2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫——地球化學(xué)對廢氣的凈化效果考試時間：______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.下列哪個地球化學(xué)原理最能解釋煙氣中SO?被濕法洗滌塔去除的過程？A.化學(xué)侵蝕作用B.分子擴散作用C.溶解-沉淀平衡D.生物風(fēng)化作用2.在煙氣脫硝過程中，選擇性催化還原（SCR）技術(shù)利用氨（NH?）在催化劑表面將NOx還原為N?。此過程的地球化學(xué)驅(qū)動力主要是：A.表面吸附B.氧化還原電位差C.機械過濾D.電化學(xué)沉積3.影響活性炭吸附VOCs效率的主要地球化學(xué)因素之一是：A.污染物的沸點B.污染物在水中的溶解度C.活性炭表面的含氧官能團和微孔結(jié)構(gòu)D.大氣溫度4.某礦物對重金屬氣溶膠具有高度親和力，主要去除機制是表面絡(luò)合。這體現(xiàn)了地球化學(xué)中的：A.沉積作用B.吸附作用C.風(fēng)化作用D.遷移作用5.大氣中的NO?自由基可以通過光化學(xué)反應(yīng)生成，其生成速率受光照強度和大氣中NO?濃度的共同影響。這主要體現(xiàn)了地球化學(xué)過程中的：A.化學(xué)沉淀B.表面吸附C.氧化還原反應(yīng)動力學(xué)D.生物降解6.濕法煙氣脫硫（WFGD）中，提高吸收塔內(nèi)pH值通常能提高SO?的去除率。這利用了地球化學(xué)中的：A.沉積平衡原理B.吸附等溫線原理C.氧化還原反應(yīng)原理D.擴散傳質(zhì)原理7.下列哪種凈化技術(shù)主要利用了污染物在固液界面發(fā)生的沉淀反應(yīng)？A.催化轉(zhuǎn)化技術(shù)B.生物過濾技術(shù)C.濕式scrubbing技術(shù)D.熱力氧化技術(shù)8.對于吸附法凈化廢氣，吸附劑表面能發(fā)生化學(xué)吸附，其驅(qū)動力通常是：A.毛細管凝聚力B.污染物與吸附劑表面原子間的化學(xué)鍵合能C.溶劑化作用D.靜電引力9.地球化學(xué)中的分配系數(shù)（Kd）概念在評價土壤對氣態(tài)污染物吸附效果時具有重要意義。Kd值越大，表示：A.污染物在土壤中溶解度越小B.污染物越容易揮發(fā)進入大氣C.土壤對污染物的吸附能力越強D.污染物在土壤空氣相中的分壓越高10.在評估某種礦物作為廢氣凈化吸附劑時，考察其循環(huán)使用性能是否下降，本質(zhì)上是在關(guān)注其表面地球化學(xué)性質(zhì)的變化。二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在題橫線上）1.地球化學(xué)原理中的________和________理論是理解許多廢氣凈化過程（如吸收、吸附）的基礎(chǔ)。2.常見的廢氣污染物SO?在大氣中可以通過________作用轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，并最終沉降。3.影響廢氣中污染物被固體表面吸附能力的因素包括污染物性質(zhì)、吸附劑表面性質(zhì)以及環(huán)境介質(zhì)的________、________和離子強度。4.選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)中，催化劑的選擇性體現(xiàn)了對特定________反應(yīng)路徑的促進作用。5.氧化還原反應(yīng)在廢氣凈化中扮演重要角色，例如高空中的________可氧化大氣中的VOCs。6.濕法凈化技術(shù)通常涉及氣液兩相間的________傳質(zhì)過程，以及液相內(nèi)部的________傳質(zhì)過程。7.天然礦物如沸石、粘土等因具有發(fā)達的________和特定的表面化學(xué)性質(zhì)，而被用于吸附去除某些氣態(tài)污染物。8.生物地球化學(xué)循環(huán)的概念有助于理解大氣污染物可以通過________途徑進入生物體。9.計算分配系數(shù)Kd需要知道污染物在________中的濃度和在固相（如土壤、吸附劑）中的濃度。10.某些廢氣凈化過程，如濕式氧化，是利用高溫高壓條件促進污染物發(fā)生________反應(yīng)。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述影響煙氣中SO?被水吸收去除效率的主要地球化學(xué)因素。2.解釋吸附法凈化廢氣的基本原理，并簡述影響吸附量的地球化學(xué)因素。3.比較催化轉(zhuǎn)化法和吸附法凈化NOx的地球化學(xué)原理和主要區(qū)別。4.簡述地球化學(xué)中的氧化還原原理在光化學(xué)煙霧形成過程中的作用。四、計算題（每題10分，共20分）1.