地球化學(xué)課后習(xí)題

緒論答案1.概述地球化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)。答題要點(diǎn)：

1)地球化學(xué)是地球科學(xué)中的一個(gè)二級(jí)學(xué)科；2)地球化學(xué)是地質(zhì)學(xué)、化學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物；3)地球化學(xué)既是地球科學(xué)中研究物質(zhì)組成的主干學(xué)科，又是地球科學(xué)中研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式的學(xué)科；地球化學(xué)既需要構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)、巖石學(xué)作基礎(chǔ)，又能揭示地質(zhì)作用過程的形成和發(fā)展歷史，使地球科學(xué)由定性向定量化發(fā)展；

4)地球化學(xué)已形成一個(gè)較完整的學(xué)科體系，仍不斷與相關(guān)學(xué)科結(jié)合產(chǎn)生新的分支學(xué)科；

5)地球化學(xué)作為地球科學(xué)的支柱學(xué)科，既肩負(fù)著解決當(dāng)代地球科學(xué)面臨的基本理論問題—天體、地球、生命、人類和元素的起源和演化的重大使命，又有責(zé)任為人類社會(huì)提供充足的礦產(chǎn)資源和良好的生存環(huán)境。

2.簡要說明地球化學(xué)研究的基本問題。

答題要點(diǎn)：1)元素及同位素在地球及各子系統(tǒng)中的組成（豐度和分配）；

2)元素的共生組合及賦存形式；

3)元素的遷移和循環(huán)；

4)研究元素（同位素）的行為；

5)元素的地球化學(xué)演化。3.簡述地球化學(xué)學(xué)科的研究思路和研究方法。

答題要點(diǎn)：

研究思路：見微而知著，即通過觀察原子之微，以求認(rèn)識(shí)地球和地質(zhì)過程之著。

研究方法：

一）野外階段：

1)宏觀地質(zhì)調(diào)研。明確研究目標(biāo)和任務(wù)，制定計(jì)劃；2)運(yùn)用地球化學(xué)思維觀察認(rèn)識(shí)地質(zhì)現(xiàn)象；3)采集各種類型的地球化學(xué)樣品。

二）室內(nèi)階段：1)“量”的研究，應(yīng)用精密靈敏的分析測試方法，以取得元素在各種地質(zhì)體中的分配量。元素量的研究是地球化學(xué)的基礎(chǔ)和起點(diǎn)，為此，對(duì)分析方法的研究的要求：首先是準(zhǔn)確；其次是高靈敏度；第三是快速、成本低；2)“質(zhì)”的研究，即元素的結(jié)合形式和賦存狀態(tài)的鑒定和研究；3)地球化學(xué)作用的物理化學(xué)條件的測定和計(jì)算；

4)歸納、討論：針對(duì)目標(biāo)和任務(wù)進(jìn)行歸納、結(jié)合已有研究成果進(jìn)行討論。

4.地球化學(xué)與化學(xué)、地球科學(xué)其它學(xué)科在研究目標(biāo)和研究方法方面的異同。答題要點(diǎn)：地球化學(xué)與與研究地球物質(zhì)成分的礦物、巖石、礦床學(xué)和化學(xué)的關(guān)系如下表

地球化學(xué)礦物學(xué)巖石學(xué)礦床學(xué)化學(xué)研究對(duì)象全部化學(xué)元素與同位素原子的集合體—礦物礦物的集合體—巖石有用礦物的集合體—礦石、礦床元素及化合物研究內(nèi)容元素在地球、地殼中演化活動(dòng)的整個(gè)歷史只研究元素全部活動(dòng)歷史過程中的某個(gè)階段，元素活動(dòng)的某個(gè)“暫時(shí)”存在的形式元素及化合物的化學(xué)性質(zhì)及行為研究對(duì)象所處的空間位置地球、地殼地球、地殼實(shí)驗(yàn)室從表中我們可以看出：

1)地球化學(xué)是研究元素在地球、地殼中演化活動(dòng)的整個(gè)歷史，而礦物、巖石、礦床等學(xué)科僅研究元素全部活動(dòng)歷中的某個(gè)階段；

2)地球化學(xué)是在自然界，又具有空間上條件的不均一性，時(shí)間上單向演化和階段性，體系的多組分，多變度及總體的開放性；

3)地球化學(xué)研究不能脫離基礎(chǔ)地質(zhì)工作，它的一般工作程序仍然是在研究任務(wù)的指導(dǎo)下采用先野外，后室內(nèi)的工作順序，并注意從對(duì)地質(zhì)體的觀察來提取化學(xué)作用信息，建立地球化學(xué)研究構(gòu)思。而化學(xué)主要是在實(shí)驗(yàn)室中，它是人為控制的體系，可以任意調(diào)節(jié)T、P、pH、Eh、C和純化雜質(zhì)。

