《地球化学》练习题.docx
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《地球化学》练习题
《地球化学》练习题
绪论
1. 概述地球化学学科的特点。
2. 简要说明地球化学研究的基本问题。
3. 简述地球化学学科的研究思路和研究方法。
4.地球化学与化学、地球科学其它学科在研究目标和研究方法方面的异同。
第一章太阳系和地球系统的元素丰度
1.概说太阳成份的研究思路和研究方法
2.简述太阳系元素丰度的基本特征.
3.说说陨石的分类及相成分的研究意义.
4.月球的结构和化学成分与地球相比有何异同？
5.讨论陨石的研究意义.
6.地球的结构对于研究和了解地球的总体成分有什么作用？
7.阐述地球化学组成的研究方法论.
8.地球的化学组成的基本特征有哪些？
9.讨论地壳元素丰度的研究方法.
10.简介地壳元素丰度特征.
11.地壳元素丰度特征与太阳系、地球对比说明什么问题？
12.地壳元素丰度值（克拉克值）有何研究意义？
13.概述区域地壳元素丰度的研究意义.
14.简要说明区域地壳元素丰度的研究方法.
15.岩浆岩中各岩类元素含量变化规律如何？
16.简述沉积岩中不同岩类中元素含量变化规律.
第二章元素结合规律与赋存形式
1.亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么？
2.简述类质同像的基本规律.
3.阐述类质同像的地球化学意义.
4.简述地壳中元素的赋存形式及其研究方法.
5.举例说明元素存在形式研究对环境、找矿或农业问题的意义.
6.英国某村由于受开采ZnCO3矿的影响，造成住宅土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标，但与未受污染的邻村相比，在人体健康方面两村没有明显差异。
为什么？
第三章水-岩化学作用和水介质中元素的迁移
1.举例说明元素地球化学迁移的定义.
2.举例说明影响元素地球化学迁移过程的因素。
3.列举自然界元素迁移的标志.
4.元素地球化学迁移的研究方法.
5.水溶液中元素的迁移形式有那些？
其中成矿元素的主要迁移形式又是什么？
6.解释络离子的稳定性及其在地球化学迁移中的意义.
7.简述元素迁移形式的研究方法.
8.什么是共同离子效应？
什么是盐效应？
9.天然水的pH值范围是多少？
对于研究元素在水介质中的迁移、沉淀有何意义？
10.举例说明Eh、pH值对元素迁移的影响.
11.非标准电极电位E及环境的氧化还原电位Eh，在研究元素地球化学行为方面有什么作用？
12.试述影响元素溶解与迁移的内部因素。
第四章地球化学热力学和地球化学动力学
1.自然界中地球化学热力学体系基本特点是什么？
2.自然体系中哪些特征可作为体系达到平衡态的证据与标志？
3.讨论相律及其应用。
4.编制相图的原理和方法。
6.简述化学反应制动原理的宏观解释
7.简述热力学在地球化学中的应用。
8.简述地球化学热力学与地球化学动力学的异同。
9.简述水溶液中元素的迁移方式。
第五章微量元素地球化学
1.什么是微量元素地球化学？
其研究意义是什么？
2.了解微量元素地球化学的研究思路及研究方法。
3.什么叫微量元素、什么是主量（常量）元素？
微量元素的主要存在形式有哪些？
4.阐述能斯特分配定律、能斯特分配系数的概念及其研究意义。
5.稀土元素的主要特点是什么？
其在地球化学体系中行为差异主要表现有哪些方面？
。
6.讨论稀土元素的研究意义。
7.你认为岩浆作用过程中决定元素浓集成矿的主要机制和决定因素是什么？
8根据微量元素的特点,说明那些元素适合于研究沉积岩物源区特征,为什么?
