水文地球化学试卷0610年试卷

1、2006-2007 第一学期水文地球化学期末试卷(A)参考答案班级（ ）学号（ ）姓名（ ）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

2、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）。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

3、导率），而表征水体系氧化还原环境状态的指标有（ COD，BOD，TOC，Eh ）。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-2，NH4+ ）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

4、。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-3，CO2-3 ）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

5、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 ）。三.简答题（每题5 分，共30 分）1、氧漂移及其影响因素?答： （1）由于岩石的18O 值比水的18O 值大，因此，水岩同位素交换的结果是使水富18O（18O 值增大），而岩石18O 贫化（18O 值减少），这种现象称为氧漂移（2 分）。（2）影响氧漂移的因素主要有：A、温度越高，氧漂移越明显（1 分）；B、水及岩石的初始18O 值差别越大，氧漂移越明显（1 分）；C、水与岩石接触的面积越大，时间越长，氧漂移越明显（1 分）；D、水与岩石中氧元素的含量比越

6、小，氧漂移越明显（1 分）；E、水与矿物的分馏系数越大，氧漂移越明显等（1 分）。影响因素只要答三个方面2、.我国潜水化学成分分带有何特点？答：（1）区域上，由东南向西北，地下水由溶滤成因为主的低矿化度重碳酸型淡水，向成分复杂的硫酸型或氯化物型咸水过渡，最后为由浓缩作用形成的氯化物型水或卤水（1.5 分）；（2）局部上，每个盆地由山前至盆地中心或至滨海地带的水平分带为重碳酸型水硫酸型水氯化物型水（1.5 分）。3、用图表示承压水盆地基本水化学类型的形成过程？4、水文地球化学分类的基本原则？并解释C 承25077.511 含义。答：（1）首先按照空气迁移的标型元素（化合物）进行分组，分出6 个组

7、；分组反映了地下水的氧化还原环境；（2）然后按照水迁移的标型元素（化合物）进行分类：A：根据主要的阴离子将地下水分6 类；B：再根据阳离子进一步划分出9 个亚类。分类反映了地下水的酸碱条件和矿化度。总之，水文地球化学分类的基本原则力求充分反映地下水成分的特点及其所处的地质环境。（3）C 承25077.511 硫化氢还原水组，承压水亚组，Eh 值为-250mv，氯化钠型热水，pH 值为7.5，TDS 为11g/L。5、标准状态下，碳酸平衡与pH 值的关系？答： （1）水中碳酸平衡与pH 值的关系式如下（1.5 分）：logHCO-3/H2CO3=pH-6.4logCO32-/HCO-3=pH-1

8、0.3（2）pH<6.4 时，H2CO3 占优势（1.5 分）；（3）6.4<pH>10.3 时，HCO-3 占优势（1.5 分）；（4）pH>10.3 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 值是一致的（1分）四、推导题（每题 10 分，共20 分）1、一供水井，井深91.5m，

9、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/L，pH=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

10、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25°C，105Pa 条件下Eh-pH 的关系式（法拉第常数F=96.56

11、4KJ/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=0.2486-0.0

12、665pH五.论述题（15 分）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 pH<8.34 时，分析结果中不应出现CO32-，pH>8.34 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

13、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（CaCO3），mg/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

14、 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。_ 2006-2007 第一学期水文地球化学期末试卷(B)参考答案班级（ ）学号（ ）姓名（ ）一、名词解释（每题3 分，共21 分）1、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。2、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。3、氧化垒：在还原

15、条件被氧化条件激烈交替的地段上所形成的地球化学垒。4、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。5、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。6、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）。7、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。二、填空

16、（每题1 分，共14 分）1、Fe2+在（ 酸 ）性中迁移强，而在（ 碱 ）性中迁移弱。2、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。3、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-3，CO2-3 ）的毫克当量总数乘以 50。4大气CO2 的13C 平均值是（-7 ），而土壤 CO2 的13C 平均值是（ -25 ）。5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）。6弥散作用包括（分子扩散），（对流扩散迁移）和（ 渗透分散 ）。7、SiO2

17、和 Na/K 地热温度计适用的温度范围分别为（ 0250 ）和（ 150350 ）。8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 ）。9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 ）。10、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。11、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

18、水体系氧化还原环境状态的指标有（ COD，BOD，TOC，Eh ）。12、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 ）。13、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14、在氮的化合物中，（ NO-2，NH4+ ）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。三.简答（每题5 分，共30 分）1、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

19、示呈离子状态的H+数量（1 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 值是一致的（1分）。2、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）3、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：（1）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 分）。（2）4

20、、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。5、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（1 分）；（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

