普考申論題
114年
[環保技術] 環境化學概要
第 一 題
📖 題組：
緩衝溶液（Buffer solution）是水體環境中相當重要的溶液之一，請回答下列與緩衝溶液有關的問題：
緩衝溶液（Buffer solution）是水體環境中相當重要的溶液之一，請回答下列與緩衝溶液有關的問題：
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
請以公式或方程式説明何謂鹼度？（5 分）
思路引導 VIP
看到「鹼度」，應立即聯想到「水體中和酸（吸收質子）的能力」，並寫出以碳酸系統（碳酸氫根、碳酸根）及氫氧根為主的總鹼度數學公式。接著，列出這些離子與氫離子反應的化學方程式，以完整證明其緩衝機制。
小題 (二)
請説明水體及大氣環境中常見的緩衝溶液種類，為何碳酸系統為天然水體環境及水處理技術重要的緩衝溶液？（10 分）
思路引導 VIP
考生看到此題應先聯想緩衝溶液的本質（弱酸/弱鹼及其共軛鹽類），接著盤點環境中常見的弱酸來源（如大氣CO2、地殼礦物、有機質）。回答碳酸系統的重要性時，必須從「來源豐度（大氣CO2與石灰岩）」、「熱力學常數（pKa值與天然水體pH的重疊性）」以及「實務工程意義（鹼度在水處理如混凝、厭氧消化的關鍵作用）」三個維度進行科學論述。
小題 (三)
請説明如何利用不同的化學物質配製能通用於 pH 4～10 的緩衝溶液。（10 分）
思路引導 VIP
看到「配製通用於 pH 4～10 的緩衝溶液」，應立刻聯想到「廣用緩衝溶液（Universal buffer）」。單一弱酸的緩衝範圍僅在其 pKa ± 1 之間，因此解題關鍵在於說明必須混合多種具有不同 pKa 值的弱酸（如醋酸、磷酸、硼酸），利用多重 pKa 疊加效應，再以強鹼調節至目標 pH 值。
水體緩衝與碳酸系統
💡 掌握水體鹼度公式、碳酸緩衝原理與廣域緩衝溶液配置。
- 鹼度定義：水體中和強酸的能力，由碳酸根、氫氧根等電荷組成。
- 碳酸緩衝：天然水體藉二氧化碳平衡，形成穩定 pH 的主導機制。
- 廣域緩衝：混合多組不同 pKa 之酸鹼對，以覆蓋廣泛 pH 範圍。
