普考申論題
105年
[環境檢驗] 環境化學概要
第 二 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 (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。
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。
氣體平衡與污染物計算
💡 應用化學平衡原理計算高溫下氮氧化物生成的平衡濃度。
🔗 氣體平衡計算四步驟
- 1 建立平衡式 — 寫出平衡常數 K 的分壓表達式
- 2 參數代入 — 代入大氣 N2(0.78) 與 O2(0.21) 之分壓
- 3 數值求解 — 利用平方根求得 NO 之平衡分壓
- 4 單位轉換 — 將分壓比乘以十的六次方轉為 ppm
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🔄 延伸學習：延伸學習：探討溫度變化對 K 值與生成量的熱力學影響。
