二、某一水庫體積為 1,000 萬立方公尺,長期承受雨水逕流,且與大氣平衡,水質酸鹼
值為pH5.0,鈣離子之濃度極低,可忽略。今於水庫中投入略為過量之石灰石(成
份為碳酸鈣CaCO3(s)),並經一段時間達到碳酸鈣、水及大氣平衡後,請問此水庫
pH值為何?從大氣中吸入多少重量的碳?(20 分) 大氣中二氧化碳之分壓為 10-3.5 atm(316 ppm (v/v)),此二氧化碳與溶於水中之碳
酸(包括CO2(aq)與H2CO3(aq))之平衡常數為 0.0316(M/atm)(= 10-1.5 (M/atm))。
水、碳酸及碳酸鈣解離之反應及平衡常數如下:
H2O⇌ H+
+ OH- Kw = 10-14 (M2
)
CO2 + H2O ⇌ H2CO3 KH = 0.0316 (M/atm)(= 10-1.5 (M/atm))
H2CO3 ⇌ HCO3
-
+ H+
Ka1 = 5.01 × 10-7 (M)(= 10-6.3 (M))
HCO3
- ⇌ CO3
2- + H+ Ka2 = 5.01 × 10-11 (M)(= 10-10.3 (M))
CaCO3(s) ⇌ Ca2+ + CO3
2- Ksp = 4.6 × 10-9 (M2
)(= 10-8.34 (M))