矿大地球化学复习资料及试题4套.doc

《地球化学》复习资料——地质2010级绪论1. 概念地球化学是研究地球及子系统(含部分宇宙体)的化学组成、化学机制(作用)和化学演化的科学2.地球化学研究的基本问题1）地球系统中元素（同位素）的组成2） 元素的共生组合和存在形式3) 研究元素的迁移和循环4) 地球的历史与演化3.地球化学的研究方法1 野外地质考察与样品采集1） .宏观地质调研2）.运用地球化学思维观察、认识地质现象 3）.在地质地球化学观察的基础上，根据目标任务采集各种地球化学样品2 室内测试分析 资料处理与分析 过程机制模型建立 制约分析与正演、反演 模型修正，建立模式第一章1.地球化学体系按照地球化学的观点，我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系，每个地球化学体系都有一定的空间，都处于特定的物理化学状态（C、T、P等），并且有一定的时间连续 2. 丰度一般指一种化学元素在某个自然体中的重量占这个自然体的全部化学元素总重量的相对份额（如百分数）因此元素就是化学元素在一定自然体中的相对平均含量分布，一般指元素在这个体系中的相对含量（平均含量），即元素的“丰度”，体系中元素的相对含量是以元素的平均含量来表示的，其实“分布”应当比“丰度”具有更广泛的涵义3.克拉克值地壳中元素重量百分数的丰度值4.陨石是从星际空间降落到地球表面上来的行星物体的碎片。

陨石的化学成分陨石主要是由镍-铁合金、结晶硅酸盐或两者的混合物所组成， 陨石类型按成份分为三类：    1）铁陨石（siderite）主要由金属Ni, Fe（占98%）和少量其他元素组成（Co, S, P, Cu, Cr, C等）   2）石陨石（aerolite）主要由硅酸盐矿物组成（橄榄石、辉石）这类陨石可以分为两类，即决定它们是否含有球粒硅酸盐结构，分为球粒陨石和无球粒陨石 3）铁石陨石（sidrolite）由数量上大体相等的Fe－Ni和硅酸盐矿物组成，是上述两类陨石的过渡类型5.太阳系元素丰度具有以下规律1. H和He是丰度最高的两种元素2. 原子序数较低的范围内，元素丰度随原子序数增大呈指数递减，而在原子序数较大的范围内（Z＞45）各元素丰度值很相近 3. 原子序数为偶数的元素其丰度大大高于相邻原子序数为奇数的元素具有偶数质子数（A）或偶数中子数（N）的核素丰度总是高于具有奇数A或N的核素这一规律称为奥多-哈根斯法则，亦即奇偶规律    4. 质量数为4的倍数（即α粒子质量的倍数）的核素或同位素具有较高丰度 5. Li、Be和B具有很低的丰度，属于强亏损的元素，而O和Fe呈现明显的峰，它们是过剩元素。

6.地球内部结构地球的内部圈层分别以莫霍面和古登堡面为界划分为地壳、地幔和地核其中地幔包括上地幔、过渡层和下地幔，地核分外地核和内地核两部分各圈层的化学成分地核：大部分以金属状态存在的铁和镍(S、C、Si)地幔：大部分是镁铁硅酸盐组成（p31）地壳：大部分是氧和硅、铝也较多水圈：以氧和氢为主生物圈：主要为碳、氢、氧和氮大气圈：主要为氮、氧地球的物质（按重量计算）各元素的丰度铁近34.6%，氧为29.5%，硅为15.2%，镁为12.7%镍为2.4%，硫为1.9%，钙和铝为2.2%， 其它元素共占1.5% 7.地球的元素组成特征元素组成特征: 常量元素为Fe、O、Si、Mg、Ni、Ca、Al、S占总质量的99%，其中Fe、O、Si、Mg占90%主要有15种元素组成地球元素丰度与太阳大气层元素丰度有明显的相似性惰性元素丰度大幅度的下降8. 地球元素丰度计算方法(1)陨石类比法（4个假设条件） 直接用陨石的化学成分，经算术平均求出地球的元素丰度(2)地球模型和陨石类比法（SMT）（silicate –metal-torilite）(3)地球物理模型类比法（黎彤）9.地壳元素丰度确定的方法 地壳元素的丰度特征 地壳元素丰度研究的意义 地壳元素分布的不均一性地壳元素丰度的研究方法 1.岩石平均化学组成法    2.细粒碎屑沉积岩法3.大陆地壳生长历史法4.大陆地壳剖面法10.地壳元素的丰度特征1. 地壳中元素的相对平均含量是极不均一的，丰度最大的元素是O：47%，与丰度最小的元素Rn的6x10-16相差达1017倍。

