地球化学综合练习试题.docx

1、地球化学综合练习试题地球化学综合练习填空题1简述地球化学学科的研究内容.参考答案：1）元素及同位素在地球及各子系统中的组成2）元素的共生组合及赋存形式3）元素的迁移和循环4）研究元素（同位素）的行为5）元素的地球化学演化。填空题2简述地球化学学科的研究思路和研究方法参考答案： 研究思路：见微而知著，即通过观察原子之微，以求认识地球和地质过程之著。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

2、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。 填空题3浓集系数参考答案： =工业利用的最低品位/克拉克值。为某元素在矿床中可工业利用的最低品位与其克拉克值之比。 填空题4球粒陨石参考答案：是石陨石的一种。（约占陨石的84%）：含有球体，具有球粒构造，球粒一般为橄榄石和斜方辉石。基质由镍铁、陨硫铁、斜长石、橄榄石、辉石组成。划分为：E群顽火辉石球粒陨石，比较稀少；O群普通球粒陨石：H亚群高

3、铁群，橄榄石古铜辉石球粒损石；L亚群低铁群，橄榄紫苏辉石球粒陨石；LL亚群低铁低金属亚群；C群碳质球粒陨石，含有碳的有机化合物和含水硅酸盐，如烷烃、芳烃、烯烃、氨基酸、卤化物、硫代化合物等。为研究生命起源提供重要信息。分型、型和型。型其非挥发性组成代表了太阳系星云的非挥发性元素丰度。填空题5地球化学省参考答案：在一个区域内不仅一两种元素丰度很高，对应矿床成群出现，而且在历史演化中，矿产产出率也特别高，这一区段叫地球化学省。填空题6对角线规律参考答案：元素周期表内位于一条对角线的元素，相互之间容易发生类质同象。填空题7简述陨石在地化研究中的意义参考答案： （一）陨石的成分是研究和推测太阳系及地球

4、系统元素成分的重要依据：（1）用来估计地球整体的平均化学成分。1陨石类比法，即用各种陨石的平均成分或用球粒陨石成分来代表地球的平均化学成分。2地球模型和陨石类比法来代表地球的平均化学成分，其中地壳占质量的1%，地幔31.4%，地核67.6%，然后用球粒陨石的镍铁相的平均成分加5.3%的陨硫铁可以代表地核的成分，球粒陨石的硅酸盐相平均成分代表地壳和地幔的成分，用质量加权法计算地球的平均化学成分。（2）I型碳质球粒陨石其挥发性组成代表了太阳系中非挥发性元素的化学成分。（二）陨石的类型和成分是用来确定地球内部具层圈结构的重要依据：由于陨石可以分为三种不同的陨石石陨石、石铁陨石和铁陨石，因而科学家设想

5、陨石是来自某种曾经分异成一个富含金属的核和一个硅酸盐外壳的行星体，这种行星经破裂后就成为各种陨石，其中铁陨石来自核部，石铁陨石来自金属核和硅酸盐幔的界面，而石陨石则来自富硅酸盐的幔区。这种设想成为推测地球内部结构和化学成分的重要依据之一。（三）碳质球粒陨石的有机化合物成分是研究地球早期生命系统的化学演化及来源的重要依据和信息，在碳质球粒陨石中已发现有机化合物60多种。有人认为地球早期生命系统的化学演化不一定来源于行星的大气，而有可能来自太阳星云凝聚时已合成的有机质。 填空题8比较太阳系、地球、地壳主要化学元素丰度特征的异同点，说明自然界元素丰度的基本特征和决定自然体系中元素丰度的最基本因素。参

6、考答案： 1）特征的异同：太阳系：HHeONCSiMgS地球；FeOMgSiNiSCaAlCaNa地壳：OSiAlFeCaNaKMgTiH硅酸盐在地球表层富集，较难熔的镁铁硅酸盐和金属铁下沉。2）自然界元素丰度的基本特征：1个元素丰度随原子序数的增大而呈指数下降；在Z45之后丰度值又相近。2原子序数为偶数的同位素丰度大于奇数者（中子数、质量数同）奥多-哈根斯法则；3四倍原则：如O（A=16），质子数为4的倍数4Li、P、B丰度很低，为亏损元素（核子结合能低，形成后易分解）5Fe和O过量（核子结合能最高，核子稳定）6原子序数（质子数或中子数）是“幻数”的元素丰度高（氦、氧、钙等：2、8、14、2

