史上水文地球化学重点习题

水文地球化学 一、名词解释每题3 分共21 分 1 、BOD指用微生物降解水中有机物过程中所消耗的氧量以 mg/L 为单 位。 2 、 脱硫酸作用 在缺氧和有脱硫酸菌存在的情况下 SO42- 被还原成H2S 或S2-的过程。 3 、同离子效应一种矿物溶解于水溶液如若水溶液中有与矿物溶解相同 的离子 则这种矿物的溶解度就会降低 这种现象在化学上称为同离子效应。 4 、降水氢氧稳定同位素的高程效应大气降水中的 18O 和D含量随着海 拔高程的增加而不断下降的现象。 5 、酸性垒当中性或碱性条件转变为弱酸性和酸性条件或在 pH 值急剧降 低的地段所形成的地球化学垒。 6 、水分子的缔合作用由单分子水结合成比较复杂的多分子水而不引起水 的物理化学性质改变的现象。 7 、 硅质水与硅酸水 SiO2 含量大于50mg/L 的水称为硅质水 1.5 分 在阴离子中HSiO3-占阴离子首位按mol%计算的水称为硅酸水1.5 分。 8 、盐效应矿物在纯水中的溶解度低于矿物在高含盐量水中的溶解度这 种含盐量升高而使矿物溶解度增大的现象。 9 、阳离子交替吸附作用在一定条件下岩石颗粒吸附地下水中的某些阳 离子而将其原来吸附的某些阳离子转入水中从而改变了地下水的化学成 分这一作用即为阳离子交替吸附作用。 10、 氧化垒 在还原条件被氧化条件激烈交替的地段上所形成的地球化学垒。 11、 侵蚀性 CO2 当水中游离 CO2 大于平衡CO2 时 水中剩余部分的CO2 对碳酸盐和金属构件等具有侵蚀性这部分即为侵蚀性CO2。 12、TDS指水中溶解组分的总量它包括溶于水中的离子、分子及络合物 但不包括悬浮物和溶解的气体。 13、 硅质水与硅酸水 SiO2 含量大于50mg/L 的水称为硅质水 1.5 分 在阴离子中HSiO3-占阴离子首位按mol%计算的水称为硅酸水1.5 分。 14、 硬度 是以水中Ca2+和Mg2+来量度 其计算方法是以 Ca2+和Mg2+ 的毫克当量总数乘以50以CaCO3 表示其单位为mg/L。 15、活度实际参加化学反应的物质浓度。 16、总溶解固体水中各溶解组分的总和它包括溶解于水中的分 17、电子活度溶液中、电子e-浓度的负对数值。 18、氧化反应在某个反应中某物质失去电子的反应称氧化反应并称该物 质被氧化。 19、高程效应大气降水中的 18O 和 D 值随高度或高程增加而减 少的现象。 20、矿化度溶液中溶解的所有盐类组分的总和。 21、还原作用在某个反应中某物质得到电子的反应称还原反应并 称该物质被还原。 22、Eh 值溶液中某种处于氧化态与处于还原态的物质组成的原电池 的电位差。 23、同位素比值物质中某种元素的两种同位素含量的比值。 24、重金属原子序数大于20 的金属元素。 25、Hydrogeochemistry水文地球化学是水文地质学的一门分支学科它 研究的是地下水质随时空变 化的规律是研究地下水中化学元素迁移、聚集与分散规律的学科。 26、Temperature effect大气降水中的 D 和 O18 值随温度的降低而降 低的现象. 27、Isotopic Fractionation某元素的同位素由于质量差异使其在物理 化学过程中以不同比例分配于不同物质或不同相之间的现象 28、标型元素指能控制地球化学环境的高克拉克值、强迁移的元素。 29、地球化学垒指地壳中在很短距离内元素的迁移强度剧减导致元素 富集的地段 30、水迁移系数指地表水和地下水中元素在单位干涸残渣中的质量与该区 岩石中元素含量之比值。 31、阳离子交替吸附作用指在一定条件下岩石颗粒吸附水中的阳离子 而岩石中一些阳离转入到水 中从而改变了地下水的性质的作用。 32、同离子效应.指某一水溶液中混合了其它溶液由于相同离子的进入 而降低了原有离子活度的现象。 脱硫酸作用 33、脱硫酸作用是指在缺氧条件中在脱硫酸菌的作用下将地下水中或 岩石 中的SO42-还原成H2S、S2-的过程和现象。 34、溶滤作用 溶滤作用是指岩石某些组分与地下水发生作用而进入水的过程它没有破坏 岩石的 结构而只是一些元素进入了水中。 二、填空每题1 分共14 分 1、水对离子化合物具有较强的溶解作用是由于水分子具有较强的 介电 效应所致水的沸点较高是由于水分子间 氢键 的破坏需要较大的能 量。 2、在35下pH=7 的地下水是碱性。在天然水化学成分的综合指标中 体现水的质量指标的有 TDS硬度含盐量或含盐度 , 电导率而表 征水体系氧化还原环境状态的指标有 CODBODTOCEh 。 