普考申論題
111年
[環保技術] 環境化學概要
第 一 題
📖 題組：
請回答以下水中碳酸鹽及氫碳酸鹽相關問題：（每小題 10 分，共 20 分） (一)地表水中的藻類進行光合作用，常利用溶於水中的 CO2(aq)，因而使其濃度低於與空氣中 CO2 平衡時的濃度，且導致水中 pH 值上升，而鹼度的形式或物種濃度亦隨之改變。在此狀況下，亦可由 HCO3-(aq) 及 CO3 2-(aq) 轉變產生 CO2(aq)，以提供藻類生長之用，請寫出 HCO3-(aq) 轉變產生 CO2(aq) 及 CO3 2-(aq) 轉變產生 CO2(aq) 的化學反應式（須平衡）。 (二)若在 25℃ 下分析由上述地表水採得的 100 mL 水樣，水的 pH 值為 10.00，以 0.02 N H2SO4 滴定至酚酞終點須 12.0 mL，而滴定至溴甲酚綠終點須 35.0 mL，若 pH 值不用於鹼度計算（忽略 OH- 鹼度），請計算水中的 CO3 2- 及 HCO3- 鹼度（mg/L as CaCO3）（分子量：CaCO3 = 100）。
請回答以下水中碳酸鹽及氫碳酸鹽相關問題：（每小題 10 分，共 20 分） (一)地表水中的藻類進行光合作用，常利用溶於水中的 CO2(aq)，因而使其濃度低於與空氣中 CO2 平衡時的濃度，且導致水中 pH 值上升，而鹼度的形式或物種濃度亦隨之改變。在此狀況下，亦可由 HCO3-(aq) 及 CO3 2-(aq) 轉變產生 CO2(aq)，以提供藻類生長之用，請寫出 HCO3-(aq) 轉變產生 CO2(aq) 及 CO3 2-(aq) 轉變產生 CO2(aq) 的化學反應式（須平衡）。 (二)若在 25℃ 下分析由上述地表水採得的 100 mL 水樣，水的 pH 值為 10.00，以 0.02 N H2SO4 滴定至酚酞終點須 12.0 mL，而滴定至溴甲酚綠終點須 35.0 mL，若 pH 值不用於鹼度計算（忽略 OH- 鹼度），請計算水中的 CO3 2- 及 HCO3- 鹼度（mg/L as CaCO3）（分子量：CaCO3 = 100）。
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
地表水中的藻類進行光合作用，常利用溶於水中的 CO2(aq)，因而使其濃度低於與空氣中 CO2 平衡時的濃度，且導致水中 pH 值上升，而鹼度的形式或物種濃度亦隨之改變。在此狀況下，亦可由 HCO3-(aq) 及 CO3 2-(aq) 轉變產生 CO2(aq)，以提供藻類生長之用，請寫出 HCO3-(aq) 轉變產生 CO2(aq) 及 CO3 2-(aq) 轉變產生 CO2(aq) 的化學反應式（須平衡）。
思路引導 VIP
本題重點在於考察水中碳酸系統的平衡移動。當光合作用消耗 CO2 時，根據勒沙特列原理，平衡會向產生 CO2 的方向移動。思考時請注意：1. 反應物與生成物必須包含水分子以維持電荷與原子平衡；2. 反應式應展現物種間的轉化關係。
小題 (二)
若在 25℃ 下分析由上述地表水採得的 100 mL 水樣，水的 pH 值為 10.00，以 0.02 N H2SO4 滴定至酚酞終點須 12.0 mL，而滴定至溴甲酚綠終點須 35.0 mL，若 pH 值不用於鹼度計算（忽略 OH- 鹼度），請計算水中的 CO3 2- 及 HCO3- 鹼度（mg/L as CaCO3）（分子量：CaCO3 = 100）。
思路引導 VIP
這是一道典型的水質分析計算題。解題步驟：1. 計算酚酞鹼度 (P) 與總鹼度 (T)；2. 利用 P 與 T 的比例關係判斷鹼度成分（本題已限定忽略 OH-）；3. 應用公式計算各成分濃度。注意單位轉換為 mg/L as CaCO3。
小題 (三)
說明水中鹼度的主要成分、計算方法及本現象對水中鹼度的影響。（10分）
思路引導 VIP
看到「鹼度」，先寫出其定義（吸收質子的能力）與三大主要成分（碳酸氫根、碳酸根、氫氧根），並列出總鹼度的數學平衡式與單位換算（以CaCO3計）。對於大氣CO2上升的影響，是環境化學的經典陷阱：純粹CO2溶於水（封閉系統）不會改變總鹼度（增加的HCO3-被同等增加的H+抵消），但若考慮自然水體與碳酸鹽岩石/底泥的接觸（開放系統），酸化作用會促使CaCO3溶解，最終反而導致總鹼度上升。