7、0、2850、82、126）3）决定自然体系中元素丰度的最基本因素：1与原子结构有关具有最稳定原子核的元素分布最广，当中子数和质子数比例适当时核最稳定。如在原子序数20的轻核中，中子质子等于一是，核最稳定，由此可以说明O、Mg、Si、Ca的丰度较大的原因；随原子序数增大，核内质子间的斥力大于核力，核子的结合能降低，原子核就趋于不稳定，所以元素同位素的丰度就要降低；偶数元素或同位素的原子核内，核子倾向成对，他们自旋力矩相等，而方向相反，量力力学证明：这种核的稳定性最大，因而这种元素或同位素在自然界分布最广；中子数等于幻数的同位素，其原子核中的壳层为核子所充满，形成最为稳定的原子核，因而具有高的丰

8、度。2与元素起源、形成过程及元素形成后的化学分异有关。在恒星的高温条件下。可以发生有质子参加的热核反应，这使Li、Be、B迅速的转变为4He的同位素，因此，Li、Be、B丰度明显偏低就同他们在恒星热核反应过程中被消耗的历史有关；在内行星和陨石物质中气态元素（H、He等）的丰度极大的低于太阳系中各该元素的丰度，造成这种差别的原因为这些元素在行星和陨石母体形成或存在过程中逃逸到宇宙空间所致。 填空题9克拉克值对元素富集和元素地球化学意义的因素有哪些？参考答案： 1）克拉克值高的元素易形成独立矿床2）克拉克值高的元素形成矿物种类也多：例如：O、Si、Al、Fe元素的矿物种类非常多；而克拉克值低的元素

9、形成矿物种类也少，例如：Li、Re等不形成独立矿物。所以，自然界仅3000种矿物，而实验室可有数十万种化合物。 填空题10简述元素地球化学亲和性参考答案： 1）定义：指元素形成阳离子的能力及阳离子在自然体系中有选择地与某阴离子化合的倾向性。2）亲和性包括：强。亲氧元素主要有-碱金属、碱土金属、稀土元素、稀有元素等-Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Zr、Hf、Nb、Ta、REE等。亲氧元素主要熔于硅酸盐熔体；亲硫性（亲铜性）-阳离子和硫结合成共价键为主的硫化物和硫盐的性质。亲硫元素其离子最外层具有S2P6d10的铜型18电子结构，具较大的电负性和离子半径、较低的电价；多

10、为逆磁性，氧化物生成热亲铁性-指元素以金属状态产出的一种倾向性。亲铁元素离子最外层有8-18过渡型电子结构，多为强磁性，氧化物生成热最小，与氧和硫的亲合力均弱，易熔于熔铁，集中分布于铁镍核。在O和S缺乏的体系中，一些金属不能与阴离子形成化合物，只能以自然金属形式存在，它们以金属键结合，与铁共生。亲铁元素有-Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt等.亲气性-原子最外层8电子，原子容积最大，熔点、沸点低，以气体形式存在，具挥发性，集中在大气圈.如：O2、N2、H2、Ne、Ar、Kr等。亲生物性：这些元素富集在生物圈，组成或进入生物体。如：C、O、N、H、P、B等。 填空题11捕获参考

11、答案：若两种离子半径相似而电价不同，则较高价离子优先进入晶格，集中于较早期结晶的矿物中填空题12内潜同晶参考答案：两种离子浓度大致相等，而一种元素以分散量进入另一元素的晶格内，可以分出主要元素和次要元素时，这时次要元素就隐蔽在主要元素之中，称为内潜同晶填空题13补偿类质同象参考答案： 指组分浓度不同影响元素类质同象置换规律的情况。一种熔体或溶液中如果缺乏某种成分,则从中晶出包含此种组分的矿物时,熔体或溶液中与之性质相似的其它元素就可以类质同象混入物的形式加以补充,称为补尝类质同象.如钒钛磁铁矿Fe2+(Fe,V,Ti)23+O4,当Fe2O3浓度过小时,不形成磁铁矿,V2O3,Ti2O3补偿F