21、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）。6、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）四、解释与计算题（每小题 10 分，共20 分）1、某一深层砂岩含水层的地下水化学成分为（mg/L）：K+=18，Na+=390，Ca2+=41，Mg2+=60，HCO-3=210，SO2-4=670，pH=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H2

22、S（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？2、已知半反应式SO2-4+9H+8e=HS-+4H2O 的平衡常数K=1033.63 ,试求在25°C，105Pa 条件下pE-pH 的关系式（法拉第常数F=96.564KJ/V）。(1) 求pE0 （4 分）pE0= logK/N= 33.63/8=4.20(2) 求pE- pH 的关系式（4 分）pE= pE0+(1/N)log SO42- H+9/ HS-=4.2+(1/8)log SO42-/ HS-+(1/8)log H+9=4.2+0.125 log SO42-/ HS-1.1

23、25pH(3) 若SO42-/ HS-=1 （2 分）则 Eh=4.2-1.125pH五.论述题（15 分）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分组（8 分）根据水中溶解的气体组分（O2、N2、CO2、CH4、H2S、H2 等）将地下水分为六个组（3 分）：A-氧化水组（O2 为主）；B-潜育水组（生物成因的CO2 为主，有时有H2）；C-硫化氢还原水组（H2S 为主，有部分生物成因的CO2）；D-甲烷强还原水组（CH4 为主，有部分生物成因的CO2、N2、H2S）；E-变质或岩浆CO2 水组；F-含氮热水组（大气成因的N2 为主）。由 A 到D 分别是氧化环境、氧化

24、还原环境、还原环境和强还原环境的水组（2 分），而E、F 是两个特殊的水组（1 分）。根据低下水的埋藏条件，将地下水分为潜水亚组和承压水亚组（1 分）。在每个水组中注明Eh 值的大致变化范围、微量元素和各种特殊组分，力求充分表示出每组水的水文地球化学环境的特征（1 分）。（2）地下水水文地球化学分类（7 分）根据水中的主要阴离子成分，将地下水分为六大类（2 分）：-（HSiO3、HSiO3-HCO3）；-（HCO3）；-（SO4）-（HCO3-Cl）；-（Cl）；-（Cl 卤水）。在每一类水中，根据阳离子成分分出九个亚类，用阿拉伯数字 1、2、3、4、5、6、7、8、9 表示（2 分）：1-（

25、Ca）；2-（Ca-Mg，Mg-Ca）；3-（Ca-Mg-Na）；4-（Ca-Na，Na-Ca）；5-（Mg）；6-（Mg-Na，Na-Mg）；7-（Na）；8-（Na-Ca-Mg，Na-Mg-Ca）；9-（Fe、Al 等重金属）。在每类水中注明 pH 值和矿化度的大致变动范围（1 分）。水中有机物与水质类型的关系在备注中加以说明（1 分）。毫克当量百分数超过20 的阴离子参加分类（1 分）。_ 2007-2008 第一学期水文地球化学期末试卷(A)参考答案专业： 班级：中文部分（45 分）一、填空题（12 分，每空2 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（

26、 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（20 分，每题10 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

27、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G<0 时 反应由左向右自发进行；G=0 时 反应达到平衡；G>0 时 反应由右向左自发进行。当K>>1 时 反应由左向右程度比较大； K<<1 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-

28、=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

29、，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）1. Explaining meaning of the following words（15marks）(1) activity (2) TDS (3) oxidation(4) electron activity (5) altitude effect of hydrogen andoxygen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

30、-）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 inTable 1(20marks).What is the pH of pure water in equilibrium with theatmosphere (PCO2=10-3.5atm) at 10 and 25 when aH+=aHCO3-?Table 1. Equilibrum

31、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/Pco2H2CO3=HCO3-+H+； K1=aH+.aHCO3-/aH2CO3HCO3-=H+CO32-； K2=aH+.aCO32-/aHCO3-取对数有：logK1=-pH+logaHCO3-logaH2CO3；logK2=-pH+logaCO32- logaHCO3-由于H+= HC

32、O3-；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=5.663. Explaining hydrogeological meaning of

33、 the following Eh-pHdiagram (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、雨水、河流水和海都具有较高的Eh 值，位于图1 的上方，为氧化环境的水体。而与大气不