第一章答案1.概說太陽成份的研究思路和研究方法。

答題要點(diǎn)：我們地球所在的太陽系是由太陽、行星、行星物體(宇宙塵、彗星、小行星）組成的，其中太陽的質(zhì)量占太陽系總質(zhì)量的99.8%，其他成員的總和僅為0.2%，所以太陽的成分是研究太陽系成分的關(guān)鍵。

獲得太陽系豐度資料的主要途徑有：

1)光譜分析，對(duì)太陽和其它星體的輻射光譜進(jìn)行定性和定量分析；

2)直接分析，如測定地殼巖石、各類隕石和月巖、火星樣品；

3)利用宇宙飛行器分析測定星云和星際物質(zhì)及研究宇宙射線。

2.簡述太陽系元素豐度的基本特征。

答題要點(diǎn)：

對(duì)太陽系元素的豐度估算各類學(xué)者選取太陽系的物體是不同的。有的是根據(jù)太陽和其它行星光譜資料及隕石化學(xué)成分，有的根據(jù)I型球粒隕石，再加上估算方法不同，得出的結(jié)果也不盡相同。

1)氫和氦是豐度最高的兩種元素。這兩種元素的原子幾乎占了太陽中全部原子數(shù)目的98％；

2)隨元素的原子序數(shù)增大，元素豐度呈指數(shù)下降，原子序數(shù)>45的元素，元素豐度變化不明顯；

3)原子序數(shù)為偶數(shù)的元素，其元素豐度大于相鄰的奇數(shù)元素；4)鋰、鈹、硼元素豐度嚴(yán)重偏低，氧和鐵元素豐度顯著偏高；

5)質(zhì)量數(shù)為4的倍數(shù)（即α粒子質(zhì)量的倍數(shù)）的核素或同位素具有較高豐度。此外，還有人指出原子序數(shù)（Z）或中子數(shù)（N）為“幻數(shù)”（2、8、20、50、82和126等）的核素或同位素豐度最大。

這是一種估計(jì)值，反映的是目前人類對(duì)太陽系的認(rèn)識(shí)水平，因此這個(gè)估計(jì)值不可能是準(zhǔn)確的，隨著人們對(duì)太陽系以至于宇宙體系探索的不斷深入，這個(gè)估計(jì)值會(huì)不斷的修正。同時(shí)，從總的方面來看，雖然還是很粗略的，但它反映了元素在太陽系分布的總體規(guī)律。

3.說說隕石的分類。

答題要點(diǎn)：

隕石主要是由鎳-鐵合金、結(jié)晶硅酸鹽或兩者的混合物所組成。按隕石中金屬的含量可將隕石分為三類：

1)鐵隕石，主要由金屬Ni、Fe和少量其它元素組成；

2)石隕石，主要由硅酸鹽礦物組成（橄欖石、輝石）。這類隕石可以分為兩類，即決定它們是否含有球粒硅酸鹽結(jié)構(gòu)，分為球粒隕石和無球粒隕石；

3)鐵石隕石，鐵石隕石由數(shù)量上大體相等的Fe、Ni和硅酸鹽礦物組成。

4.月球的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分與地球相比有何異同？

答題要點(diǎn)：

1)月球的主要巖石類型為玄武巖和輝長巖類，沒有花崗巖和沉積巖，但有一種特殊的巖石（克里普巖），是一種含鉀、稀土元素和磷的巖石；

2)月球沒有鐵鎳核，也沒有大氣圈和水圈（所以月球表面無風(fēng)化作用）；

3)與地球化學(xué)成分相比較，月巖中堿金屬和揮發(fā)性元素，富耐熔元素和稀土元素。

5.討論隕石的研究意義。

答題要點(diǎn)：

研究隕石主要從隕石的成分、年齡、成因出發(fā)，其研究成果不僅對(duì)研究太陽系的化學(xué)成分、起源和演化、有機(jī)質(zhì)起源和太陽系空間環(huán)境等有著重要意義，而且對(duì)研究地球的形成、組成演化以及地球早期生命系統(tǒng)的化學(xué)演化也有重要意義。

1)它是認(rèn)識(shí)宇宙天體、行星的成分、性質(zhì)及其演化的最易獲取、數(shù)量最大的地外物質(zhì)；

2)是認(rèn)識(shí)地球的組成、內(nèi)部構(gòu)造和起源的主要資料來源，可以用隕石類比法，地球模型和隕石的類比法來研究地球元素的豐度；5.舉例說明元素存在形式研究對(duì)環(huán)境、找礦或農(nóng)業(yè)問題的意義。

