高考申論題
113年
[化學安全] 環境化學(含分析化學)
第 一 題
📖 題組：
光化學是很主要的大氣化學反應，請回答以下相關問題： (一)若 Cl 原子的生成熱為∆Hf =121.7 kJ/mol，請問波長小於多少 nm 的光可將 Cl2游離成 Cl 原子？（5 分） （普朗克常數（Planck’s constant, h）=6.626×10−34J·s，光速 C=3.0×108 m/s） (二)請說明自由基定義與光誘發分子產生自由基的原理。（5 分） (三)請由路易式結構（Lewis structure）判斷 O3是否為自由基？（5 分） (四)氫氧自由基（·OH）在白天 1.0 atm 15℃時的濃度為 7.510^6 個/cm3，請計算該濃度為多少 ppt（氣體常數 R=0.082 L·atm·K−1·mol−1）？（5 分） 若該·OH 在 1 分鐘時變為 5.310^6個/cm3，2 分鐘時變為 3.810^6個/cm3，4.5 分鐘時僅剩 1.510^6個/cm3，請問該消耗的速率常數為何？（5 分）
光化學是很主要的大氣化學反應，請回答以下相關問題： (一)若 Cl 原子的生成熱為∆Hf =121.7 kJ/mol，請問波長小於多少 nm 的光可將 Cl2游離成 Cl 原子？（5 分） （普朗克常數（Planck’s constant, h）=6.626×10−34J·s，光速 C=3.0×108 m/s） (二)請說明自由基定義與光誘發分子產生自由基的原理。（5 分） (三)請由路易式結構（Lewis structure）判斷 O3是否為自由基？（5 分） (四)氫氧自由基（·OH）在白天 1.0 atm 15℃時的濃度為 7.510^6 個/cm3，請計算該濃度為多少 ppt（氣體常數 R=0.082 L·atm·K−1·mol−1）？（5 分） 若該·OH 在 1 分鐘時變為 5.310^6個/cm3，2 分鐘時變為 3.810^6個/cm3，4.5 分鐘時僅剩 1.510^6個/cm3，請問該消耗的速率常數為何？（5 分）
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
若 Cl 原子的生成熱為∆Hf =121.7 kJ/mol，請問波長小於多少 nm 的光可將 Cl2游離成 Cl 原子？（5 分）
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本題測驗光化學中的能量與波長轉換。首先需釐清「Cl原子的生成熱」定義，算出解離1莫耳Cl2所需的鍵能（生成熱的兩倍）；接著除以亞佛加厥常數得到「單一分子」的解離能，最後代入光子能量公式 (E = hc/λ) 求出極限波長。
小題 (二)
請說明自由基定義與光誘發分子產生自由基的原理。（5 分）
思路引導 VIP
看到此題，應先明確點出自由基『具有不成對電子』的核心特徵，接著結合光化學基本定律，說明光子能量大於鍵能時引發的化學鍵『均勻斷裂（Homolytic cleavage）』機制。
小題 (三)
請由路易式結構（Lewis structure）判斷 O3是否為自由基？（5 分）
思路引導 VIP
考生應先回想自由基的定義為「具有未成對電子的化學物種」。接著計算臭氧 (O3) 的總價電子數，並利用八隅體規則畫出路易斯共振結構，藉由檢查分子中是否存在未成對電子來明確作答。
小題 (四)
氫氧自由基（·OH）在白天 1.0 atm 15℃時的濃度為 7.510^6 個/cm3，請計算該濃度為多少 ppt（氣體常數 R=0.082 L·atm·K−1·mol−1）？（5 分）
若該·OH 在 1 分鐘時變為 5.310^6個/cm3，2 分鐘時變為 3.810^6個/cm3，4.5 分鐘時僅剩 1.510^6個/cm3，請問該消耗的速率常數為何？（5 分）
思路引導 VIP
看到此題，應立即分為兩階段思考：第一階段為『單位換算』，需利用理想氣體方程式 (PV=nRT) 求出空氣在給定溫壓下的總分子數密度，再與 ·OH 的數量密度相除並乘上 10^12 得到 ppt 單位。第二階段為『反應動力學』，需將不同時間點的濃度代入一級反應速率公式 ln(C0/Ct)=kt，驗證 k 值是否為常數，確認為一級反應後取平均值即為答案。