第六章同位素地球化学
1.同位素地球化学在解决地学领域问题中有何独到之处？
2.何谓稳定同位素、何谓轻稳定同位素和重稳定同位素。
3.选择同位素标准样品的条件。
5.造成稳定同位素组成变化的原因是什么？
6.放射性同位素年龄测定公式，各符号的含义。
7.利用衰变定律来测定岩石、矿物的年龄，应满足的哪些前提条件？
8.概述同位素研究工作方法程序。
9.以Rb-Sr等时线法为例说明同位素测年的样品采集过程中应注意的事项。
参考答案
绪论
1. 概述地球化学学科的特点。
答题要点：
1）地球化学是地球科学中的一个二级学科；2）地球化学是地质学和化学、物理化学和现代科学技术相结合的产物；3）地球化学既是地球学科中研究物质成分的主干学科，又是地球学科中研究物质运动形式的学科；地球化学既需要地质构造学、矿物学、岩石学作基础，又能更深刻地揭示地质作用过程的形成和发展历史，使地球科学由定性向定量化发展；4）地球化学已形成一个较完整的学科体系，仍不断与相关学科结合产生新的分支学科；5）地球化学作为地球科学的支柱学科，既肩负着解决当代地球科学面临的基本理论问题—天体、地球、生命、人类和元素的起源和演化的重大使命，又有责任为人类社会提供充足的矿产资源和良好的生存环境。
2. 简要说明地球化学研究的基本问题。
答题要点：
1）地球系统中元素及同位素的组成问题；2）地球系统中元素的组合和元素的赋存形式；3）地球系统各类自然过程中元素的行为（地球的化学作用）、迁移规律和机理；4）地球的化学演化，即地球历史中元素及同位素的演化历史。
3.简述地球化学学科的研究思路和研究方法。
答题要点：
研究思路1）由于地球化学本质上是属于地球科学，所以其工作方法应遵循地球科学的思维途径；2）要求每个地球化学工作者有一个敏锐的地球化学思维，也就是要善于识别隐藏在各种现象中的地球化学信息，从而揭示地质现象的奥秘；3）具备有定性和定量测定元素含量及鉴别物相的技术和装置。
研究方法：
一）野外阶段：
1）宏观地质调研。
明确研究目标和任务，制定计划；
2）运用地球化学思维观察认识地质现象；
3）采集各种类型的地球化学样品。
二）室内阶段：
1）“量”的研究，应用精密灵敏的分析测试方法，以取得元素在各种地质体中的分配量。
元素量的研究是地球化学的基础和起点，为此，对分析方法的研究的要求：
首先是准确；其次是高灵敏度；第三是快速、成本低。
2）“质”的研究，即元素的结合形式和赋存状态的鉴定和研究。
3）地球化学作用的物理化学条件的测定和计算。
4）归纳、讨论：
针对目标和任务进行归纳、结合已有研究成果进行讨论。
4.地球化学与化学、地球科学其它学科在研究目标和研究方法方面的异同。
答题要点：
请同学们根据自己的认识和理解进行归纳总结。
第一章太阳系和地球系统的元素丰度
1. 概说太阳成份的研究思路和研究方法.
答题要点：
1）太阳表层的物质成分可代表太阳成分：
太阳是炽热气态物质球体，表面温度达6000K，推断太阳物质通过热运动而强烈均匀化；2）太阳表层的温度极高，原子处于激发状态，并不断辐射各自的特征光谱，即太阳是一个发光的宇宙体，可以用光谱分析技术。
2. 简述太阳系元素丰度的基本特征.
答题要点：
1）随元素的原子序数增大，元素丰度呈指数下降;原子序数>45的元素，元素丰度变化不明显；2）原子序数为偶数的元素，其元素丰度大于相邻的奇数元素；3）元素氢和氦有极高的元素丰度；4）锂、铍、硼元素丰度严重偏低；5）氧和铁元素丰度显著偏高；
3. 说说陨石的分类及相成分的研究意义.
答题要点：
按陨石中金属的含量分类：
铁陨石；石-铁陨石；石陨石，石陨石包括球粒陨石和无球粒陨石。
无论何种陨石，都是由金属相、硫化物相和硅酸盐相矿物组成。
4. 月球的结构和化学成分与地球相比有何异同？
答题要点：
1）月球的主要岩石类型为玄武岩和辉长岩类，没有花岗岩和沉积岩，但有一种特殊的岩石（克里普岩），是一种含钾、稀土元素和磷的岩石；2）月球没有铁镍核，也没有大气圈和水圈；3）与地球化学成分比较，月岩中碱金属和挥发性元素，富耐熔元素和稀土元素。
5. 讨论陨石的研究意义.