答題要點(diǎn)：

對(duì)找礦：如在超基性巖中鎳的含量一般較高，如果鎳存在于硅酸鹽中，其基本不能被利用，但如果鎳以硫化物形式存在，就有良好的利用價(jià)值了。

對(duì)農(nóng)業(yè)：元素賦存形式的研究，可了解土壤中有益元素是否能夠?yàn)橹参镂?，而有害元素由于呈穩(wěn)定狀態(tài)（獨(dú)立礦物、類質(zhì)同像）含量雖高，植物不易吸收。

對(duì)環(huán)境：環(huán)境中對(duì)元素賦存形式研究，可指示有毒有害元素對(duì)生態(tài)的危害程度，易溶活動(dòng)態(tài)對(duì)生態(tài)環(huán)境危害大，有些元素含量高，但以穩(wěn)定態(tài)形式存在，其危害程度較小。6.英國某村由于受開采ZnCO3礦的影響，造成土壤、房塵及飲食攝入Cd明顯高于其國標(biāo)，但與未受污染的鄰村相比，在人體健康方面兩村沒有明顯差異。為什么？

答題要點(diǎn)：

ZnCO3礦開采后在地表形成大量礦渣，Cd以類質(zhì)同像的形式存在于ZnCO3礦物中，所以造成土壤、房塵及飲食攝入Cd明顯高于其國標(biāo)，但是由于ZnCO3在表生環(huán)境下是穩(wěn)定的，不會(huì)形成可溶性的Cd2+，從而相對(duì)于為受污染的地方無太大的區(qū)別。

第三章答案1.舉例說明元素地球化學(xué)遷移的定義。答題要點(diǎn)：由于環(huán)境物理化學(xué)條件的變化，元素原來的存在形式變得不穩(wěn)定，為了與環(huán)境達(dá)到新的平衡，元素原來的存在形式解體，轉(zhuǎn)變成一種新的相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)合方式，當(dāng)元素賦存狀態(tài)發(fā)生變化的同時(shí)，伴隨有元素的空間位移和元素組合變化，稱為元素的地球化學(xué)遷移。2.舉例說明影響元素地球化學(xué)遷移過程的因素。

答題要點(diǎn)：

元素的地球化學(xué)遷移過程包括了三個(gè)進(jìn)程：活化（解體）→遷移（空間位移，存在形式發(fā)生變化）→重新結(jié)合（以新的存在形式穩(wěn)定沉淀）。

影響因素為：

1)元素遷移前的存在形式。如元素處于吸附狀態(tài)，則容易發(fā)生遷移；若元素已進(jìn)入到礦物晶格內(nèi)部，形成了獨(dú)立礦物或呈類質(zhì)同象，則難遷移；

2)元素的地球化學(xué)性質(zhì)—如離子的電價(jià)、半徑等，它們既決定了元素結(jié)合成化合物時(shí)的化學(xué)鍵類型，也控制了元素在水溶液中的遷移形式。離子鍵和分子鍵化合物由于易溶于水，較易遷移，而共價(jià)鍵和金屬鍵化合物則較難遷移；

3)此外，體系中相伴組分的類型和濃度、體系中的物理化學(xué)強(qiáng)度參數(shù)的空間變化（濃度差、壓力差、溫度差等），以及環(huán)境的pH值和Eh值變化，都會(huì)影響元素的遷移形式和遷移能力。

3.列舉自然界元素遷移的標(biāo)志。

答題要點(diǎn)：

1)礦物組合的變化，如在巖漿侵入體或熱液礦床的圍巖中經(jīng)常可以發(fā)現(xiàn)蝕變礦物組合，當(dāng)中酸性巖漿巖外圍的碳酸巖巖石發(fā)生矽卡巖化時(shí)，原來的碳酸鹽礦物（方解石CaCO3、白云石(Ca,Mg)CO3）被新生成的硅酸鹽礦物（石榴子石(Ca,Fe)3(Fe,Al)2[SiO4]3、輝石Ca(Mg,Fe)Si2O6等）所替代。蝕變巖石與原巖成分的差異：硅、鋁的原子數(shù)相對(duì)增加，同時(shí)鎂、鈣的原子數(shù)相對(duì)減少，指示碳酸巖巖石中發(fā)生了硅、鋁的遷入和鎂、鈣的遷出；

