民國115年 普通考試 環境檢驗 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、定義與生成條件：對流層臭氧（tropospheric ozone）屬二次污染物，並非污染源直接排放，而是由氮氧化物（NOX）與揮發性有機物（VOCs）在日光下經光化學反應生成。生成三要素為 NOX、VOCs 與波長小於 420 nm 之紫外光；光解產生之 OH 自由基負責啟動整個氧化鏈，因此臭氧生成速率與日照強度、溫度呈正相關。
- 二、NOX 光化學循環：NO2 + hν（λ<420 nm）→ NO + O(3P)；O(3P) + O2 + M → O3 + M；O3 + NO → NO2 + O2。第三式稱為滴定反應（titration），會把臭氧重新消耗為氧氣。若系統中只有此三者，光解速率與滴定速率會達成光化學穩態（photostationary state），臭氧無法累積，濃度僅由 [NO2]/[NO] 比與光解速率常數決定。
- 三、VOCs 打斷滴定反應：RH + OH → R + H2O；R + O2 → RO2；RO2 + NO → RO + NO2；HO2 + NO → OH + NO2；CO + OH → HO2。此路徑把 NO 氧化為 NO2 卻不消耗臭氧，使 NO2 得以再行光解產生額外臭氧，形成淨生成。故臭氧生成量取決於 VOCs 把 NO 轉為 NO2 之能力，而非 NOX 總量本身。
- 四、自由基起始與二次產物：亞硝酸（HONO）與甲醛（HCHO）光解為 HOX 自由基之重要起始源；臭氧生成效率隨 VOC/NOX 比值而異，高 NOX 低 VOC 時屬 VOC 控制（VOC-limited），反之屬 NOX 控制（NOX-limited）。VOCs 另生成過氧乙醯硝酸酯（PAN），可長程輸送 NOX；醛類與過氧化物刺激呼吸道，二次有機氣膠（SOA）則降低能見度。
- 五、政策意涵：由於臭氧等濃度線呈非線性，僅削減 NOX 可能因降低滴定而使郊區臭氧上升，即週末效應（weekend effect）。管制策略應同時削減 NOX 與 VOCs，依區域 VOC/NOX 比值與季節差異擬定減量比例，並考量交通、溶劑使用與工業製程等排放源。
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。