地球化學(xué)復(fù)習(xí)題

概念解釋1、地球化學(xué)親和性：在自然體系中，陽(yáng)離子有選擇性地與某陰離子化合（結(jié)合）的傾向性稱為地球化學(xué)親和性。2、類質(zhì)同象：元素互相結(jié)合過程中，性質(zhì)相似的元素發(fā)生代換起到性質(zhì)相似的作用，按概率占據(jù)相似的位置，而不引起晶格常數(shù)過大的變化的現(xiàn)象稱之為類質(zhì)同象。3、不相容元素：固相/液相分派系數(shù)近于零，趨向于在液相中富集的微量元素。4、自由能：地球化學(xué)體系內(nèi)可用于對(duì)外做功的能稱為自由能。5、放射性同位素：其核能自發(fā)地衰變?yōu)槠渌说耐凰?，稱為放射性同位素1、克拉克值：每一種化學(xué)元素在地殼中所占的平均比值2、八面體擇位能:離子八面體配位的晶體場(chǎng)穩(wěn)定能減去其四面體配位的晶體場(chǎng)的穩(wěn)定能3、化學(xué)位：加入1moli組分時(shí)能引起的體系總自由能的變化，即為該體系中i組分的化學(xué)位（μi）。它也就是體系中i組分的偏摩爾自由焓。4、分派系數(shù)：組分i在兩相之間的質(zhì)量濃度比值。5、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)他們可以衰變成其他核的同位素。簡(jiǎn)答題1、元素地殼豐度研究的地球化學(xué)意義？元素地殼豐度(克拉克值)是地球化學(xué)中一種很重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其研究的地球化學(xué)意義表目前：（1）控制元素的地球化學(xué)行為：1）支配元素的地球化學(xué)行為。2）限定自然界的礦物種類及種屬。3)限制了自然體系的狀態(tài)。4）對(duì)元素親氧性和親硫性的限定。（2）地殼克拉克值可作為微量元素集中、分散的標(biāo)尺：1）可認(rèn)為闡明地球化學(xué)?。▓?chǎng)）特性提供原則。2）指示特性的地球化學(xué)過程3)濃度克拉克值和濃集系數(shù)可表述元素的集中與分散以及其在地殼中富集的能力。2、低溫水-巖作用的物理化學(xué)環(huán)境有何特點(diǎn)？（1）過量水的體系。（2）表生化學(xué)作用過程中水既是作用介質(zhì)，又是良好的溶劑和搬運(yùn)劑。（3）有生物和有機(jī)質(zhì)參與作用。（4）富氧(fo2=0.213×105Pa)和富CO2(fco2=3.04×10Pa)的環(huán)境。（5）低（-75~+200）而迅速變化（晝夜和季節(jié)變化）的溫度條件。（6）低壓（一般1~200×105Pa，深海成巖可達(dá)5000×105Pa）條件3、簡(jiǎn)述活度積的原理？在一定溫度、壓力條件下，難溶電解質(zhì)離解的離子活度乘積是常數(shù)，這一常數(shù)稱為活度積。當(dāng)溶液中某物質(zhì)的離子積到達(dá)和超過該物質(zhì)的活度積時(shí)，該物質(zhì)即析出，相反被溶解，這種溶解-沉積關(guān)系稱為活度積原理。4、為何稀土元素地球化學(xué)在微量元素地球化學(xué)中占據(jù)很重要的地位？（1）他們是性質(zhì)極相似的地球化學(xué)元素組，在地質(zhì)、地球化學(xué)作用過程中作為一種整體而活動(dòng)—集體觀念強(qiáng)；（2）他們的分餾作用能敏捷地反應(yīng)地質(zhì)、地球化學(xué)過程的性質(zhì)—指示功能強(qiáng)

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（3）稀土元素除受巖漿熔融作用外，其他地質(zhì)作用基本上不破壞它的整體構(gòu)成的穩(wěn)定性—應(yīng)變能力強(qiáng)；（4）他們?cè)诘貧r石中分布較廣—廣泛性。5、簡(jiǎn)述自然界引起同位素成分變化的原因有哪些？（1）放射性衰變：1)α—衰變，放射性母核放出α粒子；2)β——衰變：自然界多數(shù)為β—衰變，即放射性母核中的一種中子分裂為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子（即β—粒子），同步放出反中微子g；3)電子捕捉：是母核自發(fā)地從核外電子殼層捕捉1個(gè)電子，與質(zhì)子結(jié)合變成中子；4)重核裂變：重放射性同位素自發(fā)地分裂為2—3片原子量大體相似的“碎片”。（2）同位素分餾效應(yīng):1)同位素分餾效應(yīng)：在地質(zhì)作用過程中，由于質(zhì)量差異所導(dǎo)致輕穩(wěn)定同位素(Z＜20)相對(duì)豐度發(fā)生變化的過程；2)引起分餾效應(yīng)的原因：物理分餾、同位素互換反應(yīng)、生物化學(xué)反應(yīng)、動(dòng)力分餾。6地球化學(xué)研究的重要任務(wù)答;1)元素及同位素在地球及各子系統(tǒng)中的構(gòu)成（豐度和分派）；