2)巖石中元素含量的變化（通過元素含量的系統(tǒng)測定或定量計(jì)算確定，如等體積計(jì)算法和等陰（氧）離子計(jì)算法）；

3)物理化學(xué)界面--如氧化還原界面，壓力釋放帶，溫度界面，pH界面，水位線，土壤濕度界面等通常是元素發(fā)生或終止遷移的部位。

4.元素地球化學(xué)遷移的研究方法。

答題要點(diǎn)：

1)元素在巖石、礦物中的含量（分配）；

2)元素存在形式的研究；

3)元素含量的空間分布；

4)實(shí)驗(yàn)研究；

5)建立成礦模型。

5.水溶液中元素的遷移形式有那些？其中成礦元素的主要遷移形式又是什么？

答題要點(diǎn)：

水溶液中元素的遷移形式主要有：離子（絡(luò)離子）、分子；膠體；懸浮液；三者間可用濾紙和半透膜分開。

其中成礦元素的主要遷移形式是：在高溫水溶液中，除簡單離子（鹵化物）外，絡(luò)合物（絡(luò)離子）是成礦元素在水溶液中的重要遷移形式。如Na[Sn(F,OH)6]、(K,Na)2[WO2F4]和(K,Na)2[MoO4]就是錫、鎢、鉬在高溫?zé)嵋褐锌赡艿倪w移形式。6.解釋絡(luò)離子的穩(wěn)定性及其在地球化學(xué)遷移中的意義。

答題要點(diǎn)：

絡(luò)離子的穩(wěn)定性，用不穩(wěn)定常數(shù)(k不)表示，它取決于電離能力的大小，這種電離可以表示為下面的一般形式:[Men+AXm-]y-→Men++XAm-（Me：中心離子

A：配位體）

當(dāng)電離達(dá)到平衡時(shí)，離子濃度(嚴(yán)格地說是離子活度)之間存在著以下關(guān)系：K不=[Men+][Am-]X

/[MeAX]y-

K不表示絡(luò)合物的平衡常數(shù)稱為絡(luò)合物離解常數(shù)，亦稱絡(luò)合物的不穩(wěn)定常數(shù)。K不表示了絡(luò)合物穩(wěn)定性的大小，對(duì)于相同配位體的絡(luò)合物，K不值越大，絡(luò)合物在溶液中越不穩(wěn)定（易離解），遷移越近；K不值越小，絡(luò)合物越穩(wěn)定，搬運(yùn)得越遠(yuǎn)。

絡(luò)離子的穩(wěn)定性在地球化學(xué)遷移中的意義：

1)有利于成礦元素的穩(wěn)定遷移（絡(luò)離子不穩(wěn)定常數(shù)K不一般較小，溶解度大）；

2)可用于研究礦床元素分帶；

3)可用于解釋相似元素分異。

7.簡述元素遷移形式的研究方法。

答題要點(diǎn)：

1)過濾法，離子、分子-膠體-懸浮體三者間可用濾紙、和半透膜分開；

2)蝕變礦物組合法；

3)氣液包裹體成分研究；

4)實(shí)驗(yàn)?zāi)M.

8.什么是共同離子效應(yīng)？什么是鹽效應(yīng)？

答題要點(diǎn)：

共同離子效應(yīng)：在難溶化合物的飽和溶液中加入與該化合物有相同離子的易溶化合物時(shí)，使原難溶化合物的溶解度降低。

鹽效應(yīng)：當(dāng)溶液中存在易溶鹽類時(shí)，溶液的含鹽度對(duì)元素的溶解度有影響。溶液中易溶電解質(zhì)的濃度增大，導(dǎo)致其他溶解度增大的現(xiàn)象。

9.天然水的pH值范圍是多少？對(duì)于研究元素在水介質(zhì)中的遷移、沉淀有何意義？

答題要點(diǎn)：

在自然界，水溶液是接近中性的，在弱酸性至弱堿性范圍內(nèi)變化，其PH值一般是4-9，火山口噴氣可達(dá)3左右；在腐殖質(zhì)分布區(qū)，PH為5-6.5；在干熱地區(qū)，PH一般為7-8；海水的PH值一般為8.1-8.3；沙漠地區(qū)的土壤水和干涸鹽湖水的PH值一般≥9，甚至更高；在硫化物礦床氧化帶，PH值最低，甚至可以是負(fù)值。

意義：

1)不同元素遷移要求的pH不同；

2)影響氫氧化物自鹽類溶液中沉淀，堿性條件下沉淀，酸性溶液下溶解；

3)影響元素共生或分離；

4)影響兩性元素的遷移形式；

5)影響酸堿反應(yīng)的方向；

6)影響鹽類的水解。10.舉例說明Eh、pH值對(duì)元素遷移的影響。

答題要點(diǎn)：

pH值影響：如自然界有兩種Fe帽類型：純鐵帽和鐵錳帽。在表生作用過程中，當(dāng)水介質(zhì)為偏酸性時(shí),Mn大部分淋失,而Fe(OH)2,Fe(OH)3是穩(wěn)定的，形成純鐵帽；而當(dāng)水介質(zhì)呈弱堿性時(shí),Fe、Mn氫氧化物都沉淀，而形成鐵錳帽。

