2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫——地球化學(xué)原理在土壤改性修復(fù)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在土壤環(huán)境中，某重金屬元素主要以氫氧化物或硫化物形態(tài)存在，表明其有效態(tài)（生物可利用性）通常較低。這主要與土壤的哪種地球化學(xué)性質(zhì)有關(guān)？A.高pH值B.高氧化還原電位（Eh）C.高有機(jī)質(zhì)含量D.高離子強(qiáng)度2.利用化學(xué)浸提劑將土壤中的重金屬?gòu)墓滔噢D(zhuǎn)移到液相的修復(fù)技術(shù)，其核心依據(jù)是地球化學(xué)中的哪個(gè)原理？A.化學(xué)平衡原理B.大氣圈-水圈-巖石圈相互作用原理C.同位素分餾原理D.地球化學(xué)循環(huán)原理3.土壤中有機(jī)質(zhì)含量增加通常會(huì)提高某些重金屬（如鎘、鉛）的有效態(tài)，主要是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)與重金屬形成了哪種類型的絡(luò)合物？A.陽離子交換復(fù)合物B.氧化還原復(fù)合物C.酸性水解復(fù)合物D.絡(luò)合-沉淀復(fù)合物4.某土壤修復(fù)技術(shù)通過引入特定的微生物，利用微生物的新陳代謝活動(dòng)將有毒重金屬轉(zhuǎn)化為毒性較低的形態(tài)。該技術(shù)主要利用了土壤的哪種地球化學(xué)過程？A.物理風(fēng)化B.化學(xué)風(fēng)化C.生物地球化學(xué)循環(huán)D.地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)5.土壤pH值的變化會(huì)顯著影響土壤中鋁、鐵、錳氧化物的溶解度，進(jìn)而影響重金屬的固定或釋放。這體現(xiàn)了地球化學(xué)中的哪個(gè)原理？A.溶度積原理B.活度系數(shù)原理C.酸堿平衡原理D.配位平衡原理6.在進(jìn)行土壤修復(fù)效果評(píng)價(jià)時(shí)，測(cè)定土壤中重金屬的總量通常不能直接反映其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，而需要關(guān)注其有效態(tài)或生物可利用量。這主要基于地球化學(xué)中的哪個(gè)概念？A.元素豐度B.相對(duì)地球化學(xué)背景C.生物有效性D.礦物相分配7.同位素地球化學(xué)技術(shù)在土壤修復(fù)監(jiān)測(cè)中可用于追蹤污染物的遷移路徑或修復(fù)效率。例如，使用穩(wěn)定同位素示蹤劑可以判斷土壤中某種元素的來源。這主要利用了同位素的哪個(gè)特性？A.質(zhì)量不同但化學(xué)性質(zhì)相同B.放射性衰變規(guī)律C.在地球化學(xué)循環(huán)中具有不同的分餾效應(yīng)D.無法在自然界中找到8.某土壤修復(fù)技術(shù)通過添加堿性物質(zhì)（如石灰）來提高土壤pH值，從而促進(jìn)重金屬形成氫氧化物沉淀而被固定。該技術(shù)的地球化學(xué)原理主要是利用了重金屬氫氧化物的哪種性質(zhì)？A.高溶解度B.低溶解度（難溶性）C.強(qiáng)酸性D.強(qiáng)堿性9.土壤中的碳酸鹽會(huì)與酸性浸提劑發(fā)生反應(yīng)，消耗酸度。這種反應(yīng)會(huì)直接影響酸性浸提劑對(duì)土壤中其他元素（如重金屬）的浸提效率。這體現(xiàn)了地球化學(xué)中的哪個(gè)原理？A.酸堿中和反應(yīng)原理B.沉淀-溶解平衡原理C.絡(luò)合反應(yīng)原理D.離子交換原理10.某地區(qū)土壤重金屬污染嚴(yán)重，土壤pH值較低。初步的地球化學(xué)評(píng)估表明，土壤中的鐵錳氧化物含量不高。根據(jù)這些信息，選擇化學(xué)沉淀法進(jìn)行修復(fù)時(shí)需要特別注意什么？A.