史上最全水文地球化学重点习题

1、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- 被复原成H2S 或S2-的过程。3 、同离子效应：一种矿物溶解于水溶液，如假设水溶液中有与矿物溶解相同的离子，那么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

2、成比拟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：在复原条件被氧化条件剧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

3、大于平衡CO2 时，水中剩余局部的CO2 对碳酸盐和金属构件等具有侵蚀性，这局部即为侵蚀性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：实际参加化学反响的物质浓度。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

4、、电子活度：溶液中、电子e-浓度的负对数值。18、氧化反响：在某个反响中某物质失去电子的反响称氧化反响，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、复原作用：在某个反响中某物质得到电子的反响称复原反响，并称该物质被复原。22、Eh 值：溶液中某种处于氧化态与处于复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

5、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

6、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-复原成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

7、地下水是碱性。在天然水化学成分的综合指标中，表达水的质量指标的有 TDS，硬度，含盐量或含盐度 , 电导率，而表征水体系氧化复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 氧化复原条件，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

8、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-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

9、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H2CO3 占优势，pH在6.35 到HCO3-占优势，pH大于CO32-占优势。19、一个化学反响A+B = C+D，其反响自由能变化Gr<0 ，那么说明该反响可自发从左向右进行。20、 氧同位素的国际标准英文缩写为SMOW 或V-SMOW。

10、21、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。22、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 )。23、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。24、稳定同位素组成的常用表示方法有 丰度和千分偏差值 等。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18O18O 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

11、；B、水及岩石的初始18O 值差异越大，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根本水化学类型的形成过程？4、水文地球化

12、学分类的根本原那么？并解释C 承250711 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；分组反映了地下水的氧化复原环境；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根本原那么力求充分反映地下水成分的特点及其所处的地质环境。3C 承25011 硫化氢复原水组，承压水亚组，Eh 值为-250mv，氯化钠型热水，pH 值为，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：

13、2pH<6.4 时，H2CO3 占优势1.5 分；36.4<pH>10.3 时，HCO-3 占优势1.5 分；4pH>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，而酸度那么表示中和过程中可以与强碱进行反响的全部H+数量，其中包括原已电离的和将会电离的局部2 分，已电离的H+数量称为离子酸度，它与pH 值是一致17、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.

14、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

15、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响进行的方向和程度，即计算化学反响的自由能变化和平衡常数；2计算化学反响的热效应，即计算化学反响的焓变1 分；3计算氧化复原反响的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响状态，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复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响进行的方向与程度？答：在水文地球化学中一般用体系自由能变化G 和反响平衡常数K 来判断反应进行的方向和程度。例如：A+B=C+D

16、当G<0 时 反响由左向右自发进行；G=0 时 反响到达平衡；G>0 时 反响由右向左自发进行。当K>>1 时 反响由左向右程度比拟大； K<<1 逆反响由右向左程度比拟大； K=1 反响处于平衡状态。13、Explaining hydrogeological meaning of 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，

17、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，为复原环境的水体。位于氧化环境与复原环境之间位于图1 的中部的水体为过渡环境的水体。14、H、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

18、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，反之那么升高。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。15、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

19、酸型水氯化物型水。A 秦岭-淮河以南的广阔东南地区，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->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

20、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、试解释以下图的意义。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，含水层

21、为含黄铁矿的绢云母片岩。连续抽水13 个月，水位下降, 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，；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，其反响式如下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

22、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，这局部水首先被抽出，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复原过程1 分。2、半反响式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。答：(1) 求Gr0 3 分*(2) 求Eh0 3 分Eh0= -Gr

23、0/(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(4) 假设SO42-/ HS-=1 1 分那么 3、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，。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，

24、观测井中检查出H2S人工补给前未检出试述出现H2S 的原因，发生何种反响？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 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，其数值应按以下方法检查，Ca2+Mg2+毫克当量总数×50=硬度CaCO3，mg/L。D、TDS 实测值