Eh值影響：早期形成于還原環(huán)境中的黃銅礦礦體（銅以獨(dú)立礦物CuFeS2的形式存在），在后期的地殼抬升過程中與圍巖一起隆起，轉(zhuǎn)入遭受地表風(fēng)化剝蝕的階段。礦體逐步暴露于地表，其中的Cu元素在表生氧化條件下以溶于水的Cu2+離子形式，隨地表和地下水向低處遷移。Cu的賦存形式發(fā)生如下變化：11.標(biāo)準(zhǔn)電極電位EΘ及環(huán)境的氧化還原電位Eh，在研究元素地球化學(xué)行為方面有什么作用？

答題要點(diǎn)：

EΘ和Eh值確定了變價(jià)元素的價(jià)態(tài)，當(dāng)EΘ<Eh時(shí)，變價(jià)元素主要以高價(jià)態(tài)形式存在，當(dāng)EΘ>Eh時(shí)，變價(jià)元素以低價(jià)態(tài)形式存在。

元素的價(jià)態(tài)和存在形式不同，元素的遷移能力液不同。大部分元素在以氫氧化物形式存在時(shí)，低價(jià)易遷移，當(dāng)環(huán)境突然轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸h(huán)境時(shí)，元素遷移能力急劇降低，環(huán)境突然轉(zhuǎn)變處就構(gòu)成氧化障。當(dāng)元素呈酸根或絡(luò)合物形式存在時(shí)，高價(jià)易遷移，當(dāng)環(huán)境突然轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原環(huán)境時(shí)，元素遷移能力急劇降低，環(huán)境突然變化的地帶就構(gòu)成還原障。

影響因素：組分影響第一，溫度影響第二，當(dāng)反應(yīng)有氫離子，氫氧根離子參加時(shí)，受pH值影響。

12.試述影響元素溶解與遷移的內(nèi)部因素。

答題要點(diǎn)：

1)元素聚集狀態(tài)；

2)元素和化合物的性質(zhì)；

3)晶體場效應(yīng)。

13.自然界中地球化學(xué)熱力學(xué)體系基本特點(diǎn)是什么？

答案要點(diǎn)：

自然界地球化學(xué)熱力學(xué)體系的特點(diǎn)：

1)是一個(gè)熱力學(xué)體系,它處于地殼（巖石圈）的熱力學(xué)條件下，由于地殼（巖石圈）各個(gè)部分的熱力學(xué)條件差異而不斷地變化；

2)多數(shù)地球化學(xué)體系是開放體系,少數(shù)接近封閉體系；

3)地球化學(xué)體系的不可逆性和不平衡性是絕對(duì)的。但在自然界不少作用過程往往又是有向著平衡方向進(jìn)行的趨勢，也可以局部地、暫時(shí)地達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，在形式上呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

14.自然體系中哪些特征可作為體系達(dá)到平衡態(tài)的證據(jù)與標(biāo)志？

答案要點(diǎn)：

1)礦物共生組合在時(shí)間上、空間上的重復(fù)出現(xiàn)；

2)一定化學(xué)成分的礦物共生組合,隨其形成條件而改變；

3)常見巖石(礦石)中主要礦物的種數(shù)有限。

15.討論相律及其應(yīng)用。

答案要點(diǎn)：

相律就是平衡態(tài)下，體系中相、組分和變量間的關(guān)系。其表達(dá)方式有：

1)吉布斯相律:F=k-Φ+2(自由度=獨(dú)立組分?jǐn)?shù)-相數(shù)+2)；

2)戈?duì)査姑芴氐V物相律：F≥2,Φ≤K(平衡因素自由度至少有T、P兩個(gè)；礦物數(shù)≤組分?jǐn)?shù))；

3)柯爾仁斯基相律：Φ≤K惰：在一定溫度、壓力,一定活性組分化學(xué)位的條件下，相互平衡的礦物數(shù)不超過惰性組分?jǐn)?shù)。

地球化學(xué)應(yīng)用相律兩個(gè)方面：

1)推測某種巖石、礦石是否達(dá)到平衡；2)利用相律繪制和解釋地球化學(xué)相圖。

16.編制相圖的原理和方法。

答題要點(diǎn)：

編制相圖是熱力學(xué)研究礦物相平衡關(guān)系的重要手段。

計(jì)算步驟：

1)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式中出現(xiàn)的相,按其物態(tài)和多形變體查閱有關(guān)的熱力學(xué)數(shù)據(jù):

△H2098,△S2098,△G2098,V2098,CP等;

2)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(T=298K,P=1x105帕)的反應(yīng)的熵變△S0反應(yīng)和△H0反應(yīng)

