地特四等申論題
110年
[環保技術] 環境化學概要
第 二 題
📖 題組：
一、煤礦中因含有硫化鐵（FeS2）會在燃煤電廠之廢氣中產生二氧化硫，其可進一步在大氣中與氫氧自由基反應而形成酸雨。試回答下列相關問題：
一、煤礦中因含有硫化鐵（FeS2）會在燃煤電廠之廢氣中產生二氧化硫，其可進一步在大氣中與氫氧自由基反應而形成酸雨。試回答下列相關問題：
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (二)
寫出一個在對流層大氣中產生氫氧自由基之反應。（5 分）
思路引導 VIP
看到對流層產生氫氧自由基（OH·），應直覺聯想到大氣光化學反應的最主要初級來源：臭氧（O3）的光解與水氣（H2O）的參與。解題時建議精確寫出激發態氧原子 O(¹D) 的生成，以及其與水氣反應產出 OH· 的兩步驟反應，展現環境化學的專業深度。
小題 (一)
硫化鐵在燃煤電廠燃燒過程中生成二氧化硫之反應式為何？（5 分）
思路引導 VIP
考生看到此題應先確立燃燒反應的本質為物質與氧氣（O2）的氧化還原反應。接著判斷產物：硫化鐵中的鐵與硫在高溫充分燃燒下，會分別氧化成最穩定的氧化物，即三氧化二鐵（Fe2O3）與二氧化硫（SO2），最後運用原子守恆定律完成方程式係數平衡。
小題 (三)
寫出在大氣中生成酸雨之化學反應。（5 分）
思路引導 VIP
看到「二氧化硫」、「氫氧自由基」、「酸雨」，應立刻聯想到大氣化學中 SO2 的氣相氧化機制（Gas-phase oxidation）。解題時需依序寫出自由基加成、生成三氧化硫（SO3）及最終與水氣水合成硫酸（H2SO4）的完整反應式，並標註吸收能量的第三體（M）以展現專業度。
小題 (四)
煤礦顆粒在流體化床燃燒中可添加碳酸鈣粉末來控制二氧化硫之排放量，其反應原理為何？（5 分）
思路引導 VIP
看到此題應迅速聯想到環境工程中著名的「流體化床爐內脫硫（固硫）技術」。解題關鍵在於寫出兩階段化學反應：首先是碳酸鈣受熱分解為氧化鈣（煆燒），其次是多孔的氧化鈣與二氧化硫及氧氣反應生成固態硫酸鈣（固硫），將氣態污染物轉為固態排出。
對流層氫氧自由基生成
💡 臭氧光解產生激發態氧原子後，與水氣反應生成大氣氧化劑 OH。
🔗 對流層 OH· 生成路徑
- 1 臭氧光解 — O3 + hv -> O2 + O(1D)
- 2 激發態反應 — O(1D) + H2O -> 2OH·
- 3 氧化污染物 — OH· 氧化 SO2 或 NOx 生成酸雨
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🔄 延伸學習：延伸學習：OH· 是大氣中最重要的氧化劑，決定大多數污染物的壽命。