投加的調(diào)理劑必須是強(qiáng)酸性的B.可能需要預(yù)先增加土壤中的鐵錳氧化物含量以提高沉淀效率C.污染物主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)存在，不易沉淀D.修復(fù)過程不會(huì)引起二次污染二、填空題（每空1分，共15分）1.土壤中的元素存在多種存在形態(tài)，如______態(tài)、______態(tài)和______態(tài)，它們的環(huán)境行為和生物有效性差異很大。2.根據(jù)地球化學(xué)原理，土壤修復(fù)的化學(xué)固定方法主要利用了某些污染物向______相轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。3.土壤有機(jī)質(zhì)可以通過______作用、______作用和______作用等途徑影響重金屬的有效態(tài)。4.土壤氧化還原電位（Eh）是影響土壤中許多元素（如鐵、錳、碳、硫）______狀態(tài)和遷移行為的重要地球化學(xué)參數(shù)。5.利用化學(xué)浸提技術(shù)修復(fù)重金屬污染土壤時(shí)，選擇合適的浸提劑需要考慮其______、______和______等因素。6.同位素地球化學(xué)方法在土壤修復(fù)中的應(yīng)用主要包括______、______和______等方面。7.土壤改良劑（如磷灰石、沸石）用于修復(fù)重金屬污染時(shí)，其作用機(jī)制可能包括______、______和______等。三、名詞解釋（每題3分，共12分）1.有效態(tài)（生物可利用態(tài)）2.地球化學(xué)背景值3.礦物相分配4.生物地球化學(xué)循環(huán)四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述pH值如何影響土壤中重金屬的溶解、遷移和固定。2.簡(jiǎn)述絡(luò)合作用在土壤化學(xué)浸提修復(fù)重金屬污染中的應(yīng)用原理。3.簡(jiǎn)述氧化還原電位（Eh）對(duì)土壤中重金屬形態(tài)和遷移的影響。4.簡(jiǎn)述土壤地球化學(xué)評(píng)估在制定土壤修復(fù)策略中的作用。五、論述題（每題10分，共20分）1.論述生物地球化學(xué)循環(huán)原理在土壤修復(fù)生物技術(shù)（如植物修復(fù)、微生物修復(fù)）中的應(yīng)用。2.選擇一種土壤改性修復(fù)技術(shù)（如磷灰石固定、沸石吸附、石灰中和等），詳細(xì)闡述其地球化學(xué)作用機(jī)制、適用條件及可能存在的局限性。---試卷答案一、選擇題1.B2.A3.D4.C5.C6.C7.A8.B9.A10.B二、填空題1.溶解固定礦物結(jié)合2.固定3.淋溶吸附沉淀4.化合5.選擇性強(qiáng)度成本6.污染源追蹤遷移路徑示蹤修復(fù)效率評(píng)估7.離子交換吸附沉淀三、名詞解釋1.有效態(tài)（生物可利用態(tài)）：指土壤中能夠被植物、微生物吸收利用或進(jìn)入食物鏈的元素或化合物的形態(tài)和含量。2.地球化學(xué)背景值：指在不受人為活動(dòng)顯著影響的自然狀態(tài)下，某區(qū)域土壤中元素的含量或分布特征，常作為判斷土壤環(huán)境質(zhì)量的基礎(chǔ)。3.礦物相分配：指土壤中元素或污染物在各種礦物組分（如粘土礦物、氧化物、硫化物、碳酸鹽等）中的分布比例。4.生物地球化學(xué)循環(huán)：指化學(xué)元素在生物圈、巖石圈、水圈和大氣圈之間進(jìn)行遷移和轉(zhuǎn)化的過程。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述pH值如何影響土壤中重金屬的溶解、遷移和固定。答：pH值通過影響土壤溶液中氫離子（H+）和氫氧根離子（OH-）的濃度，進(jìn)而影響重金屬的溶解、遷移和固定。