民國115年 高考三級 環保技術 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、碳酸鹽系統架構：天然水體無機碳以 CO2(aq)、H2CO3、HCO3− 與 CO3^2− 存在，受 H2CO3* ⇌ H+＋HCO3−、HCO3− ⇌ H+＋CO3^2− 控制；總碳酸鹽濃度（total carbonate concentration, CT）為四者之和，總鹼度（total alkalinity, TA）約為 [HCO3−]＋2[CO3^2−]＋[OH−]－[H+]，可另含硼酸、矽酸等。
- 二、清晨至午後的光合作用：清晨 pH 7.5 反映夜間呼吸作用累積 CO2；午餐後藻類與水生植物光合作用旺盛，消耗水中 CO2 與 HCO3−，使 H+ 被消耗、pH 上升，通常可達 8.5～9.5，故 pH 為升高。
- 三、總碳酸鹽濃度：光合作用將無機碳固定為有機碳，加上高 pH 下碳酸鈣（CaCO3）可能過飽和而產生生物誘導沉澱，使水中 CT 下降，故總碳酸鹽濃度為降低。
- 四、總鹼度：若僅 CO2 被消耗，TA 不變；但當 HCO3− 被吸收並伴隨 CaCO3 沉澱時，每沉澱一莫耳 CaCO3 移除一莫耳 CO3^2−（相當 2 當量鹼度），TA 會下降。故富藻且具鈣硬度之湖泊，午後總鹼度為近似維持或略為下降，而非上升。
- 五、判定與提醒：pH 升高、CT 降低、TA 略降或近似不變；若水體鹼度低、無沉澱，則 TA 幾乎守恆。答題應指明光合作用與呼吸作用的日變化、CO2 與 HCO3− 的相對角色，以及碳酸鈣沉澱這項關鍵但書。
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。