普考申論題
106年
[環境檢驗] 環境化學概要
第 一 題
1920年大氣中二氧化碳之濃度為324ppmv,而目前大氣中二氧化碳濃度為409ppmv,請說明期間大氣中二氧化碳濃度增加對飽和雨水之平衡 pH 值之影響。(25分)
(不考慮離子強度的影響,且溫度與大氣壓力分別為1atm 與298K)
H2CO3(aq) ⇌ H+ + HCO3⁻
Ka1 = 4.2×10⁻⁷ M
HCO3⁻ ⇌ H+ + CO3²⁻
Ka2 = 4.7×10⁻¹¹ M
H2O ⇌ H+ + OH⁻
Kw = 10⁻¹⁴ M²
CO2(g) + H2O ⇌ H2CO3(aq) KH = PCO2 / [H2CO3(aq)] = 31.6 atm/M
(不考慮離子強度的影響,且溫度與大氣壓力分別為1atm 與298K)
H2CO3(aq) ⇌ H+ + HCO3⁻
Ka1 = 4.2×10⁻⁷ M
HCO3⁻ ⇌ H+ + CO3²⁻
Ka2 = 4.7×10⁻¹¹ M
H2O ⇌ H+ + OH⁻
Kw = 10⁻¹⁴ M²
CO2(g) + H2O ⇌ H2CO3(aq) KH = PCO2 / [H2CO3(aq)] = 31.6 atm/M
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
考生應先辨識此題為環境化學中「開放系統（Open System）酸鹼平衡」的經典計算。解題關鍵在於：先利用亨利定律將大氣 CO2 濃度（由 ppmv 換算為分壓 atm）轉換為水中的碳酸濃度；接著透過電荷平衡假設（[H⁺] ≈ [HCO₃⁻]）結合碳酸第一解離常數（Ka1）求得 [H⁺]；最後分別計算兩個時期的 pH 值並求出其差值。
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【解題關鍵】結合亨利定律（Henry's Law）與弱酸解離平衡常數，並利用電荷平衡推導 [H⁺] ≈ [HCO₃⁻]，以求得未受其他污染之飽和雨水的背景 pH 值。 【解答】 計算：
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