2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫——地球化學(xué)物相相互作用研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)。）1.在一個開放的地球化學(xué)體系中，下列哪項描述是正確的？A.物相數(shù)量可以無限增加B.體系中所有物相的總自由能為零C.自發(fā)反應(yīng)總是導(dǎo)致體系熵變?yōu)樨揇.系統(tǒng)在恒溫恒壓下達到平衡時，吉布斯自由能最小2.對于一個簡單的沉淀-溶解平衡，如AX(s)?A?(aq)+X?(aq)，當(dāng)向溶液中加入與X?同族的離子Y?時，根據(jù)沉淀-溶解平衡原理，下列預(yù)測正確的是？A.溶度積常數(shù)Ksp會增大B.沉淀物的溶解度會增大C.沉淀物的溶解度會減小D.溶度積常數(shù)Ksp會減小，但溶解度不一定變化3.標(biāo)準(zhǔn)電極電位E°是指：A.電極在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下發(fā)生的電位差B.電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極構(gòu)成原電池時的電位差C.電極本身的熱力學(xué)穩(wěn)定性度量D.電極參與反應(yīng)時釋放的總能量4.在一個包含F(xiàn)e2?/Fe3?氧化還原對的體系中，增大體系pH值，通常會使：A.Fe3?的氧化能力增強B.Fe2?的還原性增強C.標(biāo)準(zhǔn)電極電位E°(Fe3?/Fe2?)升高D.氧化還原平衡向右移動（生成更多Fe3?）5.固溶體中，離子發(fā)生類質(zhì)同象置換的主要限制因素是：A.溶度積常數(shù)KspB.離子間的半徑比和電荷比C.溶液pH值D.溫度6.根據(jù)能斯特方程，當(dāng)反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度均處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時，電對的電極電位：A.等于其標(biāo)準(zhǔn)電極電位B.比其標(biāo)準(zhǔn)電極電位高C.比其標(biāo)準(zhǔn)電極電位低D.無法確定7.活度系數(shù)γ的值通常：A.總是等于1B.小于1，表示離子間存在排斥力C.大于1，表示離子間存在吸引力D.隨離子強度增大而單調(diào)變化8.地球化學(xué)中的“穩(wěn)定場”通常指的是：A.某種礦物能夠穩(wěn)定存在的溫度-壓力范圍B.溶液中某種離子能夠穩(wěn)定存在的pH范圍C.某個氧化還原體系能夠穩(wěn)定存在的Eh范圍D.地球內(nèi)部某區(qū)域穩(wěn)定存在的化學(xué)成分9.分配系數(shù)Kd的物理意義是：A.沉淀反應(yīng)平衡常數(shù)B.溶質(zhì)在兩相間分配達到平衡時的摩爾比C.溶質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另一相的速率常數(shù)D.溶度積常數(shù)的溫度系數(shù)10.下列哪種現(xiàn)象主要是由表面吸附引起的？A.礦物在溶液中的溶解度隨離子強度的變化B.溶液pH值對礦物沉淀的影響C.礦物顆粒表面電性的變化D.氧化還原電位對礦物穩(wěn)定性的影響二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上。）1.根據(jù)相律，一個包含C個組分、P個相的體系，在恒溫恒壓條件下，自由度F=。2.某礦物AB的溶度積常數(shù)Ksp=10?1?，則該礦物在純水中的飽和濃度c(A?)=。3.能斯特方程描述了電極電位與之間的關(guān)系。4.在Fe-H?O體系中，當(dāng)Eh升高時，F(xiàn)e2?相對于Fe3?的穩(wěn)定性。5.理想固溶體遵循定律，其混合吉布斯自由能變ΔGmix=。6.影響礦物溶解度的因素包括溫度、壓力、以及。7.活度a的定義是a=γ·c，其中c代表。8.穩(wěn)定場圖通常用于判別體系在特定T-P或T-Eh條件下可能存在的。9.當(dāng)Eh=0時，對于Fe3?/Fe2?氧化還原對，其電化學(xué)平衡常數(shù)K=。10.離子交換吸附是一種交換過程。三、簡答題（每小題5分，共20分。）1.簡述吉布斯自由能變ΔG與化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的關(guān)系。