12、e2O3进入磁铁矿晶格中而形成. 填空题14类质同象的意义在于？参考答案： 类质同像是自然界化合物中一种十分普遍的现象，它是支配地壳中元素共生组合的一个重要因素，特别是对一些微量元素，是决定它们在自然界活动状况的主要因素1）确定了元素的共生组合（包括微量元素和常量元素间的制约、依赖关系）2）决定了元素在共生矿物间的分配3）支配微量元素在交代过程中的行为4）类质同象的元素比值可作为地质作用过程和地质体成因的标志5）标型元素组合6）影响微量元素的集中或分散（晶体化学分散或残余富集）7）为地质找矿及环境研究服务。 填空题15简述元素地球化学迁移的研究方法。参考答案： 1）元素在岩石、矿物中的含量（分

13、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。 填空题16简述戈尔德施密特地球化学分类和依据。参考答案： 根据化学元素的性质及其在各地球层圈内分配之间的关系，将元素分为4个地球化学组：亲石元素，离子最外层具有2个或8个电子，呈惰性气体型稳定结构，与O、F、Cl亲和力强，多组成氧化物或含氧盐，特别是硅酸盐，形成大部分造岩矿物，并主要集中在岩石圈；亲铜元素，离子最外层具有18个电子的铜型结构，与S、Se、Te亲和力强，多形成硫化物和复杂硫化物；亲铁元素，离子最外层具有818个电子的过渡型结构，与O及S的亲和力均较弱，主要集中在地球深部的铁镍核中；亲气元素，原子最外层

14、具有8个电子，化学活动性较差，主要呈原子或分子状态集中在地球的大气圈中。此外，戈尔德施密特还划分出亲生物元素（主要是C、N、H、O、P等），这些元素多富集在生物圈中。 填空题17简述尔德施密特和林伍德总结的类质同象规律、为什么说类质同象是微量元素分配结合的规律、类质同象的地质矿物的形成环境。参考答案： 应用：1）戈尔德施密特法则：考虑电价、半径因素，适用于结晶过程中的离子键化合物（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晶格。因此，较小离子半径的元素集中于较早期结晶的矿物中，而较大离子半径的元素集中于较晚期结晶的矿物中。如Mg、Fe；Mn进入角闪石、黑云母等较晚结晶矿物中；（

15、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晶格，集中于较早期结晶的矿物中，称为捕获；而较低价离子集中于较晚期结晶的矿物中，称为容许。（3）隐蔽法则：若两种离子电价相同、半径相似，丰度高的主量元素形成独立矿物，丰度低的微量元素将按丰度比例进入主量元素的矿物晶格，即微量元素被主量元素所隐蔽。2）林伍德补充总结的电负性法则：适用于非离子键性化合物（1）当阳离子的离子键成分（键强弱）不同时，电负性小的离子优先进入晶格，形成较强的、离子键成分较多的键。例如：Zn2+半径0.083nm（纳米）电负性857.7千焦/克分子；Fe2+半径0.083nm电负性774千焦/克分子；Mg2+半径0.07

16、8nm电负性732潜同晶链.例如稀土元素及钛铌钙铈矿（Na，Ce，Ca）（Ti，Nb）2O63）为什么：微量元素在地球系统各体系中含量低小于0.1%常不能形成自己的独立矿物而是分散在其他元素构成的矿物晶格中而类质同象正是制约元素质点在矿物晶格中占据的元素分配规律，4）地质意义：对微量元素的分配、结合具特殊的意义：1）类质同象制约了岩石中微量元素与主量元素的共生组合。例如：Ni、Co等元素集中在超基性岩，与它们和Fe、Mg主量元素类质同象有关系。2）类质同象制约了元素在共生矿物间的分配。一种元素在同一岩石各组成矿物间的分配往往极不均匀，这种不均匀分配受结晶化学和热力学多方面的控制，但主要受类质同

17、象规律和分配定律的制约。例如：Ba、Rb、Pb在硅酸盐矿物中主要类质同象K，因此在富K的长石和黑云母中Ba、Rb、Pb的含量也高；贫K矿物斜长石等Ba、Rb、Pb的含量则低。3）支配微量元素在交代过程中的行为：在交代变质过程中系统往往是开放的，在主量元素发生迁移的同时，与主量元素发生类质同象的微量元素也会发生类似的迁移。例如：钾长石交代钠长石时，Sr2+随Na+从晶格迁出，而Rb+则随K+带入。4）类质同象的元素比值可作为地质作用过程和地质体成因的标志：例如：黄铁矿中的Co/Ni可以确定矿床成因：克拉克值Co/Ni=0.28；（wCo/wNi）1为岩浆热液成因矿床；（wCo/wNi）1为沉积成

