普考申論題
105年
[環境檢驗] 環境化學概要
第 一 題
📖 題組：
汽機車引擎在高溫燃燒中，可將空氣中的氮氣（N2）與氧氣（O2）轉換成一氧化氮（NO），反應式如下：N2 + O2 → 2 NO
汽機車引擎在高溫燃燒中，可將空氣中的氮氣（N2）與氧氣（O2）轉換成一氧化氮（NO），反應式如下：N2 + O2 → 2 NO
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
上述之反應包括多個反應機制步驟，且反應最初由氧氣的解離開始，請列出上述反應的反應機制步驟。（7 分）
思路引導 VIP
看到高溫燃燒產生一氧化氮（NO），並提示由氧氣解離開始，應立即聯想到大氣與燃燒化學中著名的「Zeldovich機制（熱力型NOx生成機制）」。此為自由基連鎖反應，作答時需依序寫出起始步驟（氧分子解離）與連鎖傳遞步驟（氧原子與氮原子交替攻擊），並說明其反應意義。
小題 (二)
在 1450℃的高溫環境中，反應式的平衡常數值（K）為 10-14，請計算此時與大氣平衡後之 NO 濃度？（8 分）
思路引導 VIP
看到氣體平衡常數題，首先寫出平衡常數關係式（K= [NO]^2 / ([N2][O2]) ）。本題未給初始濃度，考驗考生對環境大氣組成的常識（N2約78%、O2約21%），因K值極小，假設N2與O2濃度不變，直接代入公式求解並換算為環境常用的ppm或ppb單位即可。
柴爾多維奇機制
💡 描述高溫燃燒下，熱力型氮氧化物（NOx）生成的自由基連鎖反應。
🔗 熱力型 NOx 生成機制流程
- 1 熱解離起始 — O2 分子在高溫環境解離成兩個 O 原子自由基。
- 2 首波攻擊 — O 自由基斷開 N2 強鍵，產生第一個 NO 與 N 原子。
- 3 連鎖傳遞 — N 原子與 O2 反應，產生第二個 NO 並回饋 O 原子。
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🔄 延伸學習：延伸學習：了解如何透過降低燃燒溫度或改變空燃比來抑制此反應。
