海洋物理化学思考题1.doc

海洋物理化学思考题第一章 液态水的结构1、 液态水有哪两种结构模型 一 混合型理论模型 间隙模型 混合模型 闪动簇团模型二 连续体模型2、 “闪动簇团”模型有什么特点？ 不必假设冰Ih结晶的存在，也不必考虑簇团中水分子构成的方式，因而避开了过冷、结冰与流动性等现象所提出的问题“自由”水中的氢键已破裂，分子之间力为偶极-偶极作用和London作用簇团具有闪动的特性3、 用“闪动簇团”模型解释压力和温度对纯水结构的影响。压力：簇团理论：簇团由于具有一定的构型而比它周围“自由”的水体积更大，压力增大，将破坏这些簇团使体积减小温度：簇团的破坏所引起的密度增加和正常热膨胀所引起的密度减小两种因素综合作用的结果。4、 什么是电缩作用？离子与水偶极的局部电荷的相互静电作用把水分子拉近离子周围，使靠近离子附近水的比容变小，即离子周围水的体积缩小了，这种现象称为电缩作用。5、 水的双区模型有几种？6、 什么是溶剂化配位水？7、 什么是非溶剂化配位水？第二章 海水状态方程式1. 什么是海水状态方程式2.海水状态方程式可能的用途3.UNESCO高压海水状态方程式的形式4.UNESCO高压海水状态方程式有什么优点？第三章 海水热力学基础1、 ms与盐度、离子强度的关系；离子强度与盐度的关系。2、 偏摩尔体积与表观摩尔体积的定义，它们之间的关系。第四章 离子水化作用1、 根据连续电解质模型，推导水化焓公式2、 对连续电解质模型的改进工作有哪些？3、 在结构水化模型中，将离子与水的相互作用分成了几个步骤？最后得到的水化焓公式是什么？第五章 海水体系中离子离子相互作用1、 离子雰的概念，离子互吸理论的假设。 由于静电作用力的影响，在中心离子（正离子）周围，距离正离子愈近的地方，正电荷密度愈小，负电荷密度愈大，结果在中心周围大部分的正负电荷相互抵消，但总效果犹如在其周围分布着一个大小相等而符号相反的电荷，我们把这一层电荷所构成的球体称为离子雰。2、 离子雰在中心离子J上引出的电能变化是什么，并据此推导D-H活度系数公式。3、 对D-H公式的修正有哪些？4、 Pitzer理论的特点是什么，对D-H的改进有哪些？优点是什么？v Pitzer理论是半经验式的统计力学理论，其计算活度系数的公式引入了硬球动力效应。v 计算电解质活度系数、渗透系数等热力学性质的公式的形式比较简明和紧凑。v 应用范围非常广，对称价的电解质和非对称价的单电解质，无机的和有机的电解质，混合电解质溶液等的热力学性质都能准确地计算。可以应用于海水微量组分体系。可用于真正的电解质浓溶液，离子强度可以高达6m。第六章 海洋中的络合作用海水化学模型1.什么是海洋化学模型？ 是为研究海洋中发生的地球化学过程与化学作用的关系，进而建立的定性和定量的模型。2.什么是海水化学模型？ 海水中元素存在的化学形式。3.研究海水化学模型有什么意义？ 海水中元素的溶存形式，对其参与海洋中种种地球化学过程时所起的作用，对其在海洋中迁移变化规律的研究，都是必先预知的基本知识。 在海洋无机化学和海水无机资源开发利用研究方面，海水中元素的存在形式也是基础知识。 在海洋有机化学的发展中，海水化学模型中的有机存在形式的研究是其重要推动力之一。 在海水分析化学中，了解海水中元素的溶存形式是进行分析操作的必要前提。因为它直接决定了测定方法的选择。 在海洋污染和防污研究中，海水化学模型是每个研究者必须具备的知识，因为它对污染物的自净能力，污染物的海洋地球化学，及人类活动对海洋环境的影响的研究等均有重要意义。 4.离子对和络合物有什么区别？ 离子对：带相反电荷的离子，彼此之间接近到一定的距离，由库仑作用所形成的缔合物，称为离子对。 