；

3)依據(jù)計(jì)算的精度要求，可以引入一些必要的假設(shè)條件，如：△CP（等壓真分子熱容的變量）=0或定值，活度=1（固相：a=1）；

4)以吉布斯自由能公式作為基本公式，計(jì)算任意溫度、壓力下的化學(xué)反應(yīng)自由能值，界入假設(shè)條件，給予簡化，列出任意溫度、壓力條件下的化學(xué)反應(yīng)自由能值（△GPT）與P、T、a變量的關(guān)系式。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，△GPT=0，代入已知的焓變、熵變等值，即可獲得共生礦物組合平衡時(shí)T~P之間關(guān)系式或T~P~a之間關(guān)系式。

5)根據(jù)所獲得的T~P或T~P~a關(guān)系式，給出一組數(shù)據(jù)即可編制各種相圖。17.簡述化學(xué)反應(yīng)制動(dòng)原理的宏觀解釋。

答案要點(diǎn)：

-△G值最大的反應(yīng)對(duì)于那些-△G值稍小于它的反應(yīng)起控制作用，這就是化學(xué)反應(yīng)控制原理的宏觀解釋。例如：FeSiO3+MnS→MnSiO3+FeS

△Gr=-11.56KJ若反應(yīng)向左

△Gr>0

為此，在硫不足的情況下，反應(yīng)只能向右進(jìn)行，形成鐵的硫化物和錳的硅酸鹽組合。18.簡述熱力學(xué)在地球化學(xué)中的應(yīng)用。

答案要點(diǎn)：

1)從元素結(jié)合過程中的熱效應(yīng)（能量效應(yīng)）來討論元素的集合規(guī)律和存在形式（元素地球化學(xué)親和性的熱力學(xué)控制、礦物固溶體熱力學(xué)計(jì)算，礦物溶解度及元素在溶體中的存在形式）；

2)自然過程的方向和限度的確定及礦物相平衡計(jì)算和相圖的編制。

19.簡述地球化學(xué)熱力學(xué)與地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)的異同。

答案要點(diǎn)：

地球化學(xué)熱力學(xué)在地質(zhì)研究中經(jīng)常忽視了對(duì)地質(zhì)作用時(shí)間因素的考查，化學(xué)熱力學(xué)也只是考慮了自然過程的可能性、方向和平衡態(tài)的實(shí)現(xiàn)，而不直接研究作用的速率和進(jìn)程。地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)在研究地質(zhì)作用時(shí)將時(shí)間因素作為考查的核心問題，將地球化學(xué)研究推向一個(gè)新的深度。

第四章答案1.什么是微量元素地球化學(xué)？其研究意義是什么？

參考答案：

微量元素地球化學(xué)：它是地球化學(xué)的重要分支學(xué)科，研究在各種地球化學(xué)體系中微量元素的分布、分配、共生組合及演化的規(guī)律，其特色之處就是能夠近似定量地解決問題，使實(shí)際資料和模型計(jì)算結(jié)合起來。

研究意義：微量元素可作為地質(zhì)、地球化學(xué)過程示蹤劑，在解決當(dāng)代地球科學(xué)面臨的基本理論問題—天體、地球、生命、人類和元素的起源及演化，為人類提供充足的資源和良好的生存環(huán)境等方面發(fā)揮重要的作用。

2.了解微量元素地球化學(xué)的研究思路及研究方法。

參考答案：

研究思路：“見微而知著”:通過觀察自然界中之“微”—微量元素，來認(rèn)識(shí)天體（部分）、地球中各種地質(zhì)、地球化學(xué)作用之“著”。

研究方法：采用精確、靈敏、快速的分析測試方法，獲得高精度數(shù)據(jù)；應(yīng)用各學(xué)科的先進(jìn)理論（分配定律，耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同論等等）來觀察、研究宏觀世界，以期獲得更接近客觀實(shí)際的認(rèn)識(shí)。

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？

參考答案：

微量元素：元素在所研究客體(地質(zhì)體、巖石、礦物等)中的含量低到可以近似地用稀溶液定律描述其行為，該元素可稱為微量元素。特點(diǎn)：在體系中含量低（<0.1%），通常不形成自己的獨(dú)立礦物，其行為服從稀溶液定律和分配定律。在不同條件下演化規(guī)律基本一致，可以指示物質(zhì)的來源和地質(zhì)體的成因。

常量元素：體系中元素含量高（>0.1%），通常以獨(dú)立礦物形式存在，其行為服從相律和化學(xué)計(jì)量比。在不同條件下演化規(guī)律不一致，可以指示地質(zhì)、地球化學(xué)作用進(jìn)行的條件和演化過程。