34、相接触的土壤水、沼泽水、地下水、富含有机质的水等都具有较低的Eh 值，位于图1 的下方，为还原环境的水体。位于氧化环境与还原环境之间位于图1 的中部的水体为过渡环境的水体。2007-2008 第一学期水文地球化学期末试卷(B)参考答案专业 班级：中文部分（45 分）一、填空题（12 分，每空2 分）1. 在碳酸平衡中，pH（小于6.35）H2CO3 占优势，pH（在6.35 到10.33）HCO3-占优势，pH（大于10.33）CO32-占优势。2. 碱度主要决定于水中的（HCO3-、CO32-）的含量。3. 一个化学反应A+B = C+D，其反应自由能变化Gr<0 ，则说明该反应（可自

35、发从左向右进行）。4. 氧同位素的国际标准英文缩写为（SMOW 或V-SMOW）。二、简答题（20 分，每题10 分）1H、O 稳定同位素确定地下水补给区高程依据什么原理？答：H、O 稳定同位素确定地下水补给高程是依据大气降水氢氧稳定同位素高程效应原理，随着高程的增加，大气降水 18O 与D 减小，反之则升高。在补给区地下水往往直接或间接来自于大气降水补给，故可用大气降水稳定氢氧同位素与高程的关系来计算地下水补给区高程，表达式如下：H = (S-P)/K+h其中：H:补给高程，S:采样点水的同位素值；P：采样点附近的大气降水的值；K:同位素梯减梯度；H:采样点海拔标高。2如何根据热力学方法判断

36、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G<0 时 反应由左向右自发进行；G=0 时 反应达到平衡；G>0 时 反应由右向左自发进行。当K>>1 时 反应由左向右程度比较大； K<<1 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，

37、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

38、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）1. Explaining meaning of the following words (15 marks)（1）salinity （2）reduction （3）Eh（4）isotope ratio （5）heavy metals答：（1）矿化度：溶液中溶解的所有盐类组分的总和。（2） 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。（3）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。（4）同位素比值：物质中某种元素

39、的两种同位素含量的比值。（5）重金属：原子序数大于20 的金属元素。2Assume activities equal concentrations and use the constants inTable 1 (20 marks).What is the pH of pure water in equilibrium with the atmosphere(PCO2=10-3.5atm) at 30 and 60when aH+=aHCO3-?Table 1. Equilibrum Constants for the Carbonate System(pK=-lgK) T( ) pKCO2

40、pK1 30 1.52 6.33 60 1.78 6.29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/Pco2H2CO3=HCO3-+H+； K1=aH+.aHCO3-/aH2CO3HCO3-=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=

41、10-3.5； 故logKCO2 = logH2CO3-log PCO2当T=30-1.52 = logH2CO3+3.5所以，logH2CO3= -5.02 （2）将（2）式代入（1）得：logK1 = -2pH + 5.02得pH=5.675。同理： 当T=25-1.78=logH2CO3+3.5得 logH2CO3= -5.28 （3）把（3）式代入（1）式得：logK1=-2pH+5.28得pH=5.7852. Explaining hydrogeological meaning of the following Eh-pHdiagram (20 marks).Fig 1 Range

42、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。一条是在T=25，PH2=1atm，PO2=1atm 条件下，当水的pH、Eh 较高时，水主要以O2 形式存在，并分布在图1 的右上方。另一条是当水的pH、Eh 较低时，水主要以H2 形式存在，并分布在图1 的左下方。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，实线表征地下水中 H2S 与HS-的平衡特征，即水中硫的存在形式（H2S 与HS-）与电子活度（pe）无关，并当pH>7.2 时，水中S

43、以H2S0 形式存在，当pH<7.2，水中S 以HS-形式存在。_2008-2009 第一学期水文地球化学期末试卷A参考答案一、名词解释（每题分，共分）(答题可用英文或中文，其他各题亦同)、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。、Total Dissolved Solids (TDS)指水中溶解组分总量，包括溶解于水中的离子、分子及络合物，但不包括悬浮物和溶解气体，它通常是105110 度下水蒸干后留下的干涸残余物重来表示TDS represents the tota

44、l amount of solids remaining when awater sample is evaporated to dryness at 105。、HardnessThe hardness of a water is the concentration of ions in thewater that will react with a sodium soap to precipitate aninsoluble residue. It usually reported as milligrams per liter ofequivalent CaCO3.、Temperature

45、 effect大气降水中的D 和O18 值随温度的降低而降低的现象.、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、.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。、.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.、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。、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。、同离子效应.指某一水溶液中，混合了其它溶液，由于相同

46、离子的进入，而降低了原有离子活度的现象。二.填空（每空1 分, 共20 分）1若一个化学反应 A+B=C+D,其反应自由能变化Gr<0 ,则说明该反应( 能自发进行 )。2强酸性的地下水一般是出现在( 含有硫化物的矿床的氧化带 )等情况下。3据板块构造理论,全球地热带可分为二种类型:(板缘构造型地热带 )和( 板内型构造型地热带 )。4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。5碳酸平衡中，pH( <6.4 )H2CO3 占优势，pH( <6.4<pH<10.3 )HCO

