有關酸雨的內容高中教材是這樣敘述的:正常 ×273 ÷(293 ×22.4) =1.09 ×10 mol

雨水的pH約為5.6(這是由於溶解了二氧化碳的緣 又因為溶液的濃度很小 ,其密度可以看成近似

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故) ,酸雨的pH小於5.6。 為1g/mL ,所以1L 水中溶解 1.09 ×10 mol CO2 ,則

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我們認為“5.6”為實際測定值。本文將透過計算

CO2 的物質的量濃度為1.09 ×10 mol/L。

得出正常雨水的理論pH,與實際測定值做一比較。

2 　正常雨水的pH

1 　常溫下 ,雨水中 CO2 的濃度

因為碳酸的電離常數 Ka1 是合併了反應 CO2 +

在1atm(CO2 分壓) ,100 體積水內溶解的 CO2 體 + -

H2O H2CO3 和 H2CO3 H + HCO3 的平衡常

積數為: +

數後得出的 ,所以我們在計算雨水中 H 濃度時 ,也

0 ℃ 10 ℃ 20 ℃ 25 ℃ 60 ℃

必須把 CO2 的起始濃度視為 H2CO3 的起始濃度 ,即

171 119 88 75.7 36 - 5 - 7

C(H2CO3) =1.09 ×10 mol/L ,ka1 =4.30 ×10 。

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　　設雨水溫度為20 ℃,則1L 水中溶解0.88L CO2 ,

因為 Ka1C=4.30 ×10 ×1.09 ×10 =4.69 ×

CO2 在水中基本上以分子形式存在 ,只有大約1 ‰生

10 - 12 >20Kw

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成 H2CO3。又因為 H2CO3 的電離度很小 ,所以可以 但是 C/ Ka1 = (1.09 ×10 ) ÷(4.30 ×10 ) =

粗略地認為 CO2 在氣液兩相中存在的形式相同 ,基 25.3

+

本適用於關於氣體溶解度與其平衡分壓之間關係的

所以 ,在計算 H 濃度時可以忽略 H2O 的電離 ,

亨利定律 ,即:在一定溫度下 ,氣體在液體中的溶解 +

但不能用最簡公式 C(H ) = Ka1C計算。

度與它在溶液上空中的平衡壓力(該氣體的分壓)成 + -

　　　　　　　　H2CO3 H + HCO3

正比。該定律的數學表示式為:P = kC,式中 P 為所 - 5

起始濃度(mol/L) 　1.09 ×10 　　0 　　　0

溶氣體的分壓 ,k 為比例常數 ,C 為氣體的溶解度 ,

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平衡濃度(mol/L) 　1.09 ×10 - x　x 　 　x

它既可以表示為濃度 ,也可以表示為氣體的體積。

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解得 x=2.16 ×10 (mol/L) 　pH=5.7

∵當 P = 1atm 時 ,V = 0. 88L 　∴k = P/V = 1 ÷

3 　對計算結果的分析

0.88 =1.14(atm/L)

上述pH為計算值。我們在計算時是在假設氣

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因CO2 在空氣中的體積分數約為 3. 0 ×10 ,

液兩相中溶質分子存在形式相同的前提下進行的 ,

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所以 CO2 在大氣中的分壓為3.0 ×10 atm。根據亨

這就勢必導致一定的誤差。另外 ,雨水的溫度一般

利定律 ,我們可以求出20 ℃時 ,雨水中所溶解的 CO2

情況下也低於 20 ℃,溫度降低 ,CO2 的溶解度會增

的體積:

大 ,雨水的pH也會有所減小。

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V(CO2) = P/ k =3.0 ×10 /1.14 =2.63 ×10 L

雖然我們採取了粗略的計算方法 ,所得 pH 也

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雨水中所溶解的 CO2 的物質的量:2. 63 ×10

十分接近實際值5.6 ,酸雨的pH則小於5.6。