107 警察特考三等 消防警察人員 火災學與消防化學 考古題詳解

核心觀念

1. 法規定位與定義： 以命題當年（民國 107 年）之法規《公共危險物品及可燃性高壓氣體設置標準暨安全管理辦法》第 4 條為準（現行法已修正名稱為《公共危險物品及可燃性高壓氣體製造儲存處理場所設置標準暨安全管理辦法》）。丁二烯（1,3-丁二烯）被主管機關明定列管為「可燃性高壓氣體」。
2. 理化特性與蒸氣密度計算：

• 物質分子量與蒸氣密度（Vapor Density）之關係：蒸氣密度係指氣體在同溫同壓下相對於空氣的密度比值。 $\text{蒸氣密度} = \frac{M_{\text{gas}}}{M_{\text{air}}}$ 其中空氣平均分子量取 $28.84\text{ g/mol}$（或以 $28.96\text{ g/mol}$ / $29\text{ g/mol}$ 計算）。
• 燃燒界限（爆炸範圍）：可燃性氣體與空氣均勻混合後，遇引火源能發生燃燒或爆炸之濃度界限（LEL 至 UEL）。

3. 燃燒爆炸與化學危害性：

• 燃燒爆炸性、低沸點揮發性、低溫凍傷危害與蒸氣沉降擴散特性。
• 共軛雙鍵引發之「自聚合反應（Polymerization）」放熱危險，以及接觸空氣生成不穩定「過氧化物」引發爆炸之特有化學危害。
• 容器受熱引發「沸騰液體膨脹蒸氣爆炸（BLEVE）」之物理性破裂危害。

4. 氣體火災滅火戰術原理： 可燃性氣體火災搶救之最高原則為「先切斷氣源，再行滅火；若無法切斷氣源，嚴禁貿然熄滅火勢」。防止未燃氣體持續外洩蓄積而引發更具破壞性之蒸氣雲爆炸（VCE）。

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解題方法

本題為典型的化學性火災學申論題，作答時切入點應分為三大區塊，採取「階梯式論述」，層次分明：

1. 理化特性結構化呈現： 精準寫出 1,3-丁二烯之化學式與結構式，帶出分子量，並透過公式推導蒸氣密度，羅列爆炸範圍、沸點、閃火點等數據，展現專業化學底子。
2. 危險性全方位剖析： 切勿只回答「會燃燒爆炸」。應自火災學與化學災害角度，從「物理危害（擴散回火、低溫凍傷、BLEVE）」、「化學危害（自聚反應放熱、過氧化物爆炸）」及「健康毒性（致癌性、窒息麻醉性）」三個維度完整分析。
3. 滅火措施戰術化步驟： 按災害應變程序推展：現場評估與警戒 $\to$ 冷卻防護（預防 BLEVE） $\to$ 關閉閥門（切斷氣源） $\to$ 藥劑選用與殘火處理。強調「切斷氣源為前提」的消防戰術核心。

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試題得分點剖析

本題雖非選擇題，但閱卷評分係依題旨四大問進行配分切塊，各子問評分核心如下：

1. 化學結構式與理化特性（評分比重約 35%）：

• 關鍵點：必須明確指名常態工業應用之「1,3-丁二烯」，寫出分子式 $\text{C}_4\text{H}_6$ 與結構簡式 $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2$。
• 推導點：蒸氣密度必須展示推導過程，不可僅寫數值；爆炸範圍數值（約 $2.0\% \sim 12.5\%$）必須準確。

2. 危險性說明（評分比重約 35%）：

• 關鍵點：得分高低取決於是否寫出丁二烯特有的「自聚反應（Polymerization）」與「過氧化物形成」。若僅泛泛而談「易燃、易爆」，僅能取得基本分數。
• 延伸點：應說明其蒸氣比重大於 1，具沿地表流竄擴散及回火（Flashback）特性。

3. 洩漏滅火措施（評分比重約 30%）：

• 關鍵點：必須首重「切斷氣源（Shut off source）」，並明確敘述「未切斷氣源前不可滅火」之戰術守則。
• 延伸點：需涵蓋射水冷卻槽體（防範 BLEVE）、水霧稀釋蒸氣雲、適當滅火藥劑（乾粉、二氧化碳）選用與個人防護裝備（SCBA）。

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解題技巧與應考陷阱

1. 辨識主次，鎖定 1,3-丁二烯：丁二烯雖有 1,2-丁二烯與 1,3-丁二烯兩種異構物，但工業上製造合成橡膠、法規主要列管者均為 1,3-丁二烯，作答時直接以「1,3-丁二烯」為主體作答。
2. 常見失分陷阱——貿然滅火：考生極易直覺寫出「立即使用大量水或乾粉將火撲滅」，此為氣體火災大忌。若未關閉閥門即將火熄滅，逸散之丁二烯氣體與空氣混合達到爆炸範圍，遇其他火源將形成更致命的空間爆炸。
3. 常考化學特性記憶點：丁二烯分子內含共軛雙鍵（Conjugated double bonds），化學活性極高，在沒有添加阻聚劑（如 TBC）或接觸氧氣時極易自聚形成「爆米花聚合物（Popcorn polymer）」，此為消防化學歷屆試題之常客。