某濕法洗滌塔處理含SO?的煙氣，入口SO?濃度為1000mg/m3，出口濃度為100mg/m3。假設(shè)洗滌液pH值為4，已知在該pH下SO?在液相中的活度系數(shù)γ_h≈0.4，試估算SO?在氣液兩相間的分配系數(shù)（K_L=γ_h*C_L/C_G，其中C_L和C_G分別為液相和氣相中的摩爾濃度，假設(shè)氣體為理想氣體，R=0.0821L·atm/(mol·K)，T=298K）。請說明計算中隱含的地球化學(xué)假設(shè)。2.已知某活性炭吸附VOCs的過程符合Langmuir等溫線模型，最大吸附量q_m=2.0mmol/g。當VOCs在溶液（或氣相）中的平衡分壓p=0.1atm時，實際吸附量q=1.0mmol/g。試計算該VOCs在該條件下的吸附平衡常數(shù)K_L（Langmuir常數(shù)）。請解釋K_L值大小的地球化學(xué)意義。五、論述題（15分）結(jié)合地球化學(xué)原理，論述利用天然礦物（如沸石、粘土礦物）作為吸附劑凈化特定種類廢氣的優(yōu)勢、局限性以及可能面臨的地球化學(xué)挑戰(zhàn)（例如，吸附劑容量飽和、再生困難、二次污染等），并提出至少一種可能的改進思路或解決方案。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.B5.C6.A7.C8.B9.C10.√二、填空題1.平衡，動力學(xué)2.化學(xué)轉(zhuǎn)化（或大氣化學(xué)反應(yīng)）3.pH，Eh（或氧化還原電位）4.化學(xué)鍵合（或反應(yīng)）5.O?（或臭氧）6.對流，擴散7.微孔結(jié)構(gòu)8.生物地球化學(xué)循環(huán)9.液相（或水相）10.氧化三、簡答題1.答：主要因素包括：①SO?的濃度和分壓；②溫度（通常溫度升高，溶解度降低，去除率降低）；③吸收液pH值（pH升高，SO?轉(zhuǎn)化為HSO??和SO?2?，溶解度增大，去除率提高）；④氧化劑的存在（如溶解氧，可將亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽，提高去除率）；⑤洗滌液流量和接觸時間（接觸時間越長，流量越低，去除率越高）；⑥氣液兩相接觸面積和接觸方式（影響傳質(zhì)效率）。2.答：吸附法原理：利用吸附劑表面與污染物分子間的作用力（如范德華力、化學(xué)鍵合力）將污染物從氣相轉(zhuǎn)移到固相表面。地球化學(xué)因素影響吸附量：①污染物性質(zhì)（極性、分子大小、與吸附劑表面官能團的相互作用）；②吸附劑性質(zhì)（比表面積、孔徑分布、表面化學(xué)組成和酸性/堿性位點）；③環(huán)境條件（溫度、壓力、pH、離子強度，這些因素會影響污染物和吸附劑表面的活性和相互作用）。3.答：催化轉(zhuǎn)化法：利用催化劑表面提供的活性位點，通過改變反應(yīng)路徑，降低活化能，促進NOx在較低溫度下發(fā)生選擇性氧化還原反應(yīng)（如SCR中NO+NH?→N?+H?O，或選擇性非催化還原SNCR中NO+CO/CH?→N?+N?O等）。地球化學(xué)原理：表面催化化學(xué)。主要區(qū)別：①反應(yīng)機理：催化轉(zhuǎn)化側(cè)重表面催化反應(yīng)，吸附法側(cè)重表面吸附與化學(xué)沉淀/表面絡(luò)合；②溫度要求：催化轉(zhuǎn)化對溫度敏感（SCR一般在300-400℃），吸附法可在較寬溫度范圍；③產(chǎn)物：催化轉(zhuǎn)化可能產(chǎn)生N?、NOx、N?O等，吸附法主要是物理吸附或化學(xué)沉淀。4.答：地球化學(xué)中的氧化還原原理是理解光化學(xué)煙霧形成的關(guān)鍵。大氣中的NOx（氮氧化物）和VOCs（揮發(fā)性有機物）在陽光（特別是紫外線）照射下發(fā)生一系列復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)。NOx中的氮元素通常在+5價（如NO??）和+2價（如NO）之間循環(huán)。NO在陽光下被O?氧化為NO?，NO?吸收陽光分解為NO和O(原子態(tài)氧)。O與水蒸氣反應(yīng)生成HO?自由基和O?（臭氧）。HO?和O?是強氧化劑，能迅速與VOCs反應(yīng)，生成PANs（過氧乙酰硝酸酯）、醛類、硝酸等二次污染物。這些二次污染物與NOx等一次污染物混合，在特定氣象條件下（如光化學(xué)煙霧箱效應(yīng)）發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成具有刺激性氣味和刺激眼睛的煙霧狀污染物（如臭氧本身）。整個過程體現(xiàn)了氮、氧、碳等元素在大氣圈中的氧化還原循環(huán)及其對大氣化學(xué)組成的改變。四、計算題1.解：計算分配系數(shù)K_L=γ_h*C_L/C_G。