答题要点：
研究陨石主要从陨石的成分、年龄、成因出发，其研究成果对研究地球有重要意义。
6. 地球的结构对于研究和了解地球的总体成分有什么作用？
答题要点：
地球是由地壳、地幔和地核等不同圈层组成。
地球化学组成具不均一性，不能用地球表层（如地壳）或某一研究区成分代表全球化学组成。
7. 阐述地球化学组成的研究方法论.
答题要点：
一）分层研究法：
分别获取地球各层的成分，按各层的相对质量百分比计算地球平均成分；二）总体研究法：
1）陨石相成分分类;2）地球相成分分类及不同相成分质量百分比;3）据各相质量百分比计算地球平均成分.
8. 地球的化学组成的基本特征有哪些？
答题要点：
1）地球中含量大于10%的元素有Fe、O、Si、Mg；大于1%的元素有Ni、S、Ga、Al；其次为Na、Cr、P和Mn；（参考教材P38）2）与太阳系化学成分相比：
地球富Fe、Mg、S和贫气态物质组分；与地壳化学成分相比：
地球富Mg、Fe和贫Al、K、Na。
9. 讨论地壳元素丰度的研究方法.
答题要点：
1）克拉克法:
收集尽可能多的研究样品，进行系统的样品分析；将样品按种类和地区分组，求平均成分；确定各类样品的权值；加权平均求地壳元素丰度。
2）哥尔德斯密特法:
3）维诺格拉多夫法；4）泰勒法；5）黎彤法。
10. 简介地壳元素丰度特征.
答题要点：
1）地壳元素丰度差异大：
丰度值最大的元素是最小元素的10e17倍；丰度值最大的三种元素之和达82.58%；丰度值最大的九种元素之和达98.13%；
2）地壳元素丰度的分布规律与太阳系基本相同（参考教材P46-47））
11. 地壳元素丰度特征与太阳系、地球对比说明什么问题？
答题要点：
1）元素丰度对元素原子序数作图，可看出地壳元素丰度的分布规律与太阳系的基本相同；2）地壳元素丰度值最大的10个元素与太阳系、地球的相比，其组成及排列顺序有差别：
12. 地壳元素丰度值（克拉克值）有何研究意义？
答题要点：
1）为研究地球的形成、化学分异及地球、地壳元素的成因等重大问题提供信息；2）确定了地壳体系的总特征；3）元素克拉克值可作为衡量元素相对富集或贫化的标尺；4）据元素克拉克值可获得地壳中不同元素平均含量间的比值，提供重要的地球化学信息。
13. 概述区域地壳元素丰度的研究意义.
答题要点：
1）作为区域内各种化学过程的总背景：
可将区域地壳元素丰度作为衡量地质体内元素相对富集或贫化的标尺；2）可提供某些重要的地球化学作用信息；3）是研究区域地质演化的重要手段之一。
14. 简要说明区域地壳元素丰度的研究方法.
答题要点：
1）建立区域地壳结构-组成模型；2）区域地壳元素丰度的计算方法：
（1）分别计算不同类型岩石中元素的平均含量；
（2）按不同类型岩石在地壳结构层中的质量比，加权平均计算各结构层的元素丰度；（3）按区域地壳结构-组成模型计算区域地壳元素丰度。
15. 岩浆岩中各岩类元素含量变化规律如何？
答题要点：
从超基性岩-基性岩-中性岩-酸性岩：
1）Fe、Mg、Ni、Co、Cr和Pt族元素等含量逐步降低；2）Ca、Al、Ti、V、Mn、P和Se等元素在基性岩中含量最高；3）K、Na、Si、Li、Be、Rb、REE等元素含量逐渐增高；4）Ge、Sb、As等元素含量分配变化不明显。
16. 简述沉积岩中不同岩类中元素含量变化规律.
答题要点：
1）主量元素变化规律：
随物源不同而异；2）绝大多数微量元素在页岩和粘土类岩石中富集；3）Sr、Mn主要富集在碳酸岩石中。
第二章元素结合规律与赋存形式
1. 亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么？
答题要点：
电子结构、化合物稳定性.