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。7隕石的重要類型和特點(diǎn)答：隕石重要是由鎳-鐵合金、結(jié)晶硅酸鹽或兩者的混合物所構(gòu)成。按隕石中金屬的含量可將隕石分為三類：

1)鐵隕石，重要由金屬Ni、Fe和少許其他元素構(gòu)成；

2)石隕石，重要由硅酸鹽礦物構(gòu)成（橄欖石、輝石）。此類隕石可以分為兩類，即決定它們與否具有球粒硅酸鹽構(gòu)造，分為球粒隕石和無(wú)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和硅酸鹽礦物構(gòu)成8、地球系統(tǒng)的化學(xué)作用類型有哪些？答：（1）水巖反應(yīng)和水介質(zhì)中的化學(xué)作用，如熱液對(duì)圍巖的交代作用（2）熔—巖反應(yīng)和熔漿化學(xué)作用，如巖漿結(jié)晶分異形成（3）水—?dú)饣瘜W(xué)作用，如地表水和大氣中H2O、O2、CO2的互相作用（4）巖—巖化學(xué)作用，如球外物質(zhì)撞擊地球表面的巖石（5）有機(jī)化學(xué)作用，如石油、天然氣的形成過程9、簡(jiǎn)述晶體場(chǎng)原理及其應(yīng)用答：晶體場(chǎng)理論是研究過渡元素化學(xué)鍵的理論，它從分析多種配位構(gòu)造中例子外層電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和能量入手，將配位體離子當(dāng)作點(diǎn)電荷來處理。它在靜電理論的基礎(chǔ)上，應(yīng)用量子力學(xué)和對(duì)稱性理論、群論的某些觀點(diǎn)，重點(diǎn)研究配位體對(duì)中心離子d軌道或f軌道的影響，來解釋過渡元素和鑭系元素的物理和化學(xué)性質(zhì)。應(yīng)用：（1）論述過渡族元素離子的物理化學(xué)特性（2）論述金屬離子在巖漿結(jié)晶演化過程中的地球化學(xué)行為。（3）解釋過渡族金屬離子氧化傾向性的強(qiáng)弱。10、克拉克值研究的意義（1）控制元素的地球化學(xué)行為：1）支配元素的地球化學(xué)行為。2）限定自然界的礦物種類及種屬。3)限制了自然體系的狀態(tài)。4）對(duì)元素親氧性和親硫性的限定。（2）地殼克拉克值可作為微量元素集中、分散的標(biāo)尺：1）可認(rèn)為闡明地球化學(xué)?。▓?chǎng)）特性提供原則。2）指示特性的地球化學(xué)過程3)濃度克拉克值和濃集系數(shù)可表述元素的集中與分散以及其在地殼中富集的能力。1.什么是微量元素地球化學(xué)？其研究意義是什么？

參照答案：

微量元素地球化學(xué)：它是地球化學(xué)的重要分支學(xué)科，研究在多種地球化學(xué)體系中微量元素的分布、分派、共生組合及演化的規(guī)律，其特色之處就是可以近似定量地處理問題，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，在處理現(xiàn)代地球科學(xué)面臨的基本理論問題—天體、地球、生命、人類和元素的來源及演化，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.論述能斯特分派定律、能斯特分派系數(shù)的概念及其研究意義。

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

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

能斯特分派定律及分派系數(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派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3.討論稀土元素的研究意義。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：不一樣成因的巖石具有不一樣的稀土特性。如花崗巖類的成因重要?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性；3)研究地殼演化：如不一樣步代的頁(yè)巖有明顯不一樣的特性，稀土元素特性能反應(yīng)地殼演化規(guī)律4.同位素地球化學(xué)在處理地學(xué)領(lǐng)域問題中有何獨(dú)到之處？