18、因矿床5）类质同象的标型元素组合或指纹元素组合：同一种矿物在不同成因条件下往往有不同特征的类质同象元素组合，据此可以推测例如：磁铁矿Fe2+O.Fe2+2O3有两个类质同象系列：Fe2+类质同象系列：Mg2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+、Cr3+等，富Mg2+、Co2+、Ni2+、Cr3+、V3+-基性超基性岩；富Mg2+、Zn2+、Cu2+、GA3+-接触交代变质型碳酸岩；Fe3+类质同象系列：Al3+、Sn4+、V3+、Ge4+、Mn3+、Ti4+等；富Al3+、Sn4+而贫Mg2+-酸性岩；富V3+、Ge4+、Mn2+-沉积变质岩.6）类质同象影响微量元素的集中和分散：在岩浆

19、结晶分异过程中，能够与主量元素发生类质同象的微量元素会晶体化学分散，例如Rb因与K类质同象而分散；不能与主量元素发生类质同象的微量元素，则在残余熔体中富集，有可能在适当的条件下形成副矿物，或者转入岩浆期后热液中富集成矿，即残余富集。例如：Be（半径0.035）有两种形式：Be2+与（BeO4）6-；碱性岩中，Be的丰度较大，为（79）10-6，富K+Na+和高价Ree+、Ti4+等离子，为处碱性介质中：酸根形式存在（BeO4）6-与（SiO4）4-类质同象而分散：如在长石中，（BeO4）6-+Ree3+=（SiO4）4-+（K、Na）+在辉石中，（BeO4）6-+Ti4+=（SiO4）4-+M

20、g2+酸性岩中，Be的丰度较小，为（35）10-6，但酸性介质中以Be2+形式存在，不与主量元素Si发生类质同象而可富集成矿.如绿柱石.7）类质同象的生物致病：例如：骨痛病-骨骼中的Cd造成骨痛和骨骼断裂.Cd类质同象Zn，进入闪锌矿（ZnS）中;地表发生氧化作用:填空题18简述元素的地球化学迁移参考答案：元素在地质作用中由一种存在形式变为另一种，并伴随着一定的空间位移的运动过程，叫元素的地球化学迁移。一个完整的迁移过程包括：活化、搬运、沉淀三个环节。有三个迁移类型：化学与物理迁移（水及水溶液迁移）、硅酸盐熔体迁移、气体迁移，生物或生物地球化学迁移，机械迁移（很次要）。元素以固态形式迁移主要是

21、扩散作用：（定义：如果一个体系的不同部分中，某元素的浓度不同，则该元素的质点将自动从高浓度处向低浓度移动，直到各处浓度相同而后止。）填空题19简述交代作用。参考答案： 一种难溶矿物沉淀以后，元素的迁移作用并非停止，溶液中饱和着组成化合物的离子，矿物与溶液处于动态平衡之中。只要溶液中出现了能够形成更低活度积的化合物的离子，则原矿物溶解，活度积更低的化合物沉淀，地球化学上称为交代反应 填空题20简述能斯特方程参考答案：任意态（T和浓度变化）氧化还原反应：将化学反应等温方程式代入G0反应=nFEh，经整理得到能斯特方程：Eh=Eho+（RT/nF）ln（氧化态/还原态）Eh是化学反应接近平衡时的度量

22、，因此也是反应强度标准。式中：R气体常数T绝对温度n参加反应的电子数F法拉第常数，F=23062.3卡/伏特克当量=96500J/VEho一标准氧化电极电位氧化态和还原态的浓度。在一个大气压和25条件下（只是浓度变化），将R、F、T数值代入上式并变换成常用对数得：Eh=Eh+（0.059/n）lg（氧化态/还原态）填空题21简述地球化学障参考答案：元素在迁移过程中碰到环境的物理化学条件发生了急剧变化，而使元素迁移强度在短距离内发生急剧减小，发生沉淀浓积。这些引起元素沉淀的条件和因素称为地球化学障包括氧化障和还原障。更多内容请访问睦霖题库微信公众号填空题22简述离子电位参考答案：为离子电价与其半

