高考申論題
107年
[化學安全] 環境化學(含分析化學)
第 一 題
📖 題組：
在平流層中臭氧（O3）分子會與氯原子（Cl）及其它如一氧化氮（NO）反應而分解，反應式分別如下： Cl + O3 → ClO + O2 Rate(1) = k1[Cl] [O3] NO + O3→NO2 + O2 Rate(2) = k2[NO] [O3] 又反應速率常數值，k1 及 k2 分別為 3.0 × 10-11e-250/T 及 1.8 × 10-12e-1250/T，T 是 Kelvin溫度，在離海平面 20 km 高之平流層溫度為-50℃，又[NO] = 1000[Cl]。
在平流層中臭氧（O3）分子會與氯原子（Cl）及其它如一氧化氮（NO）反應而分解，反應式分別如下： Cl + O3 → ClO + O2 Rate(1) = k1[Cl] [O3] NO + O3→NO2 + O2 Rate(2) = k2[NO] [O3] 又反應速率常數值，k1 及 k2 分別為 3.0 × 10-11e-250/T 及 1.8 × 10-12e-1250/T，T 是 Kelvin溫度，在離海平面 20 km 高之平流層溫度為-50℃，又[NO] = 1000[Cl]。
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請計算：Cl 及 NO 破壞臭氧（O3）之反應速率比值，亦即 Rate(1)/Rate(2)值。（10 分）
思路引導 VIP
拿到這題先觀察這是一個化學動力學的比值計算題。解題關鍵在於先將攝氏溫度正確轉換為絕對溫度（Kelvin），接著列出 Rate(1) 與 Rate(2) 的相除式並消去共同項 [O3]，最後代入 [NO] = 1000[Cl] 及速率常數公式即可求解。
小題 (二)
又 20 km 高之平流層溫度為-50℃，[Cl] = 4.5× 105 molecules/cm3，
[O3] = 2.0 × 1012 molecules/cm3，k1 = 3.0 × 10-11e-250/T molecules-1 cm3 sec-1
請計算 Rate(1) = k1[Cl] [O3]之值為何？（5 分）
思路引導 VIP
這是一道標準的化學動力學計算題。解題關鍵在於先將攝氏溫度轉換為絕對溫度（Kelvin），代入阿瑞尼斯方程式求出該溫度下的速率常數 k1 後，再將所有給定濃度代入速率定律式中求解，計算過程須特別注意科學記號的運算與最終單位的正確性。