高考申論題
115年
[環保技術] 環境化學與環境微生物學
第 二 題
天然水體的 pH 緩衝能力常受碳酸鹽系統控制。一研究團隊於晴朗夏日的清晨,前往某含有豐富藻類與水生植物的湖泊量測水質,測得 pH 為 7.5,且湖水具有一定的總鹼度。當團隊於午餐後再次檢測湖水時,請問湖水的 pH、總碳酸鹽濃度(total carbonate concentration)與總鹼度(total alkalinity)分別會降低、升高或近似維持不變?請從碳酸鹽系統及湖泊日變化的角度說明原因。(25 分)
📝 此題為申論題
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本題測驗水化學中「碳酸鹽系統」與「水體日變化」的結合。思考順序:1. 定義時間點變化:清晨到午後,代表陽光充足,湖中的「藻類及水生植物」會進行旺盛的『光合作用』。2. 光合作用的化學實質:消耗水中的溶解態二氧化碳($CO_2$)產生有機碳和氧氣。3. 針對 pH 變化:消耗 $CO_2$ 會導致碳酸鹽平衡式向左移動,減少水中的 $H^+$,pH 必定上升。4. 針對總碳酸鹽濃度($C_T$):無機碳($CO_2$ / $HCO_3^-$ 等)被藻類轉換為生質(有機物),水相中的無機碳總量必然下降。5. 針對總鹼度(Alk):這是最易錯的考點!必須回歸鹼度定義公式,單純的 $CO_2$ 增減(中性氣體/酸酐)不改變水體的電荷平衡,因此鹼度近似不變。
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【考點分析】 本題核心考點為水體優養化或含藻水體的「日夜變化(Diurnal variation)」對水化學水質參數的影響,需精準掌握光合作用對 pH 值、總碳酸鹽濃度(無機碳)以及總鹼度(酸中和能力)的不同影響機制。 【理論/法規依據】
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