高考申論題
112年
[環境工程] 環境化學與環境微生物學
第 三 題
三、一水廠欲利用河川原水作為自來水的水源，經分析測得河水的pH值為9.5，水中含有40 mg-CaCO3/L的鹼度，其中也包含12 mg/L的矽酸（H4SiO4）。在考慮下列反應式時，請計算水中矽酸鹽及碳酸系統對鹼度的貢獻度。（10分）
H4SiO4 H+ + H3SiO4- Ka1, Si = 10-9.8
H2CO3 H+ + HCO3- Ka1, CO2 = 10-6.33
HCO3- H+ + CO32- Ka2, CO2 = 10-10.33
註：log 2 = 0.301，log 3 = 0.477，log 7 = 0.845
原子量（g/mole）：氫（H）：1.01；碳（C）：12.01；氮（N）：14.01；氧（O）：16.00；鈉（Na）：22.99；矽（Si）：28.08；硫（S）：32.07；氯（Cl）：35.45
H4SiO4 H+ + H3SiO4- Ka1, Si = 10-9.8
H2CO3 H+ + HCO3- Ka1, CO2 = 10-6.33
HCO3- H+ + CO32- Ka2, CO2 = 10-10.33
註：log 2 = 0.301，log 3 = 0.477，log 7 = 0.845
原子量（g/mole）：氫（H）：1.01；碳（C）：12.01；氮（N）：14.01；氧（O）：16.00；鈉（Na）：22.99；矽（Si）：28.08；硫（S）：32.07；氯（Cl）：35.45
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
這是一道結合「鹼度定義」與「多重酸鹼物種平衡」的計算題。思考順序如下：首先寫出鹼度的數學定義式（Alk = [HCO3-] + 2[CO3^2-] + [H3SiO4-] + [OH-] - [H+]）。因為題目要求各系統的「貢獻度」，我們已知總鹼度為 40 mg/L as CaCO3，故可以先透過 pH 值與矽酸濃度，分別算出「水的貢獻（即 [OH-]）」和「矽酸鹽的貢獻」。最後，總鹼度扣掉前述兩者，剩下的即為「碳酸系統的貢獻」。計算過程要注意單位轉換，必須將莫耳當量（eq/L）統一乘上 50,000 轉換為 mg-CaCO3/L。