高考申論題
114年
[化學安全] 環境化學(含分析化學)
第 一 題
📖 題組：
請回答以下有關化學物質在土壤中的行為與流布之問題： (一) 土壤中的礦物或其形成的膠體中的氧化物表面可能形成正電荷或負電荷，水合二氧化錳（MnO2•(H2O)x）在低 pH（偏酸環境）及高 pH（偏鹼環境）下皆可形成表面電荷，請以化學式表示其形成表面電荷之機制並加以說明。（5 分） (二) 承上題，在上述 MnO2 帶有表面電荷的狀態下，其如何吸附土壤水（土壤溶液）中的陰離子，請以化學式表示並舉例說明。（5 分） (三) 請說明除了錯合鍵結及中性農藥與土壤顆粒鍵結的方式之外，土壤顆粒對農藥進行化學吸附的其他兩種機制。（5 分） (四) 土壤腐植質對水具有強烈親和力，請說明並解釋其能否(1)緩衝土壤中水（土壤溶液）的 pH (2)與 Pb2+離子螯合 (3)與 2,4-二氯酚鍵結而減少其移動性。（10 分）
請回答以下有關化學物質在土壤中的行為與流布之問題： (一) 土壤中的礦物或其形成的膠體中的氧化物表面可能形成正電荷或負電荷，水合二氧化錳（MnO2•(H2O)x）在低 pH（偏酸環境）及高 pH（偏鹼環境）下皆可形成表面電荷，請以化學式表示其形成表面電荷之機制並加以說明。（5 分） (二) 承上題，在上述 MnO2 帶有表面電荷的狀態下，其如何吸附土壤水（土壤溶液）中的陰離子，請以化學式表示並舉例說明。（5 分） (三) 請說明除了錯合鍵結及中性農藥與土壤顆粒鍵結的方式之外，土壤顆粒對農藥進行化學吸附的其他兩種機制。（5 分） (四) 土壤腐植質對水具有強烈親和力，請說明並解釋其能否(1)緩衝土壤中水（土壤溶液）的 pH (2)與 Pb2+離子螯合 (3)與 2,4-二氯酚鍵結而減少其移動性。（10 分）
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
土壤中的礦物或其形成的膠體中的氧化物表面可能形成正電荷或負電荷，水合二氧化錳（MnO2•(H2O)x）在低 pH（偏酸環境）及高 pH（偏鹼環境）下皆可形成表面電荷，請以化學式表示其形成表面電荷之機制並加以說明。（5 分）
思路引導 VIP
看到氧化物表面電荷問題，首先聯想「表面羥基（≡M-OH）」的兩性解離特性。接著利用酸鹼反應原理，分別寫出酸性環境下的「質子化（獲得H⁺形成正電）」與鹼性環境下的「去質子化（失去H⁺形成負電）」化學式即可拿分。
小題 (二)
承上題，在上述 MnO2 帶有表面電荷的狀態下，其如何吸附土壤水（土壤溶液）中的陰離子，請以化學式表示並舉例說明。（5 分）
思路引導 VIP
- 先判斷吸附陰離子需要什麼表面電荷（正電），並對應其發生的環境條件（低 pH 值）。
- 說明吸附陰離子的兩大機制：「非專一性吸附（靜電吸附 / 外層錯合）」與「專一性吸附（配位體交換 / 內層錯合）」。
小題 (三)
請說明除了錯合鍵結及中性農藥與土壤顆粒鍵結的方式之外，土壤顆粒對農藥進行化學吸附的其他兩種機制。（5 分）
思路引導 VIP
解題核心在於回顧土壤吸附農藥的各種機制。在排除題目已限制的『錯合鍵結』與『中性農藥的物理性吸附（如凡得瓦力、疏水性分配）』後，考生應直覺聯想到涉及電荷的『離子交換作用』，以及涉及極性官能基或化學反應的『共價鍵結』與『氫鍵結合』。
小題 (四)
土壤腐植質對水具有強烈親和力，請說明並解釋其能否(1)緩衝土壤中水（土壤溶液）的 pH (2)與 Pb2+離子螯合 (3)與 2,4-二氯酚鍵結而減少其移動性。（10 分）
思路引導 VIP
看到本題應先聯想「土壤腐植質的化學結構特徵」，即其含有豐富的含氧官能基（如羧基、酚羥基）以及非極性的碳氫骨架。接著將這些特性分別套入酸鹼平衡（解離與質子化）、配位化學（提供孤對電子與金屬螯合）及有機污染物吸附機制（疏水性分配、氫鍵或氧化偶合），即可完整解釋其對pH、重金屬及有機農藥的影響。