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【答案】

一、丁二烯之化學結構式與理化特性

丁二烯通常指「1,3-丁二烯（1,3-Butadiene）」，其理化特性如下：

1. 化學結構：

• 分子式：$\text{C}_4\text{H}_6$
• 結構式（結構簡式）： $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2$

核心觀念

本題為典型的「消防化學」與「危險物品災害搶救（HAZMAT）」跨領域申論題，測驗考生對常見工安劇毒與易燃氣體的物理化學特性、現場儀器檢測原理，以及搶救作業規範的整合能力。本題以命題當年（民國 107 年）之《危害性化學品標示及通識規則》、《消防搶救化學品災害現場作業要領》及《緊急應變指南》（ERG）相關規範為解題準據。

1. 硫化氫（$H_2S$）理化特性與毒理學：

• 分子量與密度：分子量約 $34.08\text{ g/mol}$，蒸氣相對密度約為 $1.18$（空氣 $= 1$），比空氣重，易蓄積於局限空間與低窪通風不良處。
• 燃燒與爆炸範圍：常溫常壓下爆炸界限（燃燒範圍）約為 $4.0\% \sim 44.0\%$，閃火點為氣體極低溫，自燃溫度約 $260^\circ\text{C}$，屬於高易燃性氣體。燃燒副產物為具強烈刺激性與毒性的二氧化硫（$SO_2$）： $2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2SO_2 + 2H_2O$
• 毒理機制：細胞窒息性毒物，能強烈抑制粒線體內的細胞色素氧化酶（Cytochrome c oxidase），阻斷組織細胞之有氧呼吸，致命劑量常造成神經突發麻痺（Knockdown效應）。

2. 檢知管反應原理（呈色化學反應）：

• 金屬鹽沉澱呈色反應。硫化氫為弱酸性二元酸，解離出之硫離子（$S^{2-}$）與二價鉛離子（$Pb^{2+}$）具極高的親和力，反應沉澱出極難溶於水且呈深褐色至黑色的硫化鉛（$PbS$），其溶度積常數 $K_{sp}$ 極小（約 $10^{-28}$），反應近乎完全且靈敏度極高。
• 檢知管定量機制：在定量抽氣柱管內，管柱充填塗布檢測試劑之惰性載體，氣體樣品通過時反應層長度（變色環長度）與濃度成正比。

3. 氣體火災與化災搶救原則：

• 遵行**「切斷氣源優先於滅火」**原則。若盲目撲滅火焰而未切斷洩漏源，將導致未燃氣體外洩積聚形成蒸氣雲，引發更大規模蒸氣雲爆炸（VCE）或回火（Flashback），並造成下風處人員劇毒暴露。

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解題方法

申論題解答應採層次分明的標題化結構，針對題目三個子題分別展開：

1. 子題(一) 危險性分析：應劃分為「毒性危害（致命性、嗅覺疲勞）」、「火災爆炸危害（廣域爆炸界限、燃燒產物 $SO_2$）」、「物理蓄積危害（氣體比重 $> 1$）」三維度進行歸納，避免僅回答單一面向。
2. 子題(二) 檢測原理：必須列出精確的化學反應方程式，並分成「化學沉澱與呈色反應」及「檢知管物理/定量機制」兩階段說明，展示紮實的化學底子。
3. 子題(三) 滅火措施：應按災害應變作業標準程序（SOP）開展，依「氣源控制與隔離」、「冷卻防護與滅火藥劑選用」、「個人防護裝備（PPE）」及「外洩物與燃燒毒氣防護」四個維度具體書寫。

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選項分析

本題為非選擇題（申論計算題型），無選項可供拆解。各子題命題重點與評分關鍵如下：

• 第(一)子題（5分）：評分關鍵在於能否精準寫出「比重大於空氣易積聚」、「嗅覺疲勞（高濃度喪失嗅覺，不得以氣味作為警示標記）」、「寬爆炸界限」及「抑制細胞色素氧化酶的急毒性」。
• 第(二)子題（10分）：評分核心為化學反應式 $H_2S + PbSO_4 \rightarrow PbS\downarrow + H_2SO_4$（或鉛鹽解離式 $Pb^{2+} + H_2S \rightarrow PbS\downarrow + 2H^+$）、沉澱物硫化鉛（$PbS$）的顏色（黑/黑褐色）及管柱變色長度正比於氣體濃度的比色/標尺定量原理。
• 第(三)子題（10分）：評分關鍵在於是否明確揭示「未斷氣前不可滅火」之最高指導原則，並列出適當藥劑（乾粉、二氧化碳、水霧防護冷卻）與個人防護配備（SCBA 及 A 級/B 級防護衣）。