通常，pH升高，土壤溶液中OH-濃度增加，有利于重金屬形成溶解度較低的氫氧化物或碳酸鹽沉淀，從而被固定在固相，降低其溶解態(tài)和遷移性，減少生物有效性和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。反之，pH降低，H+濃度增加，會(huì)競(jìng)爭(zhēng)重金屬與固相的結(jié)合位點(diǎn)，并可能形成可溶性重金屬陽離子或螯合物，導(dǎo)致重金屬溶解度增加，更容易遷移，生物有效性和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)增大。此外，pH也影響土壤有機(jī)質(zhì)和礦物對(duì)重金屬的吸附解吸行為。2.簡(jiǎn)述絡(luò)合作用在土壤化學(xué)浸提修復(fù)重金屬污染中的應(yīng)用原理。答：絡(luò)合作用是指某些有機(jī)或無機(jī)配體（絡(luò)合劑）與重金屬離子形成穩(wěn)定、可溶的絡(luò)合物分子的過程。在土壤化學(xué)浸提修復(fù)中，加入的絡(luò)合劑（如EDTA、DTPA等）具有孤對(duì)電子，能夠與土壤固相中吸附或沉淀的重金屬離子（多為過渡金屬離子）提供配位位的官能團(tuán)（如羥基、羧基、氮原子等）發(fā)生配位鍵合，形成水溶性的重金屬絡(luò)合物。該絡(luò)合物具有較高的溶解度，能夠克服重金屬與固相之間的結(jié)合力，將其從固相轉(zhuǎn)移到浸提液中，從而達(dá)到從土壤中浸提出重金屬的目的，實(shí)現(xiàn)修復(fù)。3.簡(jiǎn)述氧化還原電位（Eh）對(duì)土壤中重金屬形態(tài)和遷移的影響。答：氧化還原電位（Eh）是反映土壤環(huán)境氧化還原條件的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它顯著影響土壤中許多元素的價(jià)態(tài)（氧化態(tài)或還原態(tài)）及其存在形態(tài)和遷移行為。不同的Eh值條件下，重金屬元素傾向于以不同的礦物或溶解形態(tài)存在。例如，在較高的Eh（氧化環(huán)境）下，鐵（Fe(III)）、錳（Mn(IV)）等常以氧化物或氫氧化物形式存在，而砷（As(V)）、鉻（Cr(VI)）等也傾向于以高價(jià)態(tài)存在且遷移性相對(duì)較強(qiáng)。在較低的Eh（還原環(huán)境）下，鐵（Fe(II)）、錳（Mn(II)）常以可溶性離子或亞鐵/亞錳硫化物等形式存在，此時(shí)，一些通常以高價(jià)態(tài)存在的污染物（如Cr(VI)可能被還原為Cr(III)）形態(tài)和遷移性會(huì)顯著降低，而另一些污染物（如U(VI)可能被還原為U(IV)）則可能具有更高的遷移性。因此，Eh是影響重金屬能否有效遷移、轉(zhuǎn)化和固定的重要因素。4.簡(jiǎn)述土壤地球化學(xué)評(píng)估在制定土壤修復(fù)策略中的作用。答：土壤地球化學(xué)評(píng)估是制定科學(xué)有效的土壤修復(fù)策略的基礎(chǔ)和前提。其作用主要體現(xiàn)在：①確定污染物的種類、來源和空間分布特征，為制定有針對(duì)性的修復(fù)方案提供依據(jù)；②評(píng)估污染物的地球化學(xué)行為（如形態(tài)、礦物相分配、遷移轉(zhuǎn)化途徑、生物有效性等），預(yù)測(cè)污染物在修復(fù)過程中的動(dòng)態(tài)變化，指導(dǎo)修復(fù)技術(shù)的選擇和參數(shù)優(yōu)化；③評(píng)價(jià)土壤環(huán)境容量和修復(fù)難度，設(shè)定合理的修復(fù)目標(biāo)值；④為修復(fù)效果監(jiān)測(cè)提供地球化學(xué)指標(biāo)和方法，評(píng)估修復(fù)成效和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)降低程度；⑤識(shí)別和評(píng)估修復(fù)過程可能帶來的二次污染風(fēng)險(xiǎn)，如重金屬?gòu)墓滔嘞蛞合嗟慕觥⒏碑a(chǎn)物生成等，確保修復(fù)過程的可持續(xù)性和安全性。五、論述題1.