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：
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
思路引導 VIP
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：
- 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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AI 詳解
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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 氣相分壓 — 將 ppm 濃度換算為大氣壓力 (atm)
- 2 亨利定律 — 計算水體中 [H2CO3*] 之定值濃度
- 3 綜合常數 — 合併 Ksp, Ka1, Ka2 建立反應式與 K 值
- 4 物種平衡 — 藉由電荷守恆或反應比例求出離子濃度
- 5 求 pH 值 — 回代 Ka1 平衡式解出 [H+] 並取負對數
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🔄 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