2.解釋什么是活度系數(shù)，并簡述影響活度系數(shù)的主要因素。3.簡述礦物在溶液中沉淀的條件。4.比較氧化還原電位(Eh)和標(biāo)準(zhǔn)電極電位(E°)的區(qū)別。四、計算題（每小題10分，共30分。）1.在25°C時，反應(yīng)2H?O(l)?2H?(aq)+O?(g)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變ΔG°=474.5kJ/mol。計算該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K和水中H?的平衡濃度（假設(shè)O?分壓為0.21atm，水的離子積Kw=10?1?）。2.對于礦物AgI(s)?Ag?(aq)+I?(aq)，其溶度積常數(shù)Ksp=8.5×10?1?。計算：a.AgI在純水中的溶解度（以mol/L表示）。b.若向飽和溶液中添加0.01mol/L的NaI，AgI是否會沉淀？3.在25°C的Fe-H?O體系中，已知反應(yīng)Fe2?(aq)+?O?(g)+2H?(aq)?Fe3?(aq)+H?O(l)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)為K=1.6×1011。計算：a.當(dāng)溶液pH=3時，該反應(yīng)的平衡電位Eh是多少？b.若要使Fe3?開始沉淀為Fe(OH)?（假設(shè)Fe(OH)?的Ksp已知，但此處不必計算），大致的Eh和pH條件應(yīng)如何？五、論述題（10分。）試結(jié)合具體實例，論述物相相互作用（以礦物-流體相互作用為例）在斑巖銅礦成礦過程中所起的作用，并說明如何利用地球化學(xué)原理預(yù)測成礦流體性質(zhì)。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.B5.B6.A7.B8.A9.B10.C二、填空題1.C-P+12.1×10??mol/L3.電極電位與反應(yīng)物/產(chǎn)物活度（或濃度）的對數(shù)4.降低5.理想混合；RTln(x?x?...)（或RTx?lnx?+RTx?lnx?...）6.溶液化學(xué)成分（離子種類和濃度）7.溶液相的摩爾濃度（或質(zhì)量摩爾濃度）8.主要礦物相9.110.陽離子三、簡答題1.當(dāng)ΔG<0時，反應(yīng)自發(fā)進行；當(dāng)ΔG=0時，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；當(dāng)ΔG>0時，反應(yīng)非自發(fā)（正向不能進行，逆向自發(fā)）。2.活度系數(shù)γ是離子在溶液中的實際活度a與理想稀溶液中假設(shè)的活度c（或濃度）的比值（a=γc）。主要影響因素包括離子強度（增大使γ通常減?。囟?、離子電荷和半徑。3.礦物溶解需要滿足熱力學(xué)條件，即反應(yīng)的吉布斯自由能變ΔG≤0。通常需要溶液中某種組分（如H?、OH?或某種絡(luò)合離子）的濃度超過礦物在該條件下的溶解平衡濃度。4.標(biāo)準(zhǔn)電極電位E°是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（所有反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度均為1mol/L或氣體的分壓為1atm，溶液pH=0或水為純水等）電對的電極電位，是一個強度性質(zhì)，與溫度有關(guān)。Eh是指電對在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，其實際電位，是狀態(tài)函數(shù)，與溫度、反應(yīng)物和產(chǎn)物實際濃度/分壓以及pH值有關(guān)。Eh=E°+(RT/nF)ln(Q)，其中Q為反應(yīng)商。四、計算題1.a.K=exp(-ΔG°/RT)=exp(-474500/(8.314×298.15))≈2.1×10???b.c(H?)2×P(O?)/P(H?O)?=K×(P/1)?/P(H?O)?(假設(shè)H?O為純水，P=1atm)c(H?)2×0.21/1?=2.1×10???c(H?)≈√(2.1×10???/0.21)≈9.5×10?2?mol/L(極小值，實際受水自電離限制)由Kw=c(H?)c(OH?)=10?1?，c(OH?)