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普考申論題 105年 [環保技術] 環境化學概要

第  題

📖 題組:
二、在含有 CaCO3(s)固體物的水體中導入 400 ppm 的 CO2氣體相關的平衡常數如下:
CO2(g)→ CO2(aq) pKH = 1.5
H2CO3 → H+ + HCO3- pKa1 = 6.3
HCO3- → H+ + CO32- pKa2 = 10.3
CaCO3(s)→ Ca2+(aq)+ CO32-(aq) pKsp = 8.34
請回答下列問題:
請計算平衡後水體的 pH 值。(10 分)
📝 此題為申論題

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這是一道開放系統下的碳酸鹽平衡經典題(石灰石與大氣二氧化碳的平衡)。解題步驟:

  1. 算出水中 CO2(aq) (即H2CO3*) 的濃度:利用亨利定律,[H2CO3*] = KH × P_CO2。
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【考點分析】 本題考查環境化學中極為重要的「開放系統碳酸鹽平衡」。核心在於處理固相(碳酸鈣)、液相(各碳酸鹽物種)、氣相(二氧化碳)三相共存下的複雜化學平衡。 【理論/法規依據】

▼ 還有更多解析內容
📝 開放系統碳酸鹽平衡
💡 結合亨利定律、酸鹼解離與溶度積常數的氣液固三相平衡計算。

🔗 碳酸鹽平衡計算五步驟

  1. 1 氣相分壓 — 將 ppm 濃度換算為大氣壓力 (atm)
  2. ↓
  3. 2 亨利定律 — 計算水體中 [H2CO3*] 之定值濃度
  4. ↓
  5. 3 綜合常數 — 合併 Ksp, Ka1, Ka2 建立反應式與 K 值
  6. ↓
  7. 4 物種平衡 — 藉由電荷守恆或反應比例求出離子濃度
  8. ↓
  9. 5 求 pH 值 — 回代 Ka1 平衡式解出 [H+] 並取負對數
🔄 延伸學習:延伸學習:分析 pH 值隨 CO2 分壓上升而下降的酸化現象
🧠 記憶技巧:VIP 會員可查看這題的記憶口訣與速記法
⚠️ 常見陷阱:VIP 會員可查看這題最常被誘答的陷阱整理
封閉系統碳酸平衡 總鹼度(Alkalinity)計算 水體硬度與結垢

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