微量元素在礦物中主要存在形式有：

1)快速結(jié)晶過程中陷入囚禁帶內(nèi)；

2)賦存在晶格的缺陷；3)在固溶體中替代主相的原子。

4.闡述能斯特分配定律、能斯特分配系數(shù)的概念及其研究意義。

參考答案：

能斯特分配定律：在一定的溫度壓力下，微量組分在兩共存相中的分配達(dá)平衡時(shí)，其在兩相中的化學(xué)位相等。

能斯特分配系數(shù)：在溫度、壓力恒定的條件下，微量元素i(溶質(zhì))在兩相分配達(dá)平衡時(shí)其濃度比為一常數(shù)(KD)，此常數(shù)KD稱為分配系數(shù)，或稱能斯特分配系數(shù)。

能斯特分配定律及分配系數(shù)的研究有著極其重要的地球化學(xué)意義，可應(yīng)用于如下多方面的研究：

1)定量研究元素分；

2)為成礦分析提供了理論依；

3)判斷成巖和成礦過程的平衡；

4)微量元素地質(zhì)溫度；

5)微量元素地質(zhì)壓力；

6)指示沉積環(huán)境；

7)巖漿作用過程微量元素分配和演化定量模型的研究；

8)巖漿形成機(jī)制的研究；

9)判斷巖石的成因。

5.稀土元素的主要特點(diǎn)是什么？其在地球化學(xué)體系中行為差異主要表現(xiàn)有哪些方面？

參考答案：

稀土元素的主要特點(diǎn)可歸納為：

1)它們是性質(zhì)極相似的地球化學(xué)元素組，在地質(zhì)、地球化學(xué)作用過程中作為一個(gè)整體而活動(dòng)；

2)它們的分餾作用能靈敏地反映地質(zhì)、地球化學(xué)過程的性質(zhì)（良好的示蹤劑）；

3)稀土元素除受巖漿熔融作用外，其它地質(zhì)作用基本上不破壞它的整體組成的穩(wěn)定性；

4)它們在地殼巖石中分布較廣。

地球化學(xué)行為差異主要表現(xiàn)為：

1)溶液的酸堿性：從La、Ce→Lu，半徑不斷減小，離子電位（π=W/R）增大，堿性減弱，氫氧化物溶解度減小，開始沉淀時(shí)溶液的pH值由8→6，為此，介質(zhì)的酸堿度能控制稀土元素的分異；

2)氧化還原條件：由于Ce3+(Ce4+)和Eu3+(Eu2+)的變價(jià)性，對(duì)外界氧化還原條件變化反應(yīng)敏感，由于價(jià)態(tài)變化，導(dǎo)致半徑和酸堿性相應(yīng)變化，致使與TR3+整體分離；

3)絡(luò)離子穩(wěn)定性的差異：ΣY絡(luò)離子穩(wěn)定性＞ΣCe絡(luò)離子穩(wěn)定性，ΣCe礦物沉淀后，ΣY元素尚可呈絡(luò)合物形式在溶液中遷移，在較晚的階段沉淀，導(dǎo)致ΣCe與ΣY的分異；

4)被吸附能力：ΣCe被膠體、有機(jī)質(zhì)和粘土礦物吸附能力大于ΣY。

6.討論稀土元素的研究意義。

參考答案：稀土元素可在地球化學(xué)研究中得到多方面應(yīng)用：

1)巖石成因：不同成因的巖石具有不同的稀土特征。如花崗巖類的成因主要?dú)w結(jié)為三類：

(a)基性巖漿分異：Eu負(fù)異常型；(b)地殼硅鋁層重熔：Eu輕緩平滑型；

(c)花崗巖化：Eu右傾型；2)變質(zhì)巖原巖恢復(fù)：許多變質(zhì)過程中，稀土元素保持原巖特征；

3)研究地殼演化：如不同時(shí)代的頁巖有明顯不同的特征，稀土元素特征能反映地殼的演化規(guī)律。

7.你認(rèn)為巖漿作用過程中決定元素濃集成礦的主要機(jī)制和決定因素是什么？

答題要點(diǎn)：

分配系數(shù)D、分異演化程度、部分溶融程度、重力分異。

8.根據(jù)微量元素的特點(diǎn),說明那些元素適合于研究沉積巖物源區(qū)特征,為什么?

答題要點(diǎn)：

化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，一般地質(zhì)作用不能破壞它的穩(wěn)定性，在沉積旋回中分異不明顯的元素，只有這樣才能夠指示源區(qū)，如REE，Th，和Sc等，能夠較好的反映源區(qū)。注意對(duì)于在海水中居留時(shí)間短的，應(yīng)該用其比值。而中等活動(dòng)性的元素只具有部分繼承性，強(qiáng)活動(dòng)性元素，如B,Sr,Li,I等主要受沉積—成巖作用的影響，而對(duì)源區(qū)無明顯指示意義。第五章答案1.同位素地球化學(xué)在解決地學(xué)領(lǐng)域問題中有何獨(dú)到之處？