≈1.1×1011?mol/L實際c(H?)≈[Kw/c(OH?)]^0.5≈[10?1?/(9.5×10?2?)]^0.5≈3.5×10?3mol/L（注：此處計算因ΔG°極大，平衡濃度極小，受水自電離限制，實際計算需更嚴(yán)謹(jǐn)處理，但按題目要求給出主要步驟）2.a.Ksp=c(Ag?)×c(I?)c(Ag?)=c(I?)=xx2=8.5×10?1?x=√(8.5×10?1?)≈9.2×10??mol/L溶解度=9.2×10??mol/Lb.在0.01mol/LNaI中，c(I?)=0.01mol/L。設(shè)AgI在此溶液中的溶解度為x'。Ksp=c(Ag?)×c(I?)=x'×0.01x'=Ksp/0.01=8.5×10?1?/0.01=8.5×10?1?mol/L由于x'≈8.5×10?1?mol/L遠小于9.2×10??mol/L（純水中溶解度），因此AgI會沉淀。3.a.Q=[c(Fe3?)/c(Fe2?)]×[c(H?)2]×[P(O?)/P(H?O)]平衡時，Q=K=1.6×1011c(Fe3?)/c(Fe2?)=K/[c(H?)2×(P(O?)/P(H?O))]代入標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下P(O?)=0.21atm,P(H?O)=1atm：c(Fe3?)/c(Fe2?)=1.6×1011/[c(H?)2×0.21]根據(jù)能斯特方程，Eh=E°(Fe3?/Fe2?)+(RT/nF)ln(c(Fe3?)/c(Fe2?))E°(Fe3?/Fe2?)+(0.05916/n)log(c(Fe3?)/c(Fe2?))=EhEh=E°(Fe3?/Fe2?)+(0.05916/n)log(K/(c(H?)2×0.21))對于Fe3?/Fe2?(n=1)，E°≈0.77VEh=0.77+0.05916log(1.6×1011/(c(H?)2×0.21))當(dāng)pH=3,c(H?)=10?3mol/LEh=0.77+0.05916log(1.6×1011/(10??×0.21))Eh=0.77+0.05916log(7.6×101?)Eh≈0.77+0.05916×17.88Eh≈0.77+1.06Eh≈1.83Vb.Fe(OH)?(s)?Fe3?(aq)+3OH?(aq)Ksp(Fe(OH)?)沉淀條件：Q=c(Fe3?)×c(OH?)3≥Ksp(Fe(OH)?)要使Fe3?沉淀，需c(OH?)=[Ksp(Fe(OH)?)/c(Fe3?)]^(1/3)（假設(shè)c(Fe3?)已知或可估計）c(OH?)=Ksp(Fe(OH)?)^(1/3)/c(Fe3?)^(1/3)pOH=-log(c(OH?))=-[1/3log(Ksp(Fe(OH)?))-1/3log(c(Fe3?))]pH=14-pOHpH=14+1/3log(c(Fe3?))-1/3log(Ksp(Fe(OH)?))同時，F(xiàn)e3?的氧化態(tài)穩(wěn)定也需要一定的Eh（通常Eh>E°(Fe3?/Fe2?)≈0.77V）。因此，沉淀Fe(OH)?需要較低的pH和較高的Eh（或較高的c(Fe3?)）。五、論述題礦物-流體相互作用是斑巖銅礦成礦的關(guān)鍵過程。斑巖銅礦化通常發(fā)生在中低溫?zé)嵋涵h(huán)境下，成礦流體（常為富含H?S、Cu、Fe、酸性組分的熱水溶液）從深部巖漿房或地幔源區(qū)向上運移，與圍巖（通常是中酸性侵入巖和圍巖）發(fā)生交代作用。1.成礦元素遷移與富集：在巖漿活動后期或巖漿期后熱液中，Cu、Fe、Mo等成礦元素以絡(luò)合離子（如Cu(SO?)?3?,FeCl??）或分子形式（如H?S）在流體中遷移。流體與圍巖的礦物發(fā)生反應(yīng)，如硫化物（黃鐵礦、方鉛礦）的沉淀，可以消耗流體中的H?、S2?和Cu2?，促使Cu從早期的不穩(wěn)定礦物（如斑巖中的黑云母、角閃石）中溶出，并遷移到更淺的部位。2.沉淀與成礦：當(dāng)成礦流體運移到近地表的構(gòu)造裂隙或蝕變帶中，由于壓力降低、稀釋、pH升高、溫度降低或與其他流體的混合作用，流體化學(xué)條件發(fā)生改變。此時，流體中的Cu、Fe、S等組分達到飽和，發(fā)生沉淀。Cu主要沉淀為斑巖銅礦（黃銅礦），同時伴隨Fe硫化物（如斑巖銅礦中的黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦）和少量貴金屬（如金、銀）的沉淀。這些礦物在構(gòu)造控制的通道中富集成礦體。3.地球化學(xué)原理的應(yīng)用：可以利