络合物：带相反电荷的离子（或中性分子），彼此接近到一定的距离，二者以配位键结合形成的缔合物，称为络合物。5.海水中有机物分布的大致规律是什么？ n 平面分布：各海区不同。通常江河口及沿岸海区因生物生长繁多而含量高n 垂直分布：海表层由于光合作用强烈而高于深层n 季节分布：春季开始上升，夏季最高，秋季降低，冬季最低。6.海水中有机物的来源主要有哪些，有哪些特点？ n 内部来源：n 浮游植物生长排泄n 浮游动物摄食n 海洋动物分泌和排泄n 海洋生物死亡之后自溶和腐解n 外部来源：n 河流和大气降水引入7.金属有机络合物在海洋中有什么作用？n 海水中有机络合物的形成对海水中金属元素存在形式的影响大致有二：（1）对多数痕量元素的存在形式影响不大，例如Cd等。（2）对少量痕量元素，例如Cu，有明显的影响。n 约1/3的有机配位体与Ca、Mg形成有机络合物。n 对多数微量元素，单一氨基酸浓度高达100微克/升时尚不足以与痕量金属明显地发生作用。当有机物的浓度大于510-4（摩尔/升）时，则对海水中多数微量元素存在形式的分配有影响。n 海水中无机和有机络合物的形成是依赖和制约的。例如若总铜浓度增加100倍，则其他金属离子的柠檬酸盐络合物的浓度降低10倍。 8.什么是络合容量？ 天然水体所能络合金属的最大限度称为络合容量。9.影响络合容量测定的因素有哪些？ n 不同水样处理方式的不同n 不同测定方法的影响n 参考金属的选择n pH值n 除以上因素，还应考虑其他阳离子的影响。一般说来，在Cu作参考金属时，天然水中Mg、Cu、Zn、Cd、Ni均不影响测定，Pb和Fe（）在超过一定量时有干扰。10.海水和河水化学模型有什么区别？ n 河水中钠、钾、钙、镁、氯离子、硫酸根、总碱度等都比海水中对应值要小得多。n 海水中钠和氯的含量相对而言最高。河水中则是Ca2+和HCO3-的相对含量最高。n 海水中主要离子之间生成一定量的离子对，河水中生成离子对的能力则大为减弱。Ca和Mg各为3%，Na和K皆不生成离子对。对负离子而言，HCO3-，CO32-，SO42-等皆仅1%生成离子对。第七章 海洋中的酸和碱1.酸和碱有哪几种定义？ 一 Arrehenius定义：解离时所生成的正离子全部是H+的化合物叫酸；所生成的负离子全部是OH-的化合物叫碱。二 Brfnsted质子酸碱定义：酸是能够把质子给予其他物质的任何物质（质子的给予体），碱是能够从其他物质接受质子的任何物质（质子的接受体）。三 Lewis电子酸碱定义：任何分子、基团或离子，只要含有电子结构未饱和的原子，可以接受外来的电子对，就称之为酸（电子接受体）；凡含有可以给予电子对的分子、基团或离子皆称之为碱（电子给予体）。四 分子轨道定义（MO）：酸是开始反应时具有空轨道的物种；碱是开始反应时具有双占轨道的物种。2. 海水的pH主要由什么控制？ 海水的pH一般为7.58.2，大洋水pH一般在8.0左右，控制海水pH的因素主要有：1.温度、盐度和压力 温度校正：pHw=pHm+（tm-tw) (通常为0.0113） 压力校正：pHw=pHm-d 其中， 为压力校正系数，d为水深。一般认为水深小于500米不做压力校正。2.影响碳酸盐分量比值的因素 光合作用、生物呼吸及有机体分解、碳酸钙溶解和沉淀，碳酸根与阳离子形成离子对等均会影响碳酸盐系统各分量比值3. 粘土矿物的固液平衡4 缺氧水体中其他弱酸根（如磷酸根、硫氢根等等）3. 什么是碱度，碳酸碱度，硼酸碱度？w 中和单位体积（或重量）海水中弱酸阴离子所需氢离子的量。 mmol/dm3或mmol/kg w 碳酸碱度w 硼酸碱度4. 什么是缓冲容量？ 一个缓冲溶液体系的pH值变化一个单位所需加入酸或碱的量，称为缓冲容量。5.控制海水缓冲能力的因素是什么？