高考申論題
111年
[化學安全] 環境化學(含分析化學)
第 二 題
📖 題組：
一、臭氧層存在於大氣之平流層（stratosphere），而在地表的大氣對流層（troposphere）中也會因為空氣污染而產生臭氧。回答以下問題： (一)寫出平流層臭氧產生之反應並說明氟氯碳化物（chloroflourocarbons）對臭氧層造成破壞之化學原理。（12 分） (二)說明對流層臭氧如何產生？寫出其相關生成反應。（13 分）
一、臭氧層存在於大氣之平流層（stratosphere），而在地表的大氣對流層（troposphere）中也會因為空氣污染而產生臭氧。回答以下問題： (一)寫出平流層臭氧產生之反應並說明氟氯碳化物（chloroflourocarbons）對臭氧層造成破壞之化學原理。（12 分） (二)說明對流層臭氧如何產生？寫出其相關生成反應。（13 分）
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (二)
說明對流層臭氧如何產生？寫出其相關生成反應。（13 分）
思路引導 VIP
看到對流層臭氧生成，必須直覺聯想「二次污染物」、「NOx與VOCs」、「光化學煙霧」。解題時應分兩層次：先寫出NO2光解生成臭氧的基本循環（零平衡，不會累積臭氧），再引入VOCs/CO如何產生過氧自由基（RO2·），將NO轉回NO2並打破平衡，這才是導致臭氧大量累積的核心機制。
小題 (一)
寫出平流層臭氧產生之反應並說明氟氯碳化物（chloroflourocarbons）對臭氧層造成破壞之化學原理。（12 分）
思路引導 VIP
解題核心在於精確寫出化學反應式。首先列出平流層中氧分子吸收紫外線生成臭氧的「查普曼機制（Chapman cycle）」。接著，說明氟氯碳化物（CFCs）在平流層受光解產生氯自由基（Cl·），並寫出其作為催化劑破壞臭氧的連鎖反應式。
對流層臭氧生成機制
💡 氮氧化物與揮發性有機物經光化學反應，打破平衡導致臭氧累積。
🔗 對流層臭氧淨生成流程
- 1 光解反應 — NO2 吸收紫外線產生 O 原子與 NO
- 2 O3 生成 — O 原子與 O2 結合產生臭氧
- 3 VOCs 氧化 — VOCs 與 OH 自由基反應生成過氧自由基
- 4 打破循環 — 過氧自由基將 NO 氧化為 NO2，減少 O3 消耗
- 5 淨累積 — 臭氧生成速率大於消耗速率，濃度升高
↓
↓
↓
↓
🔄 延伸學習：延伸學習：NOx 與 VOCs 的比例如何影響臭氧生成的限制型態（NOx-limited vs VOC-limited）。
