有關高一化學的幾個問題

Question

1.若某硬水中含有4.0ppm的鈣離子,使用的淨水器可釋放1莫耳鈉離子與鈣離子交換,則最多可軟化多少硬水?(Ca原子量40)
2.如果有一污水其中含18ppm的C6H12O6(葡萄糖)的耗氧廢料,則此污水的BOD值最接近:(A)19ppm (B)24ppm (C)30ppm (D)36ppm
3.胃液的pH值維持在2.3(氫離子濃度5*10的負三次方M)左右,有某病患胃液之pH值降至2,則:
(1)該病患服用制酸劑,其有效成分Mg(OH)2(分子亮56)須達幾克,才能使一公升胃液的pH值恢復至2.3?(A)116 (B)145 (C)232 (D)290 (E)320
(2)若改用其他制酸劑,則下列何者有校成分所需直量最少?(A)CaCO3（分子量100)(B)NaHCO3(分子量84) (C)Al(OH)3(分子量78) (D)MgCO3(分子量84)
4.在STP時,12克的煤至少可產生多少公升的水煤氣?

Answer 1

若某硬水中含有4.0ppm的鈣離子,使用的淨水器可釋放1莫耳鈉離子與鈣離子交換,則最多可軟化多少硬水?(Ca原子量40)解：　4.0 ppm = 4.0 mg/L = (0.004/40) mol/L　　　　　　　 = 0.0001 mol/L　　而一莫的鈉離子(Na+)可與1/2莫耳的鈣離子(Ca2+)交換，　　故可軟化硬水約 0.5/0.0001 = 5000 L如果有一污水其中含18ppm的C6H12O6(葡萄糖)的耗氧廢料,則此污水的BOD值最接近:(A)19ppm (B)24ppm (C)30ppm (D)36ppm解：因為 18 ppm = 18 mg/L = 0.018 g/L　　　C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O　　BOD= (0.018/180)X6X32 = 0.0192 g/L　　　　 = 19.2 mg/L = 19.2 ppm　　所以正確答案應為 (A)胃液的pH值維持在2.3(氫離子濃度5*10的負三次方M)左右,有某病患胃液之pH值降至2,則:(1)該病患服用制酸劑,其有效成分Mg(OH)2(分子亮56)須達幾克,才能使一公升胃液的pH值恢復至2.3?(A)116 (B)145 (C)232 (D)290 (E)320(2)若改用其他制酸劑,則下列何者有校成分所需直量最少?(A)CaCO3（分子量100)(B)NaHCO3(分子量84) (C)Al(OH)3(分子量78) (D)MgCO3(分子量84)解：　(1)　　因為 pH = 2.3，即[H+] = 5x10-3 M；　　而 pH = 2，即[H+] = 10-2 M　　故一升的胃液中，pH = 2，即含有　　　　H+ 的莫耳數 = 10-2 mol　　需 OH- 的莫耳數 = 5x10-3 mol　　才能使胃液的 pH 值升為 2.3　　因此，需要 58x(5x10-3)/2=0.145 g=145 mg　　　（Mg(OH)2的分子量是 58，不是 56）　(2)　　a. CaCO3 + 2H+ --> Ca2+ + CO2 + H2O　　　需要碳酸鈣的莫耳數為 (5x10-3)/2 mol，　　　即 (5x10-3)/2x100 = 0.25 g = 250 mg　　b. NaHCO3 + H+ --> Na+ + CO2 + H2O 　　　需要碳酸氫鈉的莫耳數為 (5x10-3) mol，　　　即 (5x10-3)x84 = 0.42 g = 420 mg　　c. Al(OH)3 + 3H+ --> Al3+ + 3H2O　　　需要氫氧化鋁的莫耳數為 (5x10-3)/3 mol，　　　即 (5x10-3)/3x78 = 0.13 g = 130 mg　　d. MgCO3 + 2H+ --> Mg2+ + CO2 + H2O　　　需要碳酸鈣的莫耳數為 (5x10-3)/2 mol，　　　即 (5x10-3)/2x84 = 0.21 g = 210 mg在STP時,12克的煤至少可產生多少公升的水煤氣?解：因為煤生水煤氣的反應方程式如下：　　　 C + H2O --> CO + H2　　所以 12 g的煤可產生 1 mol的 CO和 1mol的H2　　在 STP 下，兩莫耳氣體的體積為　　　　1xV = 2x0.082x273 （理想氣體公式）　　　　　V = 44.8 公升

Answer 2

1.4ppm的鈣離子相當於一公升硬水有4毫克鈣離子，也就是0.0001莫耳。
因為硬水軟化的反應方程式為2RNa + Ca2+ -> RCa2 + 2Na+
故一莫耳的鈉離子可與0.5莫耳的鈣離子反應。可得0.5/0.0001 = 5000公升的硬水。
2.C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O，可由之算出COD。
18ppm的葡萄糖是0.018/180 = 0.0001M，故每升有0.0001莫耳的葡萄糖
又根據上述反應式：每升需以0.0001 x 6 = 0.0006莫耳來氧化，
故COD = 0.6 x 32 = 19.2 ppm，又BOD必較COD為小，故答案選(A)
3.(1)pH = 2([H+] = 10^-2) -> pH = 2.3([H+] = 5 x 10^-3)
一公升含10^-2莫耳氫離子 -> 一公升含5x10^-3莫耳氫離子
故需和5x10^-3莫耳的氫離子反應。
Mg(OH)2為二元鹼(可解離出2個OH-)，需要2.5 x 10^-3莫耳，也就是0.14克。所以這題沒有答案。
(2)盡量一莫耳可以解離出更多的OH-，而且分子量盡量小 => (C)
4.水煤氣的反應：C + H2O -> H2 + CO
故12克煤炭 = 1莫耳煤炭可以生成氫氣和一氧化碳各一莫耳，各佔22.4公升，故為44.8公升水煤氣。