47、3-占优势，pH( >10.3 )CO32-占优势。6地下水污染研究中三氮指的是（NO2-）、（ NO3- ）和（NH4+ ），常可作为污染的标志。7铁在（ 还原 ）环境中迁移较强，而在（ 氧化 ）环境中迁移较弱。8稳定同位素组成的常用表示方法有（ 丰度）和（千分偏差值 ）等。9大气 CO2 的13C 平均值是（ -7 ），而土壤CO2 的13C 平均值是（ 25 ）。10Heavy metals may be derived from （the weathering of rock）or, increasingly, they may be introduced into the at

48、mosphere andhydrosphere by （ human activities ）.三.简答题(每题5 分,共20 分)1.、中国潜水的纬度分带简况?答：区域上，由东南向西北，地下水由溶滤成因为主的低矿化度重碳酸型淡水，向成分复杂的硫酸型或氯化物型咸水过渡，最后为由浓缩作用形成的氯化物型水或卤水（1 分）局部上：每个盆地由山前至盆地中心或至滨海地带的水平分带为重碳酸型水硫酸型水氯化物型水。A 秦岭-淮河以南的广大东南地区，地下水潜水主要以 HCO3 型为主。（1分）B 秦岭-淮河以北，地下水存在如下分带规律：由 HCO3 型 -> SO4-HCO3型->SO4-Cl 型

49、->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）2、试解释下图的意义。答：该图说明的是大气降水的同位素O18 的季节效应和纬度效应（3 分）（1）从图中可以看出，北半球大多数城市在夏季中的大气降水中同位素值较高（1 分）（2）同时也说明，同位素随纬度的增高大气降水的同位素值降低，中途岛􀃆 东京􀃆 维也纳&#

50、1048774; 渥太华地理纬度增高，而其同位素降低的现象。（1 分）3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）（4）pH 值，pH 值的升高，促进吸附作用，反之，降低。（1 分）4降水氢氧稳定同位素组成的高程效应、纬度效应的含义?答：降水氢氧稳定同位素的高程效应，大气降水中18O、D

51、 随高程的增高而降低的现象 （3 分）纬度效应，大气降水中的18O、D 值随纬度的增高而降低的现象。（2分）四.推导与计算题（以下3 题中任选2 题）（每题15 分，30 分）1The solution has the following approximate composition:mg/L mmol/LCa2+ 109 2.72Mg2+ 24 0.99Na+ 117 5.09K+ 7 0.18HCO3- 183 3.00SO42- 238 2.48Cl- 171 4.82H4SiO4 48 0.50Temp. 25a. What is the ionic strength of the

52、solution? (3 marks)b. What is the hardness of the solution? (3 marks)c. If the activity coefficient is 0.591 for both Ca2+ and SO42- ,byhow much is the water undersaturated with respect to gypsum(CaSO42H2O) (what is the saturation Index)? (4 marks)解：（1）(3 分)(2)(2 分)(3)(2 分)So gypsum is unsaturated.

53、(7 分)2、已知水中溶解的碳酸组分之间的平衡关系式(25)如下：(a)(b)(c)(d) 溶于水中总无机碳(1)试求证、 和 所占总碳酸 DIC 的百分数分别为(10 分)：(2) 若假定活度等于浓度, mH+ = mHCO3-, 试问与大气平衡(PCO2=10-3.5)的纯水的pH 值是多少? (15 分)答：（1）HCO3-+=HCO3-（2）PCO2=10-3.5 K1=H2CO3/ PCO2=10-1.5 H2CO3=10-5mH+ = mHCO3-K2=10-6.4 =10-5.69pH=-log10-5.69=5.69当PCO2=10-3.5 时，pH=5.693. 已知下列反应

54、:25时, 平衡常数K eq =10 17.9 , LogFe2+ =6, 试求pe 与pH 值的关系及Eh与pH 的关系。（15 分）解：（1）pH=-logH+ pe=-loge- (1 分)(7 分)（2）由,，(4 分)Eh0=0.0591Pe0故 Eh=0.0591Pe- (2) (2 分)由（1）、（2）式得：Eh=1.414-0.0591pH (1 分)五附加题（10 分，仅供参考）Suppose you have a groundwater that contains free oxygenin recharge area moving through a sandstone aquifercontaining disseminated organic matter that cause the pe ofthe water to become progressively lower. How would youexpect the 13C of bicarbonate and the34S of sulfate in