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地特四等申論題 110年 [環保技術] 環境化學概要

第 一 題

📖 題組:
二、戴奧辛是環境中重要的持久性有機污染物(Persistent Organic Pollutants, POPs),請回答下列相關問題:
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

戴奧辛之化學結構式為何?(5 分)

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看到戴奧辛(Dioxins),應立即聯想其化學全名「多氯二聯苯戴奧辛(PCDDs)」。作答時除了文字描述「兩個苯環透過兩個氧原子連結」的核心骨架與「氯原子取代位置」外,務必提醒自己需在卷面上繪畫出對應的化學結構圖(並標示 1~4 與 6~9 的位置)及舉例最毒的 2,3,7,8-TCDD,以確保穩拿這 5 分。

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「戴奧辛(Dioxins)」在環境化學上主要指「多氯二聯苯戴奧辛(Polychlorinated dibenzo-p-dioxins, 簡稱 PCDDs)」,其化學結構特徵包含: (1) 核心骨架:由兩個苯環透過兩個氧原子(氧橋)以對位相連結,形成平面的三環結構(dibenzo-p-dioxin)。 (2) 氯原子取代:兩側苯環外圍共有 8 個位置的氫原子可被 1 至 8 個氯原子取代,其國際純化學和應用化學聯合會(IUPAC)編號為 1、2、3、4 以及 6、7、8、9。

小題 (二)

戴奧辛屬於 POPs 之原因為何?(5 分)

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看到「POPs」,應立即聯想《斯德哥爾摩公約》對持久性有機污染物的四大定義標準:持久性、生物累積性、長途傳輸性及高毒性。作答時,只需將戴奧辛的物理化學性質(如高脂溶性、化學結構穩定等)與這四大特性逐一對應並簡要說明,即可穩拿這 5 分。

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戴奧辛被歸類為持久性有機污染物(POPs),主因是其物理化學特性完全符合 POPs 的四大定義: (1) 持久性(Persistence):戴奧辛具有穩定的含氯芳香環結構,對熱、酸、鹼極具抗性,在自然環境中極難被光解、化學降解或微生物分解,半衰期長。 (2) 生物累積性(Bioaccumulation):戴奧辛具有極高的辛醇-水分配係數(Kow),屬於高脂溶性與低水溶性物質,極易蓄積於生物體的脂肪組織中,並透過食物鏈產生生物放大效應(Biomagnification)。

小題 (三)

大氣中戴奧辛之濃度以 pg-TEQ/m3表示,說明此濃度單位之意義為何?(5 分)

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看到此題應將單位拆解為「pg」、「TEQ」與「m³」三部分逐一解釋。拿分關鍵在於精確說明「TEQ(毒性當量)」的環境毒理意義,即說明如何利用毒性當量因子(TEF)將多種戴奧辛異構物折算為最毒的 2,3,7,8-TCDD 之等效濃度後再加總的科學邏輯。

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【破題】「pg-TEQ/m³」代表「每立方公尺大氣中,所含戴奧辛類混合物之總體毒性,相當於多少皮克(picogram)之 2,3,7,8-TCDD 毒性」,是環境法規中用於評估戴奧辛總毒性風險的標準濃度單位。 【論述】 此濃度單位可拆解為三個核心概念進行說明:

小題 (四)

環境中戴奧辛之來源為何?試舉二例說明之。(5 分)

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看到此題,應立即聯想戴奧辛的生成特性:它並非人為刻意製造的產品,而是含氯物質在燃燒或化學製程中的「微量副產物」。舉例時,建議分為「燃燒熱反應(如廢棄物焚化)」與「工業化學製程(如含氯農藥製造或金屬冶煉)」兩個不同面向來論述,以展現答題的廣度與專業度。

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【破題】戴奧辛(Dioxins)並非人類刻意生產的化學產品,而是環境中含「氯」物質與碳氫化合物在特定的熱反應或化學製造過程中所產生的微量有毒副產物。 【論述】 環境中戴奧辛的主要來源可舉以下二例說明:

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