參考答案：

其獨(dú)到之處可歸納為：

1)計(jì)時(shí)作用體系的時(shí)鐘：從體系形成以來時(shí)時(shí)刻刻不受干擾地走動(dòng)著，可以測定體系的年齡，尤其是對(duì)隱生宙的前寒武紀(jì)地層及復(fù)雜地質(zhì)體；

2)示蹤作用：同位素組成的變化受到作用環(huán)境和作用本身的影響，指示地質(zhì)體形成的環(huán)境條件、機(jī)制，并能示蹤物源；

3)測溫作用：由于某些礦物同位素組成的變化與其形成的溫度有關(guān)，可用來設(shè)計(jì)各種礦物對(duì)的同位素溫度計(jì)，測定成巖成礦溫度。此外，還可用來進(jìn)行資源勘查、環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害防治等。

2.何謂穩(wěn)定同位素、何謂輕穩(wěn)定同位素和重穩(wěn)定同位素。

參考答案：

根據(jù)核素的穩(wěn)定性，自然界中的同位素分兩大類：

1)放射性同位素：其核能自發(fā)地衰變?yōu)槠渌说耐凰兀?/p>

2)穩(wěn)定同位素：其核是穩(wěn)定的，到目前為止，還沒有發(fā)現(xiàn)它們能夠衰變成其它核的同位素。穩(wěn)定同位素又分為：(a)輕穩(wěn)定同位素：原子序數(shù)Z＜20，ΔA/A≥5%(ΔA為兩同位素質(zhì)量差)，其發(fā)生同位素組成變化的主要原因是同位素分餾作用，其反應(yīng)是可逆的；(b)重穩(wěn)定同位素：原子序數(shù)Z＞20，ΔA/A＜5%；其發(fā)生同位素同位素組成變化的主要原因是放射性核素不斷衰變的結(jié)果所造成的，這種變化是不可逆的。

3.選擇同位素標(biāo)準(zhǔn)樣品的條件。

參考答案：

同位素分析資料要能夠進(jìn)行世界范圍內(nèi)的比較就必須建立世界性的標(biāo)準(zhǔn)樣品。

世界標(biāo)準(zhǔn)樣品的條件：

1)在世界范圍內(nèi)居于該同位素成分變化的中間位置，可以做為零點(diǎn)；

2)標(biāo)準(zhǔn)樣品的同位素組成要均一；

3)標(biāo)準(zhǔn)樣品要有足夠的數(shù)量；

4)標(biāo)準(zhǔn)樣品易于進(jìn)行化學(xué)處理和同位素測定。

4.造成放射性同位素組成變化的原因是什么？

參考答案：

主要原因是放射性衰變作用或稱衰變反應(yīng)。

放射性同位素不斷自發(fā)地發(fā)射出質(zhì)點(diǎn)和能量，改變同位素組成并轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的核素，這種過程稱核衰變反應(yīng)或蛻變。結(jié)果母體同位素（母核）不斷減少，而子體同位素（子核）不斷增加。常見的衰變反應(yīng)有α衰變、β衰變、電子捕獲、重核裂變四類。

5.造成穩(wěn)定同位素組成變化的原因是什么？

參考答案：

主要原因是穩(wěn)定同位素的分餾作用。

根據(jù)分餾作用的性質(zhì)和條件的不同可分為：

1)物理分餾：也稱質(zhì)量分餾，同位素之間因質(zhì)量引起一系列與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)的不同，如密度、比重、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等微小的差別，使之在蒸發(fā)、凝聚、升華、擴(kuò)散等自然物理過程中發(fā)生輕重同位素的分異；

2)動(dòng)力分餾：質(zhì)量不同導(dǎo)致同位素分子參加化學(xué)反應(yīng)活性的差異（不同的分子振動(dòng)頻率和化學(xué)鍵強(qiáng)度不同）。導(dǎo)致輕同位素分子的反應(yīng)速率高于重分子，在共存平衡相之間產(chǎn)生微小的分餾，反應(yīng)產(chǎn)物、特別是活動(dòng)相中更富集輕同位素；

3)平衡分餾：化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物和生成物之間由于物態(tài)、相態(tài)、價(jià)態(tài)以及化學(xué)鍵性質(zhì)的變化，輕重同位素分別富集在不同分子中，也稱同位素交換反應(yīng)。達(dá)到同位素交換平衡時(shí)共存相同位素相對(duì)豐度比值為常數(shù)，稱分餾系數(shù)α；

4)生物化學(xué)分餾：生物活動(dòng)和有機(jī)反應(yīng)也能導(dǎo)致的同位素分餾效應(yīng)。如植物的光合作用使12C更多地富集于生物合成有機(jī)化合物中。生物成因的地質(zhì)體如煤、油、氣等具有最高的12C/13C值。生物化學(xué)分餾是同位素分異作用中