高考申論題
114年
[環保技術] 環境化學與環境微生物學
第 一 題
📖 題組：
四、取水來源為地表水的某些淨水廠，有觀察到每日進流原水的 pH 值會發生震盪情況，白天最高可上升到 pH 8～9，到夜間可能降至 pH 6～7。（每小題 10 分，共 20 分）
四、取水來源為地表水的某些淨水廠，有觀察到每日進流原水的 pH 值會發生震盪情況，白天最高可上升到 pH 8～9，到夜間可能降至 pH 6～7。（每小題 10 分，共 20 分）
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請分析原水中可能涉及的生化反應以解釋此現象，並說明該淨水廠適合使用的消毒策略。
思路引導 VIP
這是一題結合生化反應與水處理工程的綜合題。首先要指出原水含有大量藻類。白天光合作用消耗CO2導致pH上升；夜間呼吸作用釋放CO2導致pH下降，需寫出光合作用/呼吸作用化學式。接著連結加氯消毒（HOCl ⇌ H+ + OCl-），當pH 8~9時，次氯酸會解離成殺菌力較差的次氯酸根。因應策略可包含：加酸調降pH、改用不受pH影響的消毒劑（如ClO2, 臭氧, 氯胺）或先經沉澱濾除藻類。
小題 (二)
下表是該廠使用加氯消毒的實驗數據量測結果，請計算此反應的反應速率常數並註明單位，並求出此反應的半衰期。
| 時間（hr） | 自由有效餘氯（mg/L） |
| :---: | :---: |
| 1 | 5.0 |
| 2 | 3.0 |
| 3 | 1.8 |
| 時間（hr） | 自由有效餘氯（mg/L） |
| :---: | :---: |
| 1 | 5.0 |
| 2 | 3.0 |
| 3 | 1.8 |
思路引導 VIP
這是一題反應動力學計算題。步驟一：驗證反應級數。計算每一小時區間內餘氯濃度的衰減率。由 t=1 到 t=2，濃度從5.0降至3.0；由 t=2 到 t=3，濃度從3.0降至1.8。檢查 ln(C2/C1)：ln(5/3) ≈ 0.5108，ln(3/1.8) ≈ 0.5108。因為定時距內的濃度對數比值恆定，故這是一個一階反應（First-order reaction）。步驟二：計算速率常數 k = 0.5108 hr⁻¹。步驟三：帶入半衰期公式 t_1/2 = ln2 / k = 0.693 / 0.5108，計算得出結果。