3、迪拜休克尔公式的使用条件是离子强度小于 0.1 mol/L 而戴维 斯方程的使用条件是离子强度小于 0.5 mol/L 。 4、空气迁移的标型元素主要决定环境的 氧化还原条件而水迁移的标 型元素主要决定环境的 酸碱 条件 5、在氮的化合物中 NO-2NH4+ 可作为地下水近期受到污染的标 志而 NO-3 可作为地下水很早以前受到污染的标志。 6、Fe2+在 酸 性中迁移强而在 碱 性中迁移弱。 7、地球化学垒按成因可分为 机械 垒、物理化学垒、 生物垒 和 复合 垒。 8、 碱度主要决定于水中的 HCO-3 CO2-3 的含量。 硬度是以 Ca2+ Mg2+的毫克当量总数乘以50而暂时硬度是以 HCO-3CO2-3 的 毫克当量总数乘以 50。 9、大气CO2 的13C 平均值是-7 而土壤 CO2 的13C 平均值 是 -25 。 10、标型元素的标型程度取决于元素的克拉克值和 它的迁移能力。 11、弥散作用包括分子扩散对流扩散迁移和 渗透分散。 12、SiO2 和 Na/K 地热温度计适用的温度范围分别为 0250 和 150350 。 13、近代火山型浅部地下热水的水化学类型为SO2-4 SO2-4 Cl- 而 深部地下热水的水化学类型为Cl-HCO-3 。 14、 海水的水化学类型为 Cl-Na 而海成存封水的水化学类型为 Cl-Na -Ca 。 15、酸雨是指pH 值小于 5.65 的降水。 16、氧同位素的国际标准英文缩写为 SMOW 而碳同位素的国际标准 缩写为 PDB 。 17、测定Eh 值采用( 铂 )电极和( 甘汞 )电极。 18、 在碳酸平衡中 pH 小于6.35H2CO3 占优势 pH 在6.35 到10.33 HCO3-占优势pH大于10.33CO32-占优势。 19、一个化学反应A+B = C+D其反应自由能变化Gr10.3 时 HCO-3 占优势1.5 分 4pH10.3 时CO32-占优势1.5 分。 6、水的酸度与pH 值的区别 答酸度是表征水中和强碱能力的指标1 分。它与水中的氢离子浓度并 不是一回事pH 值仅表示呈离子状态的H+数量2 分而酸度则表示 中和过程中可以与强碱进行反应的全部H+数量其中包括原已电离的和将 会电离的部分2 分已电离的H+数量称为离子酸度它与pH 值是一 致1 7、水分析结果是简分析请问从那几方面检查分析数据可靠性。 答 1 阴阳离子平衡的检查 1.5 分 2 碳酸平衡关系的检查 1.5 分 3分析结果中一些计算值的检查1 分4其它检查方法1 分 8、何谓降水氢氧稳定同位素的大陆效应试用蒸发与凝结的机理加以解释 (图示)。 答降水氢氧稳定同位素的大陆效应指大气降水中的18O 和D 含量随着远 离海洋而不断下降的现象2 9、试述潜水的毛细蒸发与土石内部蒸发的区别 答1毛细蒸发指水沿着毛细管上升水份蒸发后盐份积累在毛细 管内使土壤富含盐而形成土壤盐碱地。它使潜水的水位下降但不会使潜 水的矿化度增高。 2土石内部蒸发指水分子直接脱离潜水面而扩散到空气中水份蒸发 后盐份积累在潜水内它不会使土壤富含盐而形成土壤盐碱地。它使潜水 的水位下降同时使潜水的矿化度增高。 10、热力学方法在水文地球化学中有那些应用 答1判断水文地球化学体系反应进行的方向和程度即计算化学反应 的自由能变化和平衡常数 2计算化学反应的热效应即计算化学反应的焓变1 分3计算 氧化还原反应的Eh 值和pH 值1 分4计算和判断地下水中各种化 学组分的存在形式1 分 5 判断矿物与水的溶解或反应状态 即计算浓度积常数或饱和指数 1分 。 11、请用图表示水文地质封闭构造的水化学成分全水平分带正常海相沉 积岩中有还原硫酸盐的有机物存在的含水层 12、如何根据热力学方法判断水文地球化学反应进行的方向与程度 答 在水文地球化学中一般用体系自由能变化G 和反应平衡常数K 来判断 反 应进行的方向和程度。 例如 A+B=C+D当G0 时 反应由右向左自发进行。 当K1 时 反应由左向右程度比较大 K SO4-HCO3 型-SO4-Cl 型-Cl 型水。1 分C东北北部大兴安岭以 HCO3-Ca 型 为主东北平原以HCO3-Na-Ca型为主,低洼盆地以Cl-Na-Ca 型水为主D西 北干旱地区主要以 Cl-Na 型和Cl-SO4-Na 型为主1 分E滨海地区的 狭长地带受海水风扬作用的影响可为 Cl-Na 型水1分 16、阳离子交替吸附作用及其影响因素。 答阳离子交替吸附作用是指在一定条件下岩石颗粒吸附水中的阳离子 而岩石中一些阳离转入到水中 从而改变了地下水的性质的作用。 