解析思路：首先列舉主要來源：巖石風化（影響離子種類和濃度，一般含量較高）、大氣降水（主要提供H?、OH?、CO?、Cl?、HCO??等，影響初始化學特征）、生物活動（釋放或消耗某些離子，如CO?、HCO??、NH??等）。然后分別說明各來源對水質(zhì)的影響：巖石風化使地下水富含礦物質(zhì)，TDS（總?cè)芙夤腆w）通常較高；大氣降水本身偏中性或弱酸性，是地下水化學的初始背景；生物活動可改變水的酸堿度、氧化還原條件及某些離子含量，可能形成特殊的水化學類型（如HCO?-Na型）。2.簡述水-巖相互作用對地下水化學成分演化的主要影響機制。解析思路：核心是水與礦物（包括巖屑、土壤、含水層骨架中的礦物）發(fā)生物理化學過程。主要機制包括：①溶解作用：水溶解可溶礦物（如碳酸鹽、鹽類），使離子進入水中，導致水中離子濃度增加，TDS升高，pH變化（如碳酸鹽溶解使pH升高）；②沉淀作用：水中離子達到飽和，形成難溶礦物沉淀（如CaCO?），使水中相應離子濃度降低，TDS可能降低或不變，pH也可能變化；③吸附-解吸作用：水中的離子被礦物表面吸附，或礦物表面的離子被置換進入水中，影響水中離子組成和濃度；④離子交換作用：一種陽離子（如Ca2?）取代礦物表面另一種陽離子（如Na?），反之亦然，改變水與礦物雙方的離子組成。這些過程共同作用，決定了地下水化學成分沿流路徑的演化趨勢。3.簡述利用地球化學方法判斷地下水污染來源的基本思路。解析思路：核心是比較。首先確定未受污染的地下水化學背景值（天然水質(zhì)）；然后分析污染羽中各點位的地下水化學特征；通過對比，尋找異常變化。主要方法包括：①水化學類型對比：污染羽的化學類型是否偏離背景水化學類型？②離子比值對比：某些離子對（如Na?/Cl?，Ca2?/Mg2?，SO?2?/HCO??）的比值是否發(fā)生顯著變化，指示特定的污染源（如海水入侵、硫酸鹽型礦業(yè)污染）；③元素地球化學特征對比：某些指示礦物（如石英、磷灰石）的溶解導致的元素異常（如Si,P），或特定污染物（如重金屬）的濃度和形態(tài)是否與已知污染源吻合；④穩(wěn)定同位素對比：δD,δ1?O,δ13C,δ1?N等同位素比值的變化是否指示了不同的補給來源或水-巖/水-氣交換過程，從而幫助追溯污染源。4.簡述穩(wěn)定同位素在判斷地下水補給來源方面的應用原理。解析思路：基于水分子中氫和氧同位素（1H,2H即D；1?O,1?O）在自然過程中（如蒸發(fā)、降水、水汽輸送、降水再蒸發(fā)、水-巖/水-氣交換）分餾作用的規(guī)律性差異。不同來源的水（如不同季節(jié)的降水、不同深度的地下水、不同流域的地表水）具有不同的同位素組成（即δ值）。通過測定地下水中δD和δ1?O值，并與當?shù)卮髿饨邓€（APWL）或當?shù)亟邓?地表水同位素組成進行對比，可以推斷地下水的補給來源：例如，δ值高于當?shù)亟邓砻鹘?jīng)歷了晚期蒸發(fā)濃縮或來自深層循環(huán)；δ值低于當?shù)亟邓砻骺赡軄碜员ㄈ谒蛟缙诮邓?；通過與不同時間段降水同位素特征的對比，可以區(qū)分不同時期的補給貢獻。四、計算題1.計算該地下水的pH值。解析思路：采用簡化的質(zhì)子條件方程式（PCE）。PCE=Σ(Ni*zi)-Σ(Nj*zj)+[H?]-[OH?]。由于假設水為中性至弱堿性，且HCO??為主要堿度組分，可近似認為[H?]≈[OH?]，方程簡化為：[H?]≈Σ(Ni*zi)-Σ(Nj*zj)。將各離子濃度換算為摩爾濃度（mg/L÷1000÷摩爾質(zhì)量）并考慮電荷數(shù)：Ca2?(80/100.1)*2,Mg2?(30/24.3)*2,Na?(20/23)*1,K?(5/39)*1,HCO??(180/61)*1,SO?2?(50/96)*2,Cl?(70/35.5)*1。代入計算[H?]的近似值，再取負對數(shù)得到pH。（注意：實際計算中需考慮CO?分壓，此處按簡化處理）。2.判斷在該地下水中，方解石和白云石是否會沉淀。解析思路：計算地下水中Ca2?的濃度（摩爾濃度）為0.01mol/L。計算Ca2?在水中與HCO??平衡時的濃度乘積（即Ca(HCO?)?的活度積近似值，假設活度系數(shù)接近1）：Ca2?*(HCO??)2≈0.01*(0.02)2=4*10??。將此值與方解石（CaCO?）的溶度積Ksp(=10??.3=5*10??)和白云石（CaMg(CO?)?）的溶度積Ksp(=10??.?)進行比較。若計算值>Ksp，則沉淀；若計算值<Ksp，則不沉淀。對方解石：4*10??>5*10??，故會沉淀。對白云石，雖然Ca2?濃度較低，但需考慮Mg2?的影響，但此題簡化為只考慮Ca2?與HCO??的平衡，按此計算白云石的Ca2?濃度要求更高，計算值遠小于Ksp，故不會沉淀。（注：嚴格計算需考慮所有離子活度及活度系數(shù)，此處為簡化判斷）。五、論述題結合所學知識，全面論述地球化學方法在保障飲用水安全方面的作用。解析思路：從地球化學的視角，保障飲用水安全涉及水源地的水質(zhì)保護、取水點的水質(zhì)監(jiān)測和評價。具體作用體現(xiàn)在：1.水源地水質(zhì)背景調(diào)查與評價：利用地球化學方法（水化學分析、地球化學背景值研究）調(diào)查區(qū)域地下水和地表水的天然化學特征，識別本底值，為判斷后續(xù)水質(zhì)變化是否由人類活動引起提供基準。通過分析水-巖相互作用過程，預測天然狀態(tài)下可能存在的潛在污染物（如某些礦床區(qū)域的水可能富含重金屬或氟化物）。2.污染識別與來源追蹤：當發(fā)現(xiàn)飲用水質(zhì)異常時，地球化學方法是識別污染物的關鍵。通過水化學特征（離子比值、元素異常、同位素組成）對比背景值，可以判斷是天然背景升高還是人為污染，并追蹤污染物的來源（如工業(yè)廢水排放、農(nóng)業(yè)面源污染、垃圾滲濾、地下水污染羽的擴展方向和來源區(qū)）。3.水處理工藝效果評估：地球化學原理有助于理解和優(yōu)化水處理工藝。例如，混凝沉淀主要去除無機懸浮物和部分溶解性無機物（通過水解沉淀），過濾主要去除懸浮物，而活性炭吸附則對有機物和某些溶解性無機物（如砷、放射性物質(zhì)）有效。地球化學分析可以監(jiān)測處理過程中目標污染物濃度的變化，評估各處理單元的作用。4.飲用水標準制定依據(jù)：某些飲用水標準限值（如氟化物、砷、硒等）的設定，部分是基于對人體健康的風險評估，而這些風險評估往往依賴于地球化學對污染物在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的認識以及人體吸收、代謝和毒理效應的研究。5.飲用水可持續(xù)性管理：地球化