2. 简述类质同像的基本规律.
答题要点：
1）若两种离子电价相同，半径相似，则半径较小的离子优先进入矿物晶格，即较小离子集中于较早期的矿物中，而较大离子集中于较晚期矿物中。
2）若两种离子半径相似而电价不同，则较高价离子优先进入矿物晶格。
3. 阐述类质同像的地球化学意义.
答题要点：
解释元素的分布规律、为地质找矿及环境研究服务。
4. 简述地壳中元素的赋存形式及其研究方法.
答题要点：
1）赋存形式：
独立矿物、类质同像形式、超显微非结构混入物、胶体吸附状态和与有机物结合的形式；2）研究方法：
（1）运用矿物学观察及X光衍射法；
（2）运用电子探针：
（3）偏提取法（一种部分分解实验）。
5. 举例说明元素存在形式研究对环境、找矿或农业问题的意义.
答题要点：
农业上的有效态、介质条件不同。
6. 英国某村由于受开采ZnCO3矿的影响，造成住宅土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标，但与未受污染的邻村相比，在人体健康方面两村没有明显差异。
为什么？
答题要点：
Cd的存在形式（形态）。
第三章水-岩化学作用和水介质中元素的迁移
1. 举例说明元素地球化学迁移的定义.
答题要点：
由于环境物理化学条件的变化，元素原来的存在形式变得不稳定，为了与环境达到新的平衡，元素原来的存在形式自动解体，转变成一种新的相对稳定的结合方式，当元素赋存状态发生变化的同时，伴随有元素的空间位移和元素组合变化的，称为元素的地球化学迁。
2. 举例说明影响元素地球化学迁移过程的因素。
答题要点：
活化（解体）→迁移（空间位移，一般无存在形式变化）→重新结合（沉淀、结晶）
3. 列举自然界元素迁移的标志.
答题要点：
1）矿物组合的变化;2）岩石中元素含量的变化（通过元素含量的系统测定或定量计算确定）;3）物理化学界面--氧化还原界面，压力释放带，温度界面，pH界面等。
4. 元素地球化学迁移的研究方法.
答题要点：
1）元素在岩石、矿物中的含量（分配）;2）元素存在形式的研究;3）元素含量的空间分布；4）实验研究；5）建立成矿模型。
5. 水溶液中元素的迁移形式有那些？
其中成矿元素的主要迁移形式又是什么？
答题要点：
水溶液中元素的迁移形式主要有：
离子（络离子）、分子；胶体；悬浮液。
三者间可用滤纸和半透膜分开。
6. 解释络离子的稳定性及其在地球化学迁移中的意义.
答题要点：
1）有利于成矿元素的稳定迁移（络离子不稳定常数K一般较小，溶解度大）;2）可用于研究矿床元素分带;3）可用于解释相似元素分异.
7. 简述元素迁移形式的研究方法.
答题要点：
1）过滤法;2）蚀变矿物组合法;3）气液包裹体成分研究;4）实验模拟.
8. 什么是共同离子效应？
什么是盐效应？
答题要点：
共同离子效应：
在难溶化合物的饱和溶液中加入与该化合物有相同离子的易溶化合物时，使原难溶化合物的溶解度降低。
盐效应：
当溶液中存在易溶盐类时，溶液的含盐度对元素的溶解度有影响。
溶液中易溶电解质的浓度增大，导致其他溶解度增大的现象。
9. 天然水的pH值范围是多少？
对于研究元素在水介质中的迁移、沉淀有何意义？
答题要点：
一般是4-10，火山口喷气可达3左右，干旱地区碱性水可大于9。
10. 举例说明Eh、pH值对元素迁移的影响.