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解題技巧

1. 記憶口訣與關鍵數值：

• 硫化氫物理常數：相對密度約 $1.19$（比空氣重，沈降坑底）、爆炸界限約 $4\% \sim 44\%$（廣域易爆）。
• 嗅覺陷阱：低濃度（約 $0.13\text{ ppm}$）即可聞到臭雞蛋味，但高濃度（$> 100\text{ ppm}$）會在數秒內麻痺嗅覺神經，造成「嗅覺疲勞」，使受害者失去警覺性。

2. 化學方程式書寫細節：

• 題目明確指出使用「含硫酸鉛溶液」（雖然硫酸鉛在水中溶解度極低，實務檢知管常以醋酸鉛或微溶性鉛鹽懸浮液/酸液吸附於矽膠載體上），答題時應切合題旨寫出與硫酸鉛或鉛離子對應之反應式，並特別註明產物顏色（黑色沉澱）與化學式。

3. 化災滅火防護禁忌：

• 切忌寫出「直接以棒狀水柱撲滅氣體火焰」，應強調「水霧（Water spray）冷卻容器壁與稀釋蒸氣」，並注意防止消防廢水直接流入排水系統。

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【答案】

(一) 硫化氫（$H_2S$）之危險性

硫化氫兼具劇烈毒性、高燃燒爆炸性及環境蓄積性，主要危險性如下：

核心觀念

本題考查固體可燃物中代表性物質——木材的火災化學特性與燃燒機構，屬於《火災學》中「燃燒與發火理論」的經典申論題型。核心觀念涵蓋：

1. 木材之化學組成：三大多醣與芳香族高分子聚合物（纖維素、半纖維素、木質素）之組成比例與熱解角色。
2. 木材發火之臨界危險溫度：依熱源形態與作用時間，區分為「短時間引火溫度（有接觸引火源）」、「自燃發火溫度（無外部引火源）」以及「長時間低溫發火溫度（低溫炭化蓄熱）」。
3. 熱裂解與發火燃燒歷程：固體「分解燃燒」之物理與化學相變階段（脫水吸熱 $\to$ 熱裂解產氣 $\to$ 有焰揮發燃燒 $\to$ 表面無焰焦炭燃燒）。

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解題方法

本題為標準的「三段式論述題」，解題時應採「層次化條列」與「數據化量化指標」切入：

1. 主要成分：分別列出三大基本成分及其化學結構特徵、含量百分比及在火災中的產物影響。
2. 危險溫度：不能僅列出單一溫度數值，必須清楚區分「接觸明火（引火）」、「未接觸明火（自燃／發火）」與「長時間低溫蓄熱（低溫發火）」三種情境，並具體標記溫度範圍。
3. 發火過程：按「升溫熱分解溫度帶」劃分階段（室溫至乾燥、初期熱解、激烈熱分解放熱燃燒、高溫殘炭表面燃燒），具體說明吸放熱狀態、生成氣體種類及燃燒型態（有焰燃燒 vs. 無焰燃燒）。

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選項分析

本題為國家考試申論題（問答題），無選擇題選項。閱卷給分之關鍵在於考生能否精確列舉出專有名詞（如半纖維素、木質素、熱裂解、分解燃燒、表面燃燒）及對應之溫度數值區間。

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解題技巧

1. 數字與區間精準記憶：

• 纖維素：約 $40\% \sim 50\%$；半纖維素：約 $20\% \sim 30\%$；木質素：約 $20\% \sim 30\%$。
• 引火危險溫度（有接觸火源）：約 $260^\circ\text{C} \sim 270^\circ\text{C}$。
• 自燃危險溫度（無火源）：約 $400^\circ\text{C} \sim 450^\circ\text{C}$。
• 低溫發火危險溫度（長時間受熱）：約 $100^\circ\text{C} \sim 150^\circ\text{C}$。

2. 避開常見陷阱：

• 混淆引火與自燃：引火（Piloted Ignition）必須有外部點火源，所需溫度較低；自燃／發火（Auto-ignition）無外部點火源，純靠熱輻射或環境對流蓄熱，所需溫度較高。
• 忽略低溫發火：許多考生只寫高溫引火與自燃，遺漏了實務火災鑑定中常見的「蒸氣管、煙囪旁木材經年累月低溫炭化引起之低溫發火」。
• 燃燒型態描述不全：木材先經歷「分解燃燒（有焰）」，殘炭再經歷「表面燃燒（無焰）」，兩者皆須明確寫出。

