高考申論題
107年
[環境工程] 環境化學與環境微生物學
第 一 題
📖 題組：
大氣中一氧化氮（NO）會與臭氧（O3）反應生成二氧化氮（NO2）及氧氣（O2），假如此反應的反應速率常數（k）為 1.8 × 10-12 e-1370/T，各化合物的標準焓值（enthalpy）如下表，請問： (一)此反應的活化能（activation energy）為何？（5 分） (二)此反應的焓值為何？屬於放熱反應還是吸熱反應？（5 分）
大氣中一氧化氮（NO）會與臭氧（O3）反應生成二氧化氮（NO2）及氧氣（O2），假如此反應的反應速率常數（k）為 1.8 × 10-12 e-1370/T，各化合物的標準焓值（enthalpy）如下表，請問： (一)此反應的活化能（activation energy）為何？（5 分） (二)此反應的焓值為何？屬於放熱反應還是吸熱反應？（5 分）
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
此反應的活化能（activation energy）為何？（5 分）
思路引導 VIP
看到反應速率常數與溫度T呈指數關係，應立刻聯想到阿瑞尼斯方程式（Arrhenius equation）。透過對照題目給定公式的指數項與方程式標準式，即可結合理想氣體常數（R）推算出活化能（Ea）。
小題 (二)
此反應的焓值為何？屬於放熱反應還是吸熱反應？（5 分）
思路引導 VIP
考生看到此題應先寫出平衡的化學反應式，並利用「產物總生成焓」減去「反應物總生成焓」的公式來計算反應焓（赫斯定律）。需特別注意，題目雖未給定 O2 的焓值，但依據熱力學定義，自然界穩定存在的元素單質（如 O2）其標準生成焓為零，最後根據計算結果的正負號（負值為放熱，正值為吸熱）即可得出結論。
小題 (三)
請問改變那些環境化學因子，會造成膠體顆粒不穩定而聚集？（5 分）
思路引導 VIP
本題測驗膠體化學與DLVO理論。看到『膠體不穩定而聚集』，應直覺聯想到破壞膠體穩定性的兩大途徑：壓縮雙電層與中和表面電荷。解題時可從離子強度、pH值（零電荷點）、反離子價數（Schulze-Hardy法則）及高分子架橋等四個環境化學因子切入，簡要說明其化學機制。
小題 (四)
請以所繪製之圖，說明為何加入環境化學因子，會造成膠體顆粒聚集的原因？（5 分）
思路引導 VIP
看到膠體聚集與化學因子，應直覺聯想「DLVO理論」。解題關鍵在於描述「位能-距離」曲線圖，並點出環境化學因子（如離子強度增加或pH改變）會「壓縮雙電層」或「中和表面電荷」，導致位能障壁降低，使凡得瓦引力主導而發生聚集。