高考申論題
110年
[環境工程] 環境化學與環境微生物學
第 一 題
📖 題組：
一、㈠請使用化學反應式說明天然水體的 pH 緩衝系統。（10 分） ㈡若氧氣溶解於水的亨利常數是 1.3×10-3 mol L-1 atm-1，計算一大氣壓時，水中的飽和溶氧濃度，並以 mg/L 表示。（10 分）
一、㈠請使用化學反應式說明天然水體的 pH 緩衝系統。（10 分） ㈡若氧氣溶解於水的亨利常數是 1.3×10-3 mol L-1 atm-1，計算一大氣壓時，水中的飽和溶氧濃度，並以 mg/L 表示。（10 分）
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請使用化學反應式說明天然水體的 pH 緩衝系統。
思路引導 VIP
看到天然水體的 pH 緩衝系統，應立即聯想到「碳酸鹽系統」。考生須從大氣中二氧化碳溶解於水開始，寫出碳酸、碳酸氫根與碳酸根之間的平衡反應。論述時需說明在一般天然水體（中性附近）中，最重要的緩衝成分是碳酸氫根（HCO3-），並展示它如何與強酸（H+）或強鹼（OH-）反應以維持 pH 穩定。
小題 (二)
若氧氣溶解於水的亨利常數是 1.3×10-3 mol L-1 atm-1，計算一大氣壓時，水中的飽和溶氧濃度，並以 mg/L 表示。
思路引導 VIP
本題測驗亨利定律（Henry's Law）的應用。首先要區分「總大氣壓力」與「氧氣分壓」。空氣中氧氣約佔 21%，因此氧氣分壓為 0.21 atm。計算出莫耳濃度後，再乘以氧氣的分子量（32 g/mol）並進行單位換算（g 換算為 mg）。
天然水體緩衝系統
💡 天然水體透過碳酸鹽類的多階電離平衡，抵抗環境酸鹼之擾動。
🔗 碳酸鹽緩衝系統反應鏈
- 1 大氣溶解 — CO2(g) + H2O ⇌ H2CO3*
- 2 一階解離 — H2CO3* ⇌ H+ + HCO3-
- 3 二階解離 — HCO3- ⇌ H+ + CO32-
- 4 動態穩定 — 藉由物種比例變動維持 pH 於 6.5-8.5
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🔄 延伸學習：延伸學習：當 pH > 8.3 時，水體主要鹼度來源將轉向碳酸根。
