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地特三等申論題 111年 [環境工程] 環境化學與環境微生物學

第 一 題

📖 題組:
請說明: (一)緩衝溶液(Buffer solution)的定義。(4 分) (二)緩衝溶液的配置方法與作用原理。(8 分) (三)在環境及水處理程序上的重要性。(8 分) (四)請計算在一個含有 2.0 M 醋酸與 2.0 M 醋酸鈉的 1 公升緩衝溶液中,通入 0.10 莫耳氣體鹽酸後的 pH 值。(5 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

緩衝溶液(Buffer solution)的定義。

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看到「緩衝溶液的定義」,應直擊其物理化學意義(抵抗pH值改變的能力),並點出其典型的化學組成特徵(弱酸與其共軛鹼,或弱鹼與其共軛酸),這是獲取名詞解釋完整分數的關鍵。

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「緩衝溶液(Buffer solution)」指當加入少量的強酸或強鹼,或將溶液予以適度稀釋時,能夠抵抗溶液中氫離子(H⁺)濃度的劇烈改變,使溶液的 pH 值維持相對穩定狀態的一種水溶液系統。 其特徵包含: (1) 化學組成:通常由較高濃度的「弱酸及其共軛鹼鹽類」(例如:醋酸與醋酸鈉)或「弱鹼及其共軛酸鹽類」(例如:氨水與氯化銨)混合配製而成。

小題 (二)

緩衝溶液的配置方法與作用原理。

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看到本題應立即聯想「弱酸/弱鹼及其共軛鹽類」的組合方式。在論述作用原理時,務必列出化學平衡式,並運用「勒沙特列原理」與「同離子效應」,分別說明加入外來酸或鹼時系統如何進行消耗與抵抗。

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【破題】緩衝溶液的核心機制建立在「弱酸及其共軛鹼」或「弱鹼及其共軛酸」的化學平衡系統上,藉由同離子效應來抵抗外加酸鹼的干擾。 【論述】 一、配製方法

小題 (三)

在環境及水處理程序上的重要性。

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考生看到此題應立刻聯想「哪些環境系統或水處理程序對 pH 值極度敏感?」可從「天然水體系統(碳酸系統抵抗酸雨)」及「生物處理程序(硝化耗鹼、厭氧防酸敗)」與「物化處理(混凝最佳 pH)」三大面向切入,並結合「鹼度(Alkalinity)」此一關鍵水質參數進行具體論述。

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【破題】緩衝溶液在環境及水處理程序中的核心價值,在於維持系統的 pH 穩定性(通常以「鹼度」表徵),避免因酸鹼物質介入導致微生物活性受抑制或化學反應失效。 【論述】 一、生物處理程序之穩定性維持

小題 (四)

請計算在一個含有 2.0 M 醋酸與 2.0 M 醋酸鈉的 1 公升緩衝溶液中,通入 0.10 莫耳氣體鹽酸後的 pH 值。

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面對緩衝溶液題型,首先辨識其為「弱酸/弱鹼及其共軛鹽類」的組合。計算題需運用 Henderson-Hasselbalch 方程式,注意加入強酸/強鹼後共軛酸鹼對的莫耳數變化(強酸耗鹼生酸);論述題則應緊扣「勒沙特列原理」解釋機制,並連結環境工程中如厭氧消化、硝化作用等對環境酸鹼度極為敏感的生物處理程序。

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【破題】緩衝溶液是維持水體與生物處理程序環境穩定的核心機制,本題涵蓋其化學定義、作用原理、環工應用及定量計算,需綜合運用酸鹼平衡理論與 Henderson-Hasselbalch 方程式進行解析。 【論述與解答】 (一) 緩衝溶液(Buffer solution)的定義

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