答题要点：
1）不同元素迁移要求的pH不同;2）影响氢氧化物自盐类溶液中沉淀，碱性条件下沉淀，酸性溶液下溶解;3）影响元素共生或分离;4）影响两性元素的迁移形式;5）影响酸碱反应的方向;6）影响盐类的水解。
11. 非标准电极电位E及环境的氧化还原电位Eh，在研究元素地球化学行为方面有什么作用？
答题要点：
影响因素：
组分影响第一，温度影响第二，当反应有氢离子，氢氧根离子参加时，受pH值影响。
12. 试述影响元素溶解与迁移的内部因素。
答题要点：
1）元素存在形式；2）元素和化合物的性质；3）晶体场效应。
第四章地球化学热力学和地球化学动力学
1. 自然界中地球化学热力学体系基本特点是什么？
答案要点：
自然界地球化学热力学体系的特点：
1）是一个热力学体系,它处于地壳（岩石圈）的热力学条件下，由于地壳（岩石圈）各个部分的热力学条件差异而不断地变化。
2）多数地球化学体系是开放体系,少数接近封闭体系。
3）地球化学体系的不可逆性和不平衡性是绝对的。
但在自然界不少作用过程往往又是有向着平衡方向进行的趋势，也可以局部地、暂时地达到动态平衡。
在形式上呈现相对稳定状态
2.自然体系中哪些特征可作为体系达到平衡态的证据与标志？
答案要点：
①矿物共生组合在时间上、空间上的重复出现；②一定化学成分的矿物共生组合,随其形成条件而改变；③常见岩石（矿石）中主要矿物的种数有限。
3.讨论相律及其应用。
答案要点：
相律就是平衡态下，体系中相、组分和变量间的关系。
其表达方式有：
①吉布斯相律:
F=k-Φ+2（自由度=独立组分数-相数+2）；②戈尔斯密特矿物相律:
F≥2,Φ≤K（平衡因素自由度至少有T、P两个；矿物数≤组分数）；③柯尔仁斯基相律：
Φ≤K惰：
在一定温度、压力,一定活性组分化学位的条件下，相互平衡的矿物数不超过惰性组分数。
地球化学应用相律两个方面：
1）推测某种岩石、矿石是否达到平衡；2）利用相律绘制和解释地球化学相图。
4.编制相图的原理和方法。
答题提示：
参考教材P155-168的讨论。
6.简述化学反应制动原理的宏观解释
答案要点：
-△G值最大的反应对于那些-△G值稍小于它的反应起控制作用，这就是化学反应控制原理的宏观解释。
例如：
FeSiO3+MnS→MnSiO3+FeS △Gr=-11.56KJ
若反应向左 △Gr>0
为此，在硫不足的情况下，反应只能向右进行，形成铁的硫化物和锰的硅酸盐组合。
7.简述热力学在地球化学中的应用。
答案要点：
1）确定自然作用的先后；2）判断元素的亲氧、亲硫性；3）矿物组合的稳定性与反应进行的方向。
8.简述地球化学热力学与地球化学动力学的异同。
答案要点：
在地质研究中经常忽视了对地质作用时间因素的考查，化学热力学也只是考虑了自然过程的可能性、方向和平衡态的实现，而不直接研究作用的速率和进程。
地球化学动力学在研究地质作用时将时间因素作为考查的核心问题，将地球化学研究推向一个新的深度。
9.简述水溶液中元素的迁移方式。
参考答案：
水溶液中元素的迁移主要有两种方式：
扩散和渗滤。
1）扩散迁移：
如果某元素在体系各部分的浓度不同，该元素的质点将自发由高浓度处向低浓度处迁移，直至体系各处浓度相等，元素（物质）的这种迁移方式称扩散迁移。
2）渗滤迁移：
当体系内存在压力差时，元素（物质）随溶液自高压处向低压处迁移的运移，称为渗滤迁移。
第五章微量元素地球化学
1.什么是微量元素地球化学？
其研究意义是什么？
参考答案：
微量元素地球化学是地球化学的重要分支学科，它研究在各种地球化学体系中微量元素的分布、分配、共生组合及演化的规律，其特色之处就是能够近似定量地解决问题，使实际资料和模型计算结合起来。
微量元素可作为地质、地球化学过程示踪剂，在解决当代地球科学面临的基本理论问题—天体、地球、生命、人类和元素的起源及演化，为人类提供充足的资源和良好的生存环境等方面发挥重要的作用。
