第 一 題

看到此題，首先確認「還原態」代表地下水缺氧環境下，鐵與錳的低氧化態（皆為 +2 價）。接著回想環境化學/無機化學概念，過渡金屬離子在水溶液中並非裸露存在，而是與水分子結合形成水合錯離子，故應寫出其六水合化學式及立體幾何結構（八面體）。

看到曝氣氧化，應立即聯想到引入空氣中的氧氣（O₂）作為氧化劑，將地下水中具溶解性的二價鐵（Fe²⁺）與二價錳（Mn²⁺）氧化。接著結合沉澱觀念，產物為不溶於水的三價氫氧化鐵（Fe(OH)₃）與四價二氧化錳（MnO₂），寫出反應式並進行原子與電荷平衡即可。

本題測驗環境水質工程中經典的「水質軟化（石灰-蘇打灰法）」原理。考生應直覺聯想到利用化學沉澱法時，鈣離子主要沉澱產物為碳酸鈣（CaCO₃），而鎂離子因其碳酸鹽溶解度較大，需進一步提高 pH 值使其形成氫氧化鎂（Mg(OH)₂）沉澱。作答時務必寫出正確的淨離子方程式並標註固體沉澱符號（s或↓）。

拿到此題應先聯想「配位化學」與「金屬離子水解」概念。金屬離子在水中會被水分子包圍形成八面體的水合錯離子 $[M(H_2O)_6]^{n+}$；接著利用「電荷密度（電荷/半徑比）」的差異，推導出高電荷密度的過渡金屬（鐵）會極化配位的水分子導致水解產酸，而鹼土金屬（鈣）則幾乎不影響酸鹼度。