普考申論題
115年
[環保技術] 環境化學概要
第 二 題
📖 題組：
二、某地下水受到石灰岩地層影響，量測結果顯示其酸鹼值（pH）為 9.50。已知 pKa1 = 6.38、pKa2 =10.33。
二、某地下水受到石灰岩地層影響，量測結果顯示其酸鹼值（pH）為 9.50。已知 pKa1 = 6.38、pKa2 =10.33。
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (二)
判斷水中主要無機碳物種為何？（5 分）
思路引導 VIP
利用碳酸物種的分布圖（Bjerrum plot）或解離常數關係來判斷。當 pH < pKa1 時主要為 H2CO3*；當 pKa1 < pH < pKa2 時主要為 HCO3-；當 pH > pKa2 時主要為 CO3 2-。題目 pH = 9.50，介於 pKa1(6.38) 與 pKa2(10.33) 之間，故主要物種是 HCO3-。也可從第一小題結果 [CO3 2-]/[HCO3 -] = 0.148 < 1 得知。
小題 (一)
試計算[CO3 2−] /[HCO3 −] 之比值。（10 分）
思路引導 VIP
考點為酸鹼平衡計算、碳酸系統的解離。考生須回想 Henderson-Hasselbalch 方程式或酸度常數（Ka）定義。pKa2 代表 HCO3- 解離成 CO3 2- 及 H+ 的常數。利用 Ka2 = [H+][CO3 2-] / [HCO3 -]，或者 pH = pKa2 + log([CO3 2-]/[HCO3 -])，將 pH=9.50 及 pKa2=10.33 代入，即可求得比值。
小題 (三)
說明此類地下水通常具有較高鹼度之原因。（5 分）
思路引導 VIP
考點為鹼度(Alkalinity)的來源及環境地質交互作用。石灰岩(Limestone)主要成分為碳酸鈣(CaCO3)。地下水通常含有來自土壤呼吸及大氣的 CO2，形成碳酸。碳酸溶解石灰岩，釋放出大量的 HCO3- (碳酸氫根) 及 Ca2+。HCO3- 是構成水體鹼度的主要成分，所以受石灰岩影響的地下水會具有高鹼度及高硬度。