民國115年 高考三級 環境工程 環境化學與環境微生物學
第2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…
題目
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）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、碳酸鹽系統包含 CO2(aq)、H2CO3、HCO3- 與 CO3^2-，總碳酸鹽濃度（total carbonate concentration, CT）為各物種之和；總鹼度（total alkalinity）主要為 HCO3-＋2CO3^2-＋OH-－H+，代表水體中和酸之能力，對 CO2 之增減並不敏感。
- 二、清晨因夜間呼吸作用累積 CO2，pH 較低。午後經數小時強烈光合作用，藻類與水生植物大量消耗水中 CO2，碳酸平衡左移；當 CO2 不足時，部分藻類改以 HCO3- 為碳源，並釋出 O2 使溶氧上升、CO2 分壓下降。
- 三、pH：升高。CO2 被消耗使溶解態 CO2 濃度下降，依碳酸解離平衡 H+ 隨之減少，pH 可升至8.5至9.5，此即湖泊 pH 之日變化（diel variation），在優養化水體尤為明顯。
- 四、總碳酸鹽濃度：降低。光合作用將無機碳固定為有機碳（生物質量），使 CT 淨減少；若午後 pH 升高導致碳酸鈣（CaCO3）過飽和而沉澱，CT 亦隨之下降。
- 五、總鹼度：近似維持不變，或略為下降。CO2 不屬鹼度成分，故光合作用消耗 CO2 本身不改變鹼度；但藻類吸收 HCO3- 及高 pH 誘發 CaCO3 沉澱會使鹼度略微降低。故午後觀測結果為 pH 升高、CT 下降、鹼度近似不變。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。