地特四等申論題
107年
[環境檢驗] 環境化學概要
第 一 題
📖 題組：
依據環保單位監測資料分析，造成臺灣地區空氣品質不良（AQI > 100）最主要的指標污染物，除了懸浮微粒，還有臭氧。都市空氣中臭氧濃度隨時間變化，其涉及複雜的化學反應機制（含光化學反應），而汽柴油車輛排放的氮氧化物（NOx）及碳氫化物也牽涉其中。請回答下列問題：
依據環保單位監測資料分析，造成臺灣地區空氣品質不良（AQI > 100）最主要的指標污染物，除了懸浮微粒，還有臭氧。都市空氣中臭氧濃度隨時間變化，其涉及複雜的化學反應機制（含光化學反應），而汽柴油車輛排放的氮氧化物（NOx）及碳氫化物也牽涉其中。請回答下列問題：
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
請寫出及平衡汽柴油車輛所排放 NOx 生成的主要化學反應式，並加以說明。（5 分）
思路引導 VIP
看到車輛排放 NOx，應直覺聯想到引擎燃燒室的「高溫高壓」環境打破了空氣中穩定的氮氣分子，形成「熱力型氮氧化物 (Thermal NOx)」。答題時需分兩階段寫出平衡反應式：首先是引擎內 N2 與 O2 結合生成 NO，其次是 NO 排放至大氣後氧化成 NO2，並輔以熱力學條件加以文字說明。
小題 (二)
請寫出及平衡前述 NOx 所造成都市空氣中生成 O3 的化學反應式，並加以說明。（10 分）
思路引導 VIP
考生看到此題應立刻聯想到「對流層臭氧（二次污染物）」的生成機制，即著名的「光化學煙霧（Photochemical smog）」反應。解題步驟為：首先寫出 NOx 的基礎光化學循環（NO2 光解生成 O，O 再與 O2 結合生成 O3，以及 O3 被 NO 消耗）；接著，務必引入題目提到的「碳氫化物（VOCs）」作為關鍵變數，解釋 VOCs 產生的過氧自由基如何取代 O3 去氧化 NO，從而打破平衡，導致都市臭氧大量累積。
小題 (三)
請說明交通尖峰時段 O3 濃度較不易迅速上升的原因（若不考慮大氣擴散條件）。（5 分）
思路引導 VIP
看到臭氧生成與交通尖峰，應立即聯想「光化學煙霧機制」與「氮氧化物循環（NOx null cycle）」。切入點有二：一是剛排放的高濃度 NO 會透過「滴定效應（Titration）」消耗臭氧；二是早晨陽光紫外線不夠強，且 VOCs 產生過氧自由基的連鎖反應在動力學上需要時間累積。