民國115年 普通考試 環保技術 環境化學概要
第1題
光化學煙霧（Photochemical smog）是現代都會區常見的空氣污染現象， 不僅降低能見度，更會對人體呼吸系統造成危害。請從「大氣化學」的 角度出發，回…
題目
光化學煙霧（Photochemical smog）是現代都會區常見的空氣污染現象， 不僅降低能見度，更會對人體呼吸系統造成危害。請從「大氣化學」的 角度出發，回答下列問題： 詳細說明對流層臭氧（O3）的生成機制，並列出氮氧化物（NOX）參 與循環的關鍵化學反應式。（10 分） 探討揮發性有機物（VOCs）在此過程中所扮演的角色。（10 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、對流層臭氧（tropospheric ozone）並非直接排放，而是由氮氧化物（NOx）與揮發性有機物（VOCs）在日照下經光化學反應二次生成。啟動步驟為NO2吸收紫外光（λ＜420 nm）光解：NO2 + hν → NO + O(3P)；氧原子再與O2經第三體M碰撞生成臭氧：O(3P) + O2 + M → O3 + M。此為日間臭氧生成的啟動反應。
- 二、NOx循環的核心是NO2光解與O3氧化NO的交替：O3 + NO → NO2 + O2；NO2 + hν → NO + O(3P)，O(3P) + O2 + M → O3 + M。兩者合計為O3 + NO → NO2 + O2與NO2光解，淨結果不增加O3。此零淨循環使NOx在NO與NO2間轉換；若無VOCs介入，臭氧無法累積。
- 三、VOCs的角色是提供過氧自由基，將NO轉為NO2而不消耗O3，打斷零淨循環。典型反應：RH + OH → R + H2O；R + O2 → RO2；RO2 + NO → RO + NO2；HO2 + NO → OH + NO2。生成的NO2再光解產生O3，故VOCs如同燃料，決定臭氧的淨生成量。
- 四、VOCs氧化生成醛、酮及過氧乙醯硝酸酯（PAN），PAN可長距離輸送NOx。OH來源為O3光解：O3 + hν → O(1D) + O2；O(1D) + H2O → 2OH。NOx終止反應包括NO2 + OH → HNO3、NO2 + O3 → NO3 + O2、NO3 + NO2 ⇌ N2O5，故NOx可暫時被儲存。
- 五、臭氧生成對前驅物呈非線性：VOCs/NOx比值高時多為NOx限制，降低NOx可減臭氧；比值低時為VOCs限制，須先減VOCs。實務上以最大增量反應性（MIR）加權VOCs、光化學模型與臭氧等值線（EKMA）研擬管制，並注意NOx減量可能短期增加臭氧的NOx滴定效應。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。