控制海水缓冲能力的因素是碳酸盐系统w 碳酸盐体系w 碳酸钙颗粒的固液平衡w 离子对影响w 粘土矿物的固液平衡w 缓冲能力还与硼酸有关w 缺氧水体系6 什么是箱式模型？在研究海洋中元素的分布和迁移变化规律时，可以将研究对象分成一定数量的“部分”，在每一部分中要求所研究的各种性质（质量、温度等）在时间和空间上都是恒定的，规定每一部分称为一个“箱子”。这样，在研究元素的迁移变化规律问题就转化为计算各箱子之间的元素交换问题，而对元素在每个箱子中如何运动将不再追究，从而使问题大为简化。这样的模型称为“箱式模型”。 7.什么是元素的逗留时间？w 某元素以稳定流速向海洋输送时，若将海水中该元素现有总量全部置换出来所需时间，称为逗留时间。8.要会计算元素的逗留时间。9.利用八个基本方程，在已知两个参数的情况下，推导其他参数的值。第八章 海水中的氧化还原反应1.pE的定义2.正常海水的Eh和pE由什么控制？理论值是多少？3.Eh的影响因素是什么？4.缺氧环境的Eh由什么控制？5.Silln模型的基本点第九章 海洋中的沉淀与溶解1.由溶液中因沉淀生成固体步骤如何？ 一从溶液中因沉淀生成固体，一般分为三步： 1 离子或分子相互作用生成簇团 X+X X2 X2+X X3 Xj-1+X Xj（簇团） 核晶过程：Xj+X Xj+1（晶核） 2 物质在晶核上沉积 Xj+X 晶体成长 3 通过成熟过程由微晶生成大晶体2.生成晶核速率公式3.晶体生长的步骤，两种控制生长的理论是什么？ 晶体成长过程为： （1）溶质传递到晶体界面 （2）溶质在界面吸附 （3）晶体成分进入晶格 晶体成长动力学理论主要有两点： （）扩散控制的成长 （）界面控制的成长 4.碳酸钙的溶解和沉淀对二氧化碳系统各分量有怎样的影响？ 1 温度、盐度和压力直接影响表观溶度积常数Ksp。 P，t，S，Ksp均，溶解度增大。 所以，Ksp在空间分布比较复杂。 2 垂直分布 低纬度表层海水温度较高，碳酸钙的溶解度低，使方解石和文石均处于过饱和状态。随深度增加，碳酸钙变为不饱和。水深1000米后，影响因素为压力。 3 平面分布 影响因素为温度。极地表层水碳酸钙 的饱和度大于热带。 4 沉淀与溶解对CO2系统分量的影响 CaCO3沉淀时，水体中CO32-浓度，则CO2和Alk 亦相应，pH。 CaCO3溶解时，水体中CO32-浓度，则CO2和Alk亦相应 ，pH 。 5 海洋空间Alk、CO2及CO32-分布不同。 表层水CO32-深层 表层水Alk、CO2深层5.碳酸钙在整个海洋空间是怎样分布的？6.碳酸钙的饱和深度、溶跃面和补偿深度的含义分别是什么？ CaCO3的饱和深度 世界大洋上层水中CaCO3均为过饱和,而深层水往往是不饱和的,由表层的过饱和到深层的不饱和之间,在某一深度上恰好是CaCO3的饱和层,此深度被称为CaCO3 的饱和深度. CaCO3的溶跃层 在CaCO3饱和深度以下（附近）一段深度范围内， CaCO3的溶解速率变化不大，再往深处，一直到某一个深度时， CaCO3的溶解速率才突然增加，这就形成了溶解速率跃层，该层被称为CaCO3的溶跃层（或溶跃面） CaCO3的补偿深度 在CaCO3溶跃层以深的某一深度上， CaCO3的溶解速率恰好与沉淀速率相等，这一层称之为CaCO3的补偿深度。7.碳酸钙在以上三种深度上的饱和情况如何？ CaCO3的饱和深度、溶跃层和补偿深度之间的关系 A 在CaCO3饱和深度以浅， CaCO3是处于过饱和状态，在该深度上CaCO3的颗粒不会发生溶解。 B CaCO3饱和深度以深，尽管在该深度上CaCO3处于不饱和状态，理论上CaCO3应发生溶解，但CaCO3溶解速率很慢。 C 溶跃层以深 颗粒CaCO3迅速被溶解，越往下溶解得越多， CaCO3颗粒越少，到一定