1分 1 粒的粒度粒度越小交替吸附的能力越大1 分2阳离子的性质阳 离子的电价越高离子半径越小交替吸附能力越强1 分 3阳离子浓度浓度越高交替吸附能力越强1 分 4pH 值pH 值的升高促进吸附作用反之降低。1 分 17、试解释下图的意义。 由图中可知该图表示的是全球大气降水线方程D = 8 18O 10 3分 。 18O 和 D 同位素的大气降水点和赤道海水蒸汽点都有在全球大 气降水线上它们在蒸发和凝结过程中的 18O 和 D 同位素的值都符合全 球大气降水线。分 四、推导题每题 10 分共20 分 1、一供水井井深91.5m含水层为含黄铁矿的绢云母片岩。连续抽水13 个 月 水位下降36.5m, 在这期间 水中SO2-4 浓度在13mg/L 左右 变化不大。 停抽4 个月再次抽水时第一天的水样中SO2-4=1330mg/L Fe2+=365mg/LpH=2.5此后水中的SO2-4 和 Fe 不断降低pH 升 高。试解释这种现象出现的原因。 答据题意所述由于水位下降很大所以形成了一个漏斗区1 分在 漏斗区内原来的含水层变为包气带因此绢云母片岩中的黄铁矿被氧化 其反应式如下2 分2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4停抽期 间水位逐渐恢复使第一次抽水所形成的降落漏斗区又充满水黄铁矿氧 化所产生的SO42-和H+进入水中并溶解FeSO4。结果在漏斗区内形成 一个SO42-、Fe2+及H+浓度高的局部污染晕2 分。再次抽水时这部 分水首先被抽出从而出现第一天水样中SO42-、Fe2+浓度高而pH 低 的现象2 分随着抽水继续原漏斗区外的水流入与漏斗区内的水混合。 因此产生SO42-、Fe2+及H+浓度逐渐降低的现象2 分。这种现象是地 下水中典型的氧化还原过程1 分。 2、已知半反应式SO2-4+9H+8e=HS-+4H2O 的平衡常数K=1033.63 , 试求在25C105Pa 条件下Eh-pH 的关系式法拉第常数 F=96.564KJ/V。 答(1) 求Gr0 3 分 Gr0= -5.71logK= -5.71*(33.63)= -192.03 (2) 求Eh0 3 分 Eh0= -Gr0/(NF)= 192.03/(8*96.564)=0.2486(v) (3) 求Eh- pH 的关系式3 分 Eh= Eh0+(0.0591/N)log SO42- H+9/ HS- =0.2486+(0.0591/8)log SO42-/ HS-+(0.0591/8)log H+9 =0.2486+0.0074 log SO42-/ HS-0.0665pH (4) 若SO42-/ HS-=1 1 分则 Eh=0.2486-0.0665pH 3、某一深层砂岩含水层的地下水化学成分为mg/LK+=18Na+=390 Ca2+=41Mg2+=60HCO-3=210SO2-4=670pH=8.1。由于过量开采地 下水位降幅很大。为保持稳定供水量以井灌方式进行人工补给补给水源 来自湖水发草绿色含有机质。结果观测井中检查出H2S人工补给前 未检出试述出现H2S 的原因发生何种反应HCO-3 及pH将升高或降低 五.论述题15 分 4、水分析结果是简分析请问如何检查分析数据可靠性。 答1阴阳离子平衡的检查3 分 E= mc- ma / mc+ ma *100% 式中 E 为相对误差 % mc 及 ma 分别为阳离子及阴离子的毫克当量总数/升。如Na+和K+为 实测值E 应小于5%如Na+和K+为计算值E 应为零值或接近零值。 2碳酸平衡关系的检查3 分 当 pH8.34 时分析结果 中不应出现H2CO3。 如果水分析结果不符合上述情况 说明pH 或CO32 和 H2CO3 的测定有问题。 3分析结果中一些计算值的检查6 分 A、TDS如果TDS 是计算值应检查其数值是否减去1/2HCO3-。 B、 Na+K+值如果Na+K+为计算值其计算方法是阴离子毫克 当量总数-Ca2+Mg2+毫克当量总数=Na+K+毫克当 量总数Na+K+毫克当量总数25=Na+和K+mg/L。 C、硬度硬度是计算值其数值应按下列方法检查 Ca2+Mg2+ 毫 克当量总数50=硬度CaCO3mg/L。 D、TDS 实测值与TDS 计算值之差如果分析结果中有实测的TDS 值应 求得TDS 的计算值以检查TDS 实测值的可靠性。 4其它检查方法3 分A. 在一般地下水中Na+总是大于K+ 如果 出现反常的情况 分析结果值得怀疑。 B. 地下水中K+ 或 Na+K+一般都 不会出现零值如出现此情况可认为是分析的错误。 5、试述地下水的水文地球化学分类方法。 答 1地下水水文地球化学