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【答案】

一、木材之主要成分

木材為天然有機高分子複合物，主要由以下三種基本成分及微量抽出物所構成：

1. 纖維素（Cellulose）：

• 含量約佔木材絕乾重量之 $40\% \sim 50\%$。
• 分子式為 $(C_6H_{10}O_5)_n$，是由葡萄糖殘基聚合而成之結晶性直鏈高分子，為木材細胞壁的主要骨架結構。
• 熱分解時主要產生可燃性揮發物（如焦油蒸氣、低分子烴類及一氧化碳），是有焰燃燒的主要燃料來源。

2. 半纖維素（Hemicellulose）：

• 含量約佔 $20\% \sim 30\%$。
• 為多種己糖與戊糖構成之支鏈多醣聚合物，聚合度較低且呈非晶質結構。
• 耐熱性最差，在三者中最早開始熱裂解（約 $200^\circ\text{C}$ 左右即開始脫水及熱分解）。

3. 木質素（Lignin）：

• 含量約佔 $20\% \sim 30\%$。
• 為具有芳香環構造的三維網狀複雜高分子化合物，包覆於纖維素外圍提供剛性。

核心觀念

本題測驗「危險物品分類與性狀判定」之法定試驗標準，核心法規依據為命題當年（民國 107 年）之《公共危險物品及可燃性高壓氣體設置標準暨安全管理辦法》（現行法名稱為《公共危險物品及可燃性高壓氣體製造儲存處理場所設置標準暨安全管理辦法》，試驗方法核心規範維持一致）第 3 條及內政部所定《公共危險物品試驗方法及判定基準》：

1. 物態（固體／液體）之法定定義與流動性判定：常溫常壓（$1\,\text{atm}$、$20^\circ\text{C}$）下物質之物理外觀；若介於兩者之間或受溫影響，以規範之「流動性試驗」作為法定分界依據。
2. 第六類公共危險物品（氧化性液體）之本質與危險性評估：氧化性液體本身多不具可燃性，但富含氧或具強氧化力，與可燃物混合受熱時能劇烈助燃。判定試驗採用「燃燒時間測定試驗」（木粉混合燃燒），並以法定基準物質（$90\%$ 硝酸水溶液）作對照。

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解題方法

本題屬標準法規型申論題，答題切入點應嚴格依循標準試驗步驟分層作答：

1. 先說明固液判定的操作裝置、測試條件（$20^\circ\text{C}$ 及 $40^\circ\text{C}$ 兩階段）與移動距離門檻。
2. 再說明氧化性液體的試驗原理、試樣配比、點火操作、基準物質規格及最終判定門檻。

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一、未知產物為固體或液體之確認方式（流動性試驗）

依《公共危險物品試驗方法及判定基準》第二點規定，液體與固體之判定採用流動性試驗，步驟與判定標準如下：

1. 試驗器具規範：

• 使用內徑 $30\,\text{mm}$、長度 $120\,\text{mm}$ 之平底圓筒形透明玻璃試管。
• 試管外壁繪製兩條基準標線：由管底算起 $55\,\text{mm}$ 處為「A 線」，$85\,\text{mm}$ 處為「B 線」（兩標線相距 $30\,\text{mm}$）。

2. 操作步驟：

• 第一階段（$20^\circ\text{C}$ 測試）： 將受測未知產物注入試管至 $55\,\text{mm}$ 標線（A 線）處，放入溫度設定為 $20^\circ\text{C} \pm 0.1^\circ\text{C}$ 之恆溫槽中，至檢體達到恆溫。隨後取出試管，將其水平橫置於水平試驗台上，立即啟動碼錶計時，記錄檢體液面先端自 A 線移動至 B 線（前進 $30\,\text{mm}$）所需的時間。
• 第二階段（$40^\circ\text{C}$ 測試）： 若在 $20^\circ\text{C}$ 條件下未達液體標準，另取新檢體注入試管至 A 線，改置於 $40^\circ\text{C} \pm 0.1^\circ\text{C}$ 恆溫槽中恆溫，重複水平橫置計時試驗。

3. 判定準則：

• 液體：
• 於 $20^\circ\text{C}$ 條件下，試管橫置後 $90\,\text{s}$ 內，檢體先端移動距離達 $30\,\text{mm}$（到達 B 線）以上者。
• 於 $20^\circ\text{C}$ 條件下未達標，但在 $40^\circ\text{C}$ 條件下，於 $90\,\text{s}$ 內移動距離達 $30\,\text{mm}$ 以上者。
• 固體：
• 於 $20^\circ\text{C}$ 及 $40^\circ\text{C}$ 條件下，經 $90\,\text{s}$ 其移動距離均未滿 $30\,\text{mm}$ 者。

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二、「氧化性液體」試驗方法及判定方式

確認未知產物為液體後，進行第六類公共危險物品（氧化性液體）之分類檢驗。依據《公共危險物品試驗方法及判定基準》第六篇規定辦理：