高考申論題
108年
[化學安全] 環境化學(含分析化學)
第 一 題
📖 題組：
二、天然水體中最重要的弱酸為 CO2(aq)，若其主要由來自空氣中 CO2的溶入水中而忽略水中有機物的生物降解產物，且不考慮藻類光合作用利用之CO2，假設反應趨於平衡，相關的反應式及常數如下，請回答以下問題： （每小題 10 分，共 20 分） CO2(aq) + H2O ↔ HCO3 − (aq) + H+ (aq) K1 = 4.45×10−7 HCO3 − (aq) ↔ CO3 2− (aq) + H+ (aq) K2 = 4.69×10−11
二、天然水體中最重要的弱酸為 CO2(aq)，若其主要由來自空氣中 CO2的溶入水中而忽略水中有機物的生物降解產物，且不考慮藻類光合作用利用之CO2，假設反應趨於平衡，相關的反應式及常數如下，請回答以下問題： （每小題 10 分，共 20 分） CO2(aq) + H2O ↔ HCO3 − (aq) + H+ (aq) K1 = 4.45×10−7 HCO3 − (aq) ↔ CO3 2− (aq) + H+ (aq) K2 = 4.69×10−11
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
若水中（總）鹼度為 2.00×10−3 eq/L，pH 為 10.5，請計算 HCO3 − 的體積莫耳濃度（M）。
思路引導 VIP
看到這題首先應想到「總鹼度（Total Alkalinity, TA）」的定義方程式。接著利用已知 pH 值求出氫離子與氫氧根離子濃度，並結合第二解離常數（K2）將碳酸根濃度置換成碳酸氫根的函數，最後代入鹼度方程式中即可求解。
小題 (二)
前述由空氣中溶於天然水體中之二氧化碳與石灰岩接觸會以下列反應造成碳酸鈣溶解，若反應已達平衡，CO2(aq)之濃度為 1.34×10−5 M，已知 CaCO3(s)之溶解度積常數(Ksp)為 4.47×10−9，請計算 HCO3 − 的體積莫耳濃度（M）。
CaCO3(s) + CO2(aq) + H2O ↔ Ca2+(aq) + 2HCO3 − (aq)
思路引導 VIP
這是一道經典的水化學平衡計算題。解題關鍵在於利用赫斯定律，將已知的碳酸第一解離常數（K1）、第二解離常數（K2）與碳酸鈣溶度積（Ksp）組合成總反應的平衡常數（Keq）。接著根據化學計量數確立 [Ca2+] 與 [HCO3-] 之間的倍數關係，代入即可求解。