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(cè)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：同位素構(gòu)成的變化受到作用環(huán)境和作用自身的影響，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(cè)溫作用：由于某些礦物同位素構(gòu)成的變化與其形成的溫度有關(guān)，可用來設(shè)計(jì)多種礦物對(duì)的同位素溫度計(jì)，測(cè)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(cè)、地質(zhì)災(zāi)害防治等。詳述題1、論述分派系數(shù)的應(yīng)用（1）檢查成巖、成礦過程的平衡性：一定溫度、壓力下各相處在平衡時(shí)，元素在共存礦物間的分派系數(shù)為一常數(shù)，可據(jù)此來檢查自然過程與否到達(dá)平衡。（2）鑒別巖漿結(jié)晶過程中微量元素的地球化學(xué)行為：運(yùn)用瑞利分餾定律，將巖漿結(jié)晶中某微量元素的瞬間濃度相對(duì)于該元素的原始濃度比值（XTr熔體/XoTr熔體）作為縱坐標(biāo)，以反應(yīng)巖漿結(jié)晶程度的F為橫坐標(biāo)，并賦于KD不一樣的值，就可做出反應(yīng)元素行為的圖解。（3）可設(shè)計(jì)微量元素分派系數(shù)溫度計(jì)：當(dāng)微量元素在共存各相中分派到達(dá)平衡時(shí)，有l(wèi)nKD=-(ΔH/RT)+B

的函數(shù)關(guān)系，以-（ΔH/R）為斜率，B為截距，即當(dāng)在所討論范圍內(nèi)ΔH（熱焓）可看作為常數(shù)時(shí)，分派系數(shù)（KD）的對(duì)數(shù)與溫度倒數(shù)（1/T）存在線性關(guān)系。2、晶體場(chǎng)理論是怎樣闡明過渡元素的行為的？晶體場(chǎng)理論是研究過渡元素化學(xué)鍵的理論，它從分析多種配位構(gòu)造中離子外層電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和能量入手，將配位體離子當(dāng)作點(diǎn)電荷來處理。它在靜電理論的基礎(chǔ)上，應(yīng)用量子力學(xué)和對(duì)稱性理論、群論的某些觀點(diǎn)，重點(diǎn)研究配位體對(duì)中心離子d軌道或f軌道的影響，來解釋過渡元素和鑭系元素的物理和化學(xué)性質(zhì)。再過渡族d軌道的ScTiVCrCoNiCu九個(gè)元素中，除了銅的一價(jià)離子具有18電子層的銅型穩(wěn)定構(gòu)造，其他都屬不穩(wěn)定的過渡構(gòu)造。在巖漿結(jié)晶分異的過程中，四面體配位和八面體配位的構(gòu)造位置諸多，過度金屬離子均有優(yōu)先進(jìn)入八面體配位構(gòu)造的傾向，但不一樣過渡金屬元素進(jìn)入硅酸鹽晶格的次序是有差異的，八面體擇位能高者先進(jìn)入，低者后進(jìn)入。Ni、Co、Cr、V等過渡金屬元素的八面體擇位能較高，具有在巖漿結(jié)晶初期進(jìn)入硅酸鹽礦物的傾向，從而分散于巖體結(jié)晶時(shí)期的硅酸鹽礦物中。而CuFeMn等元素的八面體擇位能較低，趨向于留在液相中，并于巖漿期后熱液中形成富集，從而導(dǎo)致過渡族元素在整個(gè)巖漿作用過程中的分異。3、舉例和繪圖闡明微量元素在判斷巖漿結(jié)晶過程和部分熔融過程中的應(yīng)用判斷巖漿結(jié)晶過程和部分熔融過程的措施多種多樣，微量元素法即是其中之一。不一樣的微量元素在固—液相間的分派系數(shù)不一樣，對(duì)于分派系數(shù)低的微量元素：如Ta、Th、La、Ce等（稱為超巖漿元素），它們總分派系數(shù)很低，近于0，他們總是趨向于在液相中富集。因此，在部分熔融過程中這些元素濃度變化大，但在分離結(jié)晶作用過程中則變化緩慢。這樣，以這些元素及有關(guān)中等分派系數(shù)元素比值作圖時(shí)，就能反應(yīng)出他們?cè)诓糠秩廴谶^程和分離結(jié)晶作用過程中的明顯差異。以La、Sm為例，La在固--液相中的分派系數(shù)很小，Sm為中等，在巖漿結(jié)晶分異過程中，La、Sm長(zhǎng)期保留在液相中，無(wú)論La含量高下，La/Sm比值穩(wěn)定。而在部分熔融過程中，伴隨熔融度的增長(zhǎng)，液相中的La、Sm濃度不停變化，La/Sm比值也不停發(fā)生變化。因此，在分別以La含量與La/Sm比值作圖時(shí)，便能看出他們?cè)趦煞N不一樣巖漿作用中的差異，如圖所示。這樣，即可以根據(jù)巖體不一樣部位采樣，分析La、Sm含量和作圖后，判斷其成因。怎樣應(yīng)用熱力學(xué)研究地球化學(xué)問題?答：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)自然過程的方向和程度確實(shí)定及礦物相平衡計(jì)算和相圖的編制3、低溫水-巖作用的重要物理化學(xué)特性（1）低溫水—巖作用發(fā)生在近地表處，地表是地球的巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈交錯(cuò)重疊的區(qū)帶。過量水的體系：地球表面大洋面積占71%，大陸面積占29%。（2）水—