ast_essay
111年
化學
第 22 題
📖 題組：
某市因財政困難，停止使用自來水公司的供水系統，改為抽用河流的水，並停止添加金屬腐蝕抑制劑。常用金屬腐蝕抑制劑為磷酸鹽的衍生物，溶於水中所產生的磷酸根（ $\text{PO}_4^{3-}$ ）會與金屬水管腐蝕出的金屬離子形成難溶性鹽，即為水垢的來源。水垢會附著於管壁表面，減緩金屬水管腐蝕的速度，進而降低水中重金屬的含量。某研究團隊針對該水樣品中的金屬含量進行系統性的檢測，試圖找出水中重金屬與過往的差異。回答下列問題：
某市因財政困難，停止使用自來水公司的供水系統，改為抽用河流的水，並停止添加金屬腐蝕抑制劑。常用金屬腐蝕抑制劑為磷酸鹽的衍生物，溶於水中所產生的磷酸根（ $\text{PO}_4^{3-}$ ）會與金屬水管腐蝕出的金屬離子形成難溶性鹽，即為水垢的來源。水垢會附著於管壁表面，減緩金屬水管腐蝕的速度，進而降低水中重金屬的含量。某研究團隊針對該水樣品中的金屬含量進行系統性的檢測，試圖找出水中重金屬與過往的差異。回答下列問題：
已知水垢中含有氫氧磷酸鉛（ $\text{Pb}_5(\text{PO}_4)_3\text{OH}$ ）。式（1）為氫氧磷酸鉛在水中的溶解平衡，若在水中添加含磷酸鹽的金屬腐蝕抑制劑後，是否能降低水中鉛濃度？並說明之。（2 分）
$5\text{Pb}^{2+}\text{(aq)} + 3\text{PO}_4^{3-}\text{(aq)} + \text{OH}^-\text{(aq)} \rightleftharpoons \text{Pb}_5(\text{PO}_4)_3\text{OH(s)}$ 式（1）
$5\text{Pb}^{2+}\text{(aq)} + 3\text{PO}_4^{3-}\text{(aq)} + \text{OH}^-\text{(aq)} \rightleftharpoons \text{Pb}_5(\text{PO}_4)_3\text{OH(s)}$ 式（1）
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
本題考點為「化學平衡的移動」與「勒沙特列原理（共同離子效應）」。首先要回答「是否能降低」，答案為「能」。接著說明原因：從題目給定的沉澱溶解平衡式觀察，添加含磷酸鹽的金屬腐蝕抑制劑，等同於增加了水溶液中的產物離子（$\text{PO}_4^{3-}$）濃度。根據勒沙特列原理，當增加右側（若以溶解寫法則為生成物）或此處式(1)反應物側的離子濃度，平衡會向減少該離子的方向（即向右）移動，促使更多 $\text{Pb}^{2+}$ 沉澱形成 $\text{Pb}_5(\text{PO}_4)_3\text{OH}$ 固體，從而降低水中游離的鉛離子濃度。作答時務必點出「磷酸根濃度提升」及「平衡向沉澱方向移動」這兩個得分關鍵。