普考申論題
106年
[環保技術] 環境化學概要
第 一 題
1920 年大氣中二氧化碳之濃度為 324 ppmv，而目前大氣中二氧化碳濃度為 409 ppmv，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 1 atm 與 298 K）
H2CO3(aq) ↔ H+ + HCO3- Ka1 = 4.2×10^-7 M
HCO3- ↔ H+ + CO3^2- Ka2 = 4.7×10^-11 M
H2O ↔ H+ + OH- KW = 10^-14 M^2
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 1 atm 與 298 K）
H2CO3(aq) ↔ H+ + HCO3- Ka1 = 4.2×10^-7 M
HCO3- ↔ H+ + CO3^2- Ka2 = 4.7×10^-11 M
H2O ↔ H+ + OH- KW = 10^-14 M^2
CO2(g) + H2O ↔ H2CO3(aq) KH = PCO2 / [H2CO3(aq)] = 31.6 atm/M
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
看到本題，首先要辨識出這是「開放系統」下的碳酸平衡計算題。由於大氣與雨水接觸達到平衡，氣相中的二氧化碳分壓(PCO2)會決定水中碳酸(H2CO3)的濃度。解題步驟為：1. 先利用給定的亨利定律常數式求出兩個時期(1920年與目前)分壓下的[H2CO3(aq)]濃度。2. 考量雨水為弱酸性，可透過電荷平衡簡化並利用第一解離常數(Ka1)計算氫離子濃度[H+]。3. 分別求出兩者的pH值，並比較其變化，具體說明濃度增加對雨水pH降低的影響程度。
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【考點分析】 本題考查環境化學中開放系統的酸鹼平衡計算，特別是大氣中二氧化碳溶解於雨水所造成的天然酸度(Natural Acidity)計算。需應用亨利定律與弱酸解離平衡理論。 【理論/法規依據】
▼ 還有更多解析內容
雨水天然酸度計算
💡 大氣二氧化碳經亨利定律溶解並解離，決定雨水之平衡酸鹼度。
🔗 二氧化碳影響雨水 pH 之計算流程
- 1 氣相分壓轉換 — 將 ppmv 濃度轉換為分壓 atm (10^-6)
- 2 亨利定律溶解 — 依題目定義計算水中碳酸 [H2CO3] 濃度
- 3 解離平衡計算 — 利用 Ka1 與電荷平衡近似式求出 [H+]
- 4 pH 值對數化 — 計算 pH 並分析 CO2 增加帶來的酸化比例
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🔄 延伸學習：延伸學習：開放系統（大氣恆定）與封閉系統之碳酸平衡差異。