相差十分悬殊2. 对比地壳、整个地球和太阳系元素丰度数据发现，它们在元素丰度的排序上有很大的不同3. 地壳中元素丰度不是固定不变的，它是不断变化的开放体系由此可见地壳元素的丰度取决于两个方面的原因: 元素原子核的结构和稳定性；宇宙物质形成地球的整个演化过程中物质的分异 11.元素地壳丰度研究的地球化学意义 1） 元素的克拉克值在某种程度上影响元素参加许多化学过程的浓度，从而支配元素的地球化学行为2）限定自然界的矿物种类及种属2） 限制了自然体系的状态 3） 对元素亲氧性和亲硫性的限定 第二章1.地球化学体系的特征1 温度、压力等条件的变化幅度与实验条件相比相对有限2 是多组分的复杂体系3 体系是开放的4 自发进行的不可逆过程2.元素的地球化学亲和性在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出的有选择地与某种阴离子结合的特性3.判断元素的地球化学亲和性化学键性是第一位的，在化学键型相同的情况下，可考虑原子（离子）结合时的几何稳定性，如半径：一般离子半径小的亲氧，大的元素亲硫，当元素间以共价键相结合时，因为共价键有方向性和饱和性，元素的结合还会受配位多面体形式的制约4.元素的地球化学亲和性分类亲氧性元素、亲硫性元素、亲铁性元素亲铁性元素1 亲铁性元素在自然界中以金属状态产出的一种倾向性；2 亲铁性元素在自然体系中，特别是在O、S丰度低的情况下，一些金属元素不能形成阳离子，只能以自然金属的形式存在，它们常常与金属铁共生，以金属键性相互结合，这些元素具有亲铁性，称亲铁性元素基本特征：不易与其他元素结合，因为它们的价电子不易丢失（具有较高电离能）也不易得到电子（电负性中等）。

因而晶体中所有原子共享自由电子，保持电中性代表性亲铁元素有：铂族、Cu、Ag、Au、Fe、Co、Ni等某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置随机地被介质中地其他质点（原子、离子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小变化，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变，这一现象称类质同象5.类质同象置换条件1)离子（或原子）自身性质，如半径相近、电价平衡、配位多面体的对称性相同和化学键类型一致等；2）体系的物理化学条件，如温度、压力、组分特征和氧化还原条件等有利置换的进行；3）固溶体的热力学性质控制类质同象置换的晶体化学因素6.类质同象置换法则1、戈尔德施密特类质同象法则1）优先法则：两种离子电价相同，半径有别，半径小的离子集中于较早的矿物中，而半径较大的离子（化学键弱）将在晚阶段矿物中富集 2)捕获允许法则：如果两个离子半径相近，而电荷不同，较高价离子优先进入较早结晶的矿物晶体中，称“捕获”（capture），低价离子“允许”(admit)进入晚期矿物3）隐蔽法则：两个离子具有相近的半径和相同的电荷，则它们因丰度的比例来决定自身的行为，丰度高的主量元素形成独立矿物，丰度低的微量元素进入矿物晶格，为主量元素所“隐蔽”。