論述生物地球化學(xué)循環(huán)原理在土壤修復(fù)生物技術(shù)（如植物修復(fù)、微生物修復(fù)）中的應(yīng)用。答：生物地球化學(xué)循環(huán)原理指化學(xué)元素在生物圈、非生物圈（巖石圈、水圈、大氣圈）之間進(jìn)行遷移、轉(zhuǎn)化和循環(huán)的過程。該原理在土壤修復(fù)生物技術(shù)中具有核心指導(dǎo)意義。植物修復(fù)（Phytoremediation）利用了生物地球化學(xué)循環(huán)中植物對(duì)特定元素的選擇性吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和富集（生物累積）或轉(zhuǎn)化、揮發(fā)（植物提取/Phytoextraction/Phytoevaporation）等過程。植物根系活動(dòng)（如分泌有機(jī)酸、酶、根際分泌物）會(huì)改變根際微環(huán)境的化學(xué)條件（pH、Eh、氧化還原狀態(tài)），從而影響土壤中元素的溶解、遷移和轉(zhuǎn)化，加速了元素在土壤-植物系統(tǒng)中的生物地球化學(xué)循環(huán)速率，將污染物從環(huán)境介質(zhì)轉(zhuǎn)移到可收獲的植物部分或通過揮發(fā)去除。微生物修復(fù)（MicrobialRemediation）則利用了微生物生命活動(dòng)在生物地球化學(xué)循環(huán)中的作用。微生物通過代謝活動(dòng)（氧化還原反應(yīng)、酶促反應(yīng)等）可以改變土壤中元素的價(jià)態(tài)（如將Cr(VI)還原為毒性較低的Cr(III)）、形態(tài)（如將有機(jī)污染物降解為無機(jī)物）或改變其化學(xué)性質(zhì)（如通過生物吸附固定重金屬），從而加速了污染物在土壤環(huán)境中的生物地球化學(xué)轉(zhuǎn)化和循環(huán)，降低了污染物的毒性和遷移性，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。因此，理解元素的生物地球化學(xué)循環(huán)規(guī)律是設(shè)計(jì)高效植物修復(fù)和微生物修復(fù)方案的關(guān)鍵。2.選擇一種土壤改性修復(fù)技術(shù)（如磷灰石固定、沸石吸附、石灰中和等），詳細(xì)闡述其地球化學(xué)作用機(jī)制、適用條件及可能存在的局限性。(以磷灰石固定為例)答：磷灰石固定技術(shù)是利用磷灰石類礦物（如天然磷灰石、羥基磷灰石或合成磷灰石）作為土壤改良劑，通過離子交換、吸附或沉淀反應(yīng)，將土壤中的可溶性重金屬（特別是鎘、鉛、砷、銻等）捕獲并固定在磷灰石結(jié)構(gòu)中，降低其生物有效性和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。其地球化學(xué)作用機(jī)制主要包括：①離子交換吸附：磷灰石晶格中Ca2?等離子可以被土壤溶液中或礦物表面的重金屬離子（如Cd2?,Pb2?,As3?,Sb3?等）交換出來，進(jìn)入溶液，或者重金屬離子直接與磷灰石表面的非晶質(zhì)部分或缺陷位點(diǎn)的帶電位點(diǎn)發(fā)生靜電吸附。②沉淀反應(yīng)：當(dāng)土壤溶液中重金屬離子濃度較高或pH、Eh條件適宜時(shí)，重金屬離子可能與磷灰石結(jié)構(gòu)中的磷酸根（PO?3?）或羥基發(fā)生沉淀反應(yīng)，形成穩(wěn)定的金屬磷灰石類沉淀物（如Cd?(PO?)?OH,Pb?(PO?)?Cl等）。③類質(zhì)同象替代：重金屬離子（如Mn2?,Fe2?,Co2?,Zn2?等半徑和電價(jià)與Ca2?接近的離子）可以直接進(jìn)入磷灰石的晶格結(jié)構(gòu)，替代Ca2?的位置，形成固溶體。磷灰石固定技術(shù)的適用條件通常包括：①目標(biāo)污染物主要是對(duì)磷灰石具有較強(qiáng)親和力的重金屬，如前述的Cd,Pb,As,Sb等。②土壤pH值不宜過高，因?yàn)楦遬H會(huì)促進(jìn)重金屬形成氫氧化物沉淀，可能優(yōu)先與鐵