2007-2008第一学期水文地球化学期末试卷(A)-参考答案

2007-2008 第一学期水文地球化学期末试卷第一学期水文地球化学期末试卷(A A) 参考答案参考答案 专业： 班级： 中文部分（45 分）中文部分（45 分） 一、填空题（一、填空题（12 分，每空分，每空 2 分）分） 1酸雨是指 pH 值小于（ 5.65 ）的降水。 2碱度主要决定于水中的（ HCO3-、 CO32-）的含量。 3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 ）。 4测定 Eh 值采用( 铂 )电极和( 甘汞 )电极。 二、简答题（二、简答题（20 分，每题分，每题 10 分）分） 1、何谓“氧漂移”? 为什么水-岩同位素交换反应很少导致“氢漂移”现象？ 答：氧漂移是水与岩石相互作用过程中，由于水-岩同位素交换使水中富含 18O,岩石中18O 贫化的现象。，因此 氧漂移一般在地下温度大于 80条件下发生同位素交换反应，由于岩石中 氧含量高，即岩石中 18O 值大，氧漂移比较明显；而岩石中氢含量很低，几乎 很少有含氢的矿物，故很少导致氢漂移现象。 2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； K1 逆反应由右向左程度比较 大； K=1 反应处于平衡状态。 三、解释题（13 分） 一供水井，井深 91.5 米，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 36.5 米，在这个期间内，水中 SO42-浓度在 13mg/L 左右。 停抽 4 个月后，再次抽水时，第一天的水样中，SO42-=1330mg/L， Fe2+=365 mg/L，pH=2.5。此后，SO42-和 Fe2+不断降低，pH 值升高。解 释这种现象出现的原因。 答：根据题可知被抽水的含水层为含黄铁矿绢云母片岩，表明水中含有黄铁 矿，当黄铁矿与含氧水作用就会使黄铁矿氧化，产生硫酸根。即： 2FeS+7O2+2H2O = 2 Fe SO42-+2H2SO4 由于连续抽水 13 个月，已形成的 SO42-被带走，水中 SO42-浓度迅速下 降，其浓度在 13mg/L 左右。当停抽 4 个月再次抽水时，由于黄铁矿与含氧水 作用继续作用，产生大量硫酸根，从而使 SO42-=1330mg/L, Fe2+=365mg/L，pH=2.5。此后 由于不断抽水，又使 SO42-和 Fe2+不断降 低，pH 升高。只要不断抽水，SO42-，Fe2+最后会趋向稳定。 英文部分（55 分） 英文部分（55 分） 1. Explaining meaning of the following words（15marks） (1) activity (2) TDS (3) oxidation (4) electron activity (5) altitude effect of hydrogen and oxygen 答： （1）活度：实际参加化学反应的物质浓度。 （2）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 子，离子，化合物，但不包括络合物和溶解气体。 （3）电子活度：溶液中、电子（e-）浓度的负对数值。 （4）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。 （5）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。 2. Assume activities equal concentrations and use the constants in Table 1(20marks). What is the pH of pure water in equilibrium with the atmosphere (PCO2=10-3.5atm) at 10 and 25 when aH+=aHCO3-? Table 1. Equilibrum Constants for the Carbonate System (pK=- lgK) T( ) pKCO2 pK1 10 1.27 6.46 25 1.47 6.35 答：根据题当可知：本题属于 CO2-H2O 体系的碳酸平衡问题。根据碳酸平衡 化学反应式： CO2+H2O=H2CO3； Kco2=aH2CO3/Pco2 H2CO3=HCO3-+H+； K1=aH+.aHCO3-/aH2CO3 HCO3-=H+CO32-； K2=aH+.aCO32-/aHCO3- 取对数有： logK1=-pH+logaHCO3-logaH2CO3； logK2=-pH+logaCO32- logaHCO3- 由于 H+= HCO3-； 故 logK2= logCO32- logK1=-pH-pH- logH2CO3 (1) 又 PCO2=10-3.5； 故 logKCO2 = logH2CO3-log PCO2 当 T=10 -1.27 = logH2CO3+3.5 所以，logH2CO3= -4.77 （2） 将（2）式代入（1）得： logK1 = -2pH + 4.77 得 pH=5.615。 同理： 当 T=25 -1.47=logH2CO3+3.5 得 logH2CO3= -4.97 （3） 把（3）式代入（1）式得： logK1=-2pH+4.97 得 pH=5.66 3. Explaining hydrogeological meaning of the following Eh-pH diagram (20 marks). Fig 1 Range of Eh-pH conditions in natural environments 答：由图 1 可知，天然条件下根据水的 pH、Eh 条件，有二条直线。一条是 O2=l atm 线，在该线的右上方是氧气分布的范围。另一条是O2=10-83. latm 线，在该线的左下方是氢气（氧气含量几乎为零）分布的范围。这二条线 之间为天然水分布范围。二条线随着 pH 值升高，Eh 值降低。 在天然水分布区域内，与大气相接触的矿坑水、雨