2、 林伍德Ringwood法则林伍德提出对戈氏法则的补充： 对于二个价数和离子半径相似的阳离子（离子键成分不同时）具有较低电负性者将优先被结合，因为它们形成一种较强的离子键成分较多的化学键 Ringwood类质同象法则更适用非离子键化合物7.类质同象规律的意义1）确定了元素的共生组合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8.元素的地球化学分类戈尔德施密特元素的地球化学分类亲铁元素、亲铜元素、亲石元素、亲气元素、亲生物元素元素的地球化学分类（P85）相容元素与不相容元素高场强元素与大离子亲石元素9.元素的赋存形式元素的赋存形式是指元素在一定的自然过程或其演化历史中的某个阶段所处的状态及与共生元素间的结合关系元素的赋存形式的含义应包括元素的赋存状态和元素的存在形式自然界元素有三态，即气态、液态和固态本节主要介绍元素为固态（固相中）和液态（流体相中）时的存在形式1）元素在固相中的存在形式2）元素在水流体相（真溶液）中的存在形式第三章1.元素的地球化学迁移当环境发生物理化学条件变化，使元素原来的存在形式变得不稳定时，为了与环境达到新的平衡，元素原来的存在形式自动解体，而结合成一种新的相对稳定的方式存在。

当元素发生结合状态变化并伴随有元素的空间位移时，称元素发生了地球化学迁移2.元素迁移的标志(1)通过矿物组合的变化来判断(2)通过岩石中元素含量的系统测定和定量计算来判定(3)物理化学界面3.迁移的识别方法等体积计算法、等阴离子计算法、稳定元素法4.元素的地球化学迁移三个要素①环境物理化学条件的变化； ②元素结合方式的改变；③导致元素在空间上的位移及元素集中、分散的转化 5.水-岩化学作用的基本类型1. 氧化还原反应2脱水和水解反应 水解作用的实质是水电离的H+或OH－进入矿物晶格，分别取代其中的阳离子或阴离子，从而使矿物解体形成新的矿物3水合作用 合作用的实质是水分子整体进入矿物晶格中，从而使矿物的体积增大4碳酸盐化或脱碳酸盐化天然水中最常见的碳酸根（CO32－）和重碳酸根（HCO32－）离子与矿物或岩石发生的作用叫碳酸盐化反应5阳离子的交换反应 主要发生在粘土矿物和胶体吸附过程,6.水-岩作用的影响因素1.体系组成对水—岩作用的影响 1）溶度积 当温度一定时，难溶强电解质溶液中离子浓度的乘积为一常数，这一常数称为溶度积常数，简称溶度积 2）活度积原理 离子积大于活度积时，发生沉淀；离子积小于活度积时，发生溶解，称活度积原理 3）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,此时，原难溶化合物的溶解度将会降低，称为共同离子效应。

其实质是溶度积原则在特定条件下的体现 4）盐效应当溶液中存在易溶盐类(强电解质)时，溶液的含盐度对化合物的溶解度会产生影响，表现为随溶液中易溶电解质浓度的增大将导致其他难溶化合物的溶解度增大，称为盐效应当溶液中存在易溶盐类(强电解质)时，溶液的含盐度对化合物的溶解度会产生影响，表现为随溶液中易溶电解质浓度的增大将导致其他难溶化合物的溶解度增大，称为盐效应 5）同离子效应和盐效应的关系 6）胶体的作用2.体系物理化学环境对水—岩作用的影响1）pH值对元素迁移的影响 pH值影响氢氧化物是否自溶液中沉淀，导致不同元素的氢氧化物在水介质中的迁移能力不同pH值影响元素的共生或分离：影响两性元素的迁移形式盐类的水解2）EΘ及Eh值的影响环境的氧化还原电位 非标准状态下氧化还原电位（E）计算 EΘ及Eh值对化学作用的影响Eh值主要对于像Fe、Mn等变价元素化合物的溶解度有很大影响，而对非变价元素，如Al、Si等的沉淀和溶解的影响则较小3）温度和压力的影响温度的影响并不仅限于蒸发和增大物质浓度，温度的升高或降低可以改变反应进行的。