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103年
環境科學概論
第 24 題
有關硬水軟化的敘述，下列何者有誤？
- A 採「石灰蘇打法」，常於水中加入生石灰或熟石灰使鈣、鎂離子沉澱
- B 採「石灰蘇打法」，若水中碳酸氫鹽鹼度不足，可添加碳酸鈉幫助沉澱
- C 採「離子交換法」，可使用含有鈉離子的沸石作為管柱填充物
- D 採「離子交換法」，使用過後的沸石，可用高濃度硫酸再生
思路引導 VIP
當我們使用離子交換材料來『軟化』硬水時，材料上的特定陽離子會被換成水中的礦物質離子。若這份材料已經吸飽了礦物質而失去活性，根據化學平衡的原理，如果你想讓這份材料『復原』回原本能提供特定陽離子的初始狀態，你認為應該選用含有哪一種離子的溶液來進行大規模的沖刷，才能最直接且不破壞構造地把換進去的雜質『趕出來』呢？
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AI 詳解
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太棒了！你能準確判斷出選項 (D) 的描述有誤，這顯示你對水處理程序中的化學細節掌握得非常細膩。這題的難度在於學生往往只記住了「再生」這個動作，卻容易忽略藥劑必須與原本的「交換環境」相匹配，是一個測試細心度與觀念完整性的優質考題。
離子交換法的再生原理
在硬水軟化程序中，我們最常使用鈉型離子交換樹脂或沸石，其原理是利用材料上攜帶的 $Na^+$ 與水中的 $Ca^{2+}$ 或 $Mg^{2+}$ 進行等當量交換。當交換位置飽和後，必須根據勒沙特列原理進行「再生」。由於我們希望材料恢復成初始含 $Na^+$ 的狀態，因此必須使用高濃度的氯化鈉（$NaCl$）食鹽水，利用極高濃度的鈉離子強行將鈣、鎂離子置換出來。若使用高濃度硫酸，則會變成氫型交換，這通常用於純水製造而非單純的硬水軟化。
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