民國115年 普通考試 環保技術 環境化學概要
第2題
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。 試計算[CO32−]/[HCO3−]…
題目
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。 試計算[CO32−]/[HCO3−] 之比值。（10 分） 判斷水中主要無機碳物種為何？（5 分） 說明此類地下水通常具有較高鹼度之原因。（5 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、依碳酸系統第二步解離：HCO3− ⇌ H+ + CO3^2−（Ka2）。由Henderson–Hasselbalch式：pH = pKa2 + log([CO3^2−]/[HCO3−])，故log比值 = 9.50 − 10.33 = −0.83，比值 = 10^−0.83 = 0.148（約0.15）。
- 二、以酸解離分布估算，pH 9.50時HCO3−莫耳分率約0.87，CO3^2−約0.13，H2CO3*僅約0.0007；故主要無機碳物種為HCO3−，CO3^2−為次要物種。此結果符合pH介於pKa1與pKa2之間、且較接近pKa2的碳酸系統特性。
- 三、石灰岩以CaCO3為主，溶解反應CaCO3(s) + CO2 + H2O ⇌ Ca2+ + 2HCO3−可提供大量HCO3−；鹼度主要來自HCO3−與CO3^2−，每莫耳CaCO3溶解約產生2當量鹼度。pH 9.5時CO2逸散促使2HCO3− → CO3^2− + CO2 + H2O，加上蒸發濃縮，使鹼度偏高。
- 四、鹼度不等於硬度，仍需實測Ca2+、Mg2+；計算忽略活度係數、溫度與離子強度，現場應以滴定鹼度、溶解無機碳（DIC）、鈣鎂與方解石飽和指數（SI）驗證。pH 9.5可能使方解石過飽和，需注意結垢與灌溉、飲用水處理上的影響。
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。