已知：γ_h=0.4，C_G=1000mg/m3，C_A=100mg/m3。首先將SO?濃度從mg/m3轉(zhuǎn)換為mol/m3：摩爾質(zhì)量M(SO?)≈64g/mol=0.064kg/mol。C_G(mol/m3)=1000mg/m3/64g/mol=1.5625mol/m3。C_A(mol/m3)=100mg/m3/64g/mol=1.5625mol/m3。假設(shè)氣體為理想氣體，分壓p=C_G*RT/P?。P?=1atm，R=0.0821L·atm/(mol·K)，T=298K。p=1.5625mol/m3*0.0821L·atm/(mol·K)*298K/1atm≈38.3atm。由于C_A<<C_G，可以近似認為氣相平衡分壓p≈p。K_L≈γ_h*p/C_A=0.4*38.3atm/1.5625mol/m3≈9.8mol/(m3·atm)。計算中隱含的地球化學(xué)假設(shè)：①SO?在液相中的行為符合理想溶液模型（活度系數(shù)γ_h為常數(shù)）；②液相中SO?的濃度遠低于其飽和溶解度，液相體積變化可忽略；③氣相行為符合理想氣體定律；④溶液pH值對SO?形態(tài)分布的影響已通過γ_h考慮，或假設(shè)體系主要存在SO?分子形態(tài)。2.解：根據(jù)Langmuir等溫線模型，C_A/q_e=1/q_m*K_L+C_A/q_m。其中，C_A=p/P?*R*T，已知p=0.1atm，R=0.0821L·atm/(mol·K)，T=298K，P?=1atm。C_A=0.1atm*0.0821L·atm/(mol·K)*298K/1atm≈2.46L·atm/mol=0.253mol/m3。已知q_m=2.0mmol/g=0.002mol/g=2000mol/m3，q_e=1.0mmol/g=0.001mol/g=1000mol/m3。代入數(shù)據(jù)：0.253mol/m3/1000mol/m3=1/2000mol/m3*K_L+0.253mol/m3/2000mol/m3。0.000253=(1/2000)*K_L+0.0001265。0.000253-0.0001265=(1/2000)*K_L。0.0001265=(1/2000)*K_L。K_L=0.0001265*2000mol/m3=0.253mol/m3。K_L值大小的地球化學(xué)意義：K_L是衡量吸附劑與污染物之間結(jié)合緊密程度和吸附能力的重要參數(shù)。K_L值越大，表示在相同的污染物平衡濃度下，吸附劑表面吸附的污染物量越多，即吸附劑對污染物的選擇性吸附能力越強，或者吸附劑與污染物之間的相互作用力越強。五、論述題答：利用天然礦物吸附劑凈化廢氣具有來源廣泛、成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)勢。許多天然礦物（如沸石、粘土、蒙脫石、蛭石、粘土礦物等）具有發(fā)達的比表面積、豐富的孔道結(jié)構(gòu)和表面含氧官能團，能夠通過物理吸附（范德華力）和化學(xué)吸附（表面絡(luò)合、離子交換、沉淀）等多種機制有效吸附空氣中的有害氣體（如VOCs、氨氣、硫化氫、汞蒸氣等）。例如，沸石的規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)對特定尺寸和極性的分子具有選擇性吸附能力；粘土礦物則因其較大的比表面積和可交換的表面陽離子而具有良好的吸附性能。然而，天然礦物吸附劑也存在一些局限性和地球化學(xué)挑戰(zhàn)：①吸附容量有限：由于礦物表面性質(zhì)和孔結(jié)構(gòu)的限制，其單位質(zhì)量所能吸附的污染物量（飽和吸附量）通常不高，需要處理大量污染物時需消耗較多吸附劑。②吸附選擇性不高：多數(shù)天然礦物對多種污染物可能同時具有吸附作用，難以實現(xiàn)對特定污染物的精準去除。③再生困難或成本高：吸附飽和后的礦物吸附劑若要重復(fù)使用，往往需要高溫焙燒、酸堿洗滌等再生過程，這些過程可能破壞礦物結(jié)構(gòu)，增加能耗和二次污染風(fēng)險。④礦物穩(wěn)定性問題：某些礦物在酸性或堿性環(huán)境中可能發(fā)生溶解或結(jié)構(gòu)崩塌，影響其吸附性能和壽命。⑤可能存在二次污染：吸附飽和的礦物若處理不當，其中的重金屬或其他有害成分可能釋放出來，造成二次污染。⑥吸附動力學(xué)可能較慢：部分污染物在礦物表面的吸附過程可能受擴散或表面反應(yīng)控制，導(dǎo)致吸附速率不夠快，尤其是在處理高濃度或大風(fēng)量廢氣時。為克服這些挑戰(zhàn)，可以提出以下改進思路或解決方案：①礦物改性：通過離子交換、表面接枝、酸堿處理、焙燒活化等方法，引入特定的官能團或改變表面性質(zhì)，以提高吸附劑的比表面積、選擇性、熱穩(wěn)定性和再生性能。例如，用模板劑合成具有特定孔道結(jié)構(gòu)的介孔沸石，或用金屬離子改性粘土以增強對重金屬離子的吸附。②復(fù)合材