2.了解微量元素地球化学的研究思路及研究方法。
参考答案：
研究思路：
“见微而知著”:
通过观察自然界中之“微”—微量元素，来认识天体（部分）、地球中各种地质、地球化学作用之“著”。
研究方法：
采用精确、灵敏、快速的分析测试方法，获得高精度数据；应用各学科的先进理论（分配定律，耗散结构理论、协同论等等）来观察、研究宏观世界，以期获得更接近客观实际的认识。
3.什么叫微量元素、什么是主量（常量）元素？
微量元素的主要存在形式有哪些？
参考答案：
微量元素：
元素在所研究客体（地质体、岩石、矿物等）中的含量低到可以近似地用稀溶液定律描述其行为，该元素可称为微量元素。
特点：
在体系中含量低（<0.1%），通常不形成自己的独立矿物，其行为服从稀溶液定律和分配定律。
在不同条件下演化规律基本一致，可以指示物质的来源和地质体的成因。
常量元素：
体系中元素含量高（>0.1%），通常以独立矿物形式存在，其行为服从相律和化学计量比。
在不同条件下演化规律不一致，可以指示地质、地球化学作用进行的条件和演化过程。
微量元素在矿物中主要存在形式有：
①快速结晶过程中陷入囚禁带内；②赋存在晶格的缺陷;③在固溶体中替代主相的原子。
4.阐述能斯特分配定律、能斯特分配系数的概念及其研究意义。
参考答案：
定律内容：
在一定的温度压力下，微量组分在两共存相中的分配达平衡时，其在两相中的化学位相等。
能斯特分配系数：
在温度、压力恒定的条件下，微量元素i（溶质）在两相分配达平衡时其浓度比为一常数（KD），此常数KD称为分配系数，或称能斯特分配系数。
能斯特分配定律及分配系数的研究有着极其重要的地球化学意义。
可应用于如下多方面的研究：
1）定量研究元素分配；2）为成矿分析提供了理论依据；3）判断成岩和成矿过程的平衡；4）微量元素地质温度计；5）微量元素地质压力计；6）指示沉积环境；7）岩浆作用过程微量元素分配和演化定量模型的研究；8）岩浆形成机制的研究；9）判断岩石的成因。
5.稀土元素的主要特点是什么？
其在地球化学体系中行为差异主要表现有哪些方面？
。
参考答案：
主要特点可归纳为：
1）它们是性质极相似的地球化学元素组，在地质、地球化学作用过程中作为一个整体而活动；2）它们的分馏作用能灵敏地反映地质、地球化学过程的性质（良好的示踪剂）；3）稀土元素除受岩浆熔融作用外，其它地质作用基本上不破坏它的整体组成的稳定性；4）它们在地壳岩石中分布较广。
行为差异主要表现为：
1）溶液的酸碱性：
从La、Ce→Lu，半径不断减小，离子电位（π=W/R）增大，碱性减弱，氢氧化物溶解度减小，开始沉淀时溶液的pH值由8→6，为此，介质的酸碱度能控制稀土元素的分异；2）氧化还原条件：
由于Ce3+（Ce4+）和Eu3+（Eu2+）的变价性，对外界氧化还原条件变化反应敏感，由于价态变化，导致半径和酸碱性相应变化，致使与TR3+整体分离；3）络离子稳定性的差异：
ΣY络离子稳定性＞ΣCe络离子稳定性，ΣCe矿物沉淀后，ΣY元素尚可呈络合物形式在溶液中迁移，在较晚的阶段沉淀，导致ΣCe与ΣY的分异。
4）被吸附能力：
ΣCe被胶体、有机质和粘土矿物吸附能力大于ΣY。
6. 讨论稀土元素的研究意义。
参考答案：
稀土元素可在地球化学研究中得到多方面应用：
1）岩石成因：
不同成因的岩石具有不同的稀土特征。
例：
花岗岩类的成因主要归结为三类：
（a）基性岩浆分异：
Eu负异常型；（b）地壳硅铝层重熔：
轻缓平滑型；（c）花岗岩化：
右倾型。
2）变质岩原岩恢复：
许多变质过程中，稀土元素保持原岩特征。
3）研究地壳演化：
如不同时代的页岩有明显不同的特征，稀土元素特征能反映地壳的演化规律。
7.你认为岩浆作用过程中决定元素浓集成矿的主要机制和决定因素是什么？
答题要点：
分配系数D、分异演化程度、
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