23、径的比值。决定了离子吸引电价的能力，是影响元素性质和行为的重要因素。填空题23简述环境的氧化还原电位Eh。参考答案： 指体系中有多种组分存在的氧化一还原反应中，作用结果的总体体系的电位，它取决于其中占主导地位的过剩组分的氧化还原电位，称为环境的氧化还原电位，用Eh表示。意义：环境的氧化一还原电位是衡量自然环境氧化或还原某种元素（离子或原子）能力的量。例：与大气接触的各种地表环境中，O2是过剩组分。开阔海面及表层水，PO2=0.21，Eh=+0.3ev；海底有机质堆积区为缺氧环境PO2=10-100，Eh=-0.60。 填空题24简述溶度积。参考答案： 是一种难容电解质固体和他的饱和溶液在平衡时

24、的平衡常数。是导致各种金属盐类矿物出现交代反应的原因或主要控制因素。 填空题25简述介质pH值对元素迁移的控制规律。参考答案： （1）介质pH值控制金属离子的溶解迁移：pH7，碱性条件下相反；但Se+6、Mo+6、V+5、As+5呈高价离子迁移；两性元素在强酸强碱下溶解迁移，在正常水体PH=4-9内难溶（2）介质的pH控制氢氧化物从溶液中的沉淀，如Mn（OH）2pH=9.0；Mg（OH）2pH=10.5；KOHpH11；NaOH与氢氧化物溶度积的小大：Hg2+ni2+cu2+zn2+fe2+Pb2+co2+cd2+3的元素.例如：Nb、Ta、Zr、Hf、P、Y等.高场强元素由于高的离子电位，易

25、形成岩浆副矿物，如锆石、磷灰石等独立相.高场强元素的活动性小：熔点高，难熔于熔体相；不溶于水，难被水溶解或携带迁移.填空题29简述能斯特分配定律参考答案：在一定温度、压力下，溶质在互不相溶两平衡相（A相和B相）间的浓度比为一常数.两平衡相（A相和B相）的化学位相等：KA/BDi=XAi/XBi式中：XAi：A相中溶质i的浓度；XBi：B相中溶质i的浓度；KD:/能斯特分配系数（简单分配系数）；填空题30简述总分配系数（D）参考答案：又称为岩石的分配系数，它是用来讨论微量元素在岩石（矿物集合体）和与之平衡的熔体之间的分配关系的.总分配系数（D）表示为：Di=KDi.X=KDiA/L.XiA+KD

26、iB/L.XiB+式中：XA、XB.为岩石中的A、B.相各自占的质量百分数；KDiA/L、KDiB/L.为A、B各相矿物和与之平衡的熔体之间的分配系数.填空题31简述不相容元素（ICE）参考答案：D小于1的元素，随着结晶程度的增长而逐步在残余岩浆中富集.如Rb、Cs、Ba、Sr、Zr、Nb、Th、REE、P等填空题32简述Eu异常参考答案：Eu=EuEu*=EuN【（SmN+GdN）2】反应Eu异常的程度，N为该元素球粒陨石标准化值，一般还原条件下Eu负异常。填空题33简述Ce异常参考答案：Ce=CeCe*=CeN【（LaN+PrN）2】反应Ce异常的程度，N为该元素球粒陨石标准化值，一般氧化

27、条件下Ce正异常。填空题34简述稀土元素球粒陨石标准化丰度参考答案：把样品中某稀土元素丰度与标准对应的球粒陨石各元素丰度相除，所得值为该元素的（如Eu的：EuN=Eu样Eu球。目的：消除由于奇偶规律所造成的REE丰度的锯齿状变化，使样品中个REE间的任何程度的分离都能清楚地显示出来，因为一般公认球粒陨石中轻重稀土元素无分异）填空题35简述衰变系列。参考答案： 从放射性同位素母核经过多个中间放射性子核直到最后稳定的子核这一个系列 填空题36简述衰变常数参考答案：卢瑟福认为：放射性元素在单位时间内衰变掉的原子数与现存的母核数成正比，其公式为：-N/t=N式中即是衰变常数。填空题37简述BABI参考答案：地球锶同位素的演化大约在46亿年左右开始，那时原始锶的（87Sr/86Sr）比值为0.699（BABI），该固定值即为BABI。以玄武质无球粒陨石的（87Sr/86Sr）比值作为标准。填空题38简述地球Sr的演化参考答案： （图）地球形成后，因87Rb不断衰变成87Sr，而86Sr保持不变，故87Sr/86Sr比值不断增长。现今未亏损地幔的-比值介于0.704-0.7