113 高普考普通考試 環保技術 環境化學概要 考古題詳解

核心觀念

溫室氣體是指能吸收並重新放射地表及大氣所發出的紅外線，使地球大氣保留熱量的氣體。溫室效應是維持地球適居溫度的自然現象；人類活動增加溫室氣體濃度，則會加強溫室效應並造成全球暖化。

依命題當年《氣候變遷因應法》第 3 條，溫室氣體包括二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）、氧化亞氮（N₂O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）、六氟化硫（SF₆）、三氟化氮（NF₃），以及中央主管機關公告的其他氣體。以下說明這些主要氣體及其來源。

解題方法

題目要求「種類和來源」，作答時先依我國法定清單列出七類氣體，再逐項配對主要自然來源或人為排放來源。作答重點是讓每種氣體的來源清楚對應，並補充溫室氣體不只有二氧化碳；若從氣候科學廣義討論，也包括水蒸氣、臭氧等自然界溫室氣體。

各類溫室氣體及主要來源

核心觀念

土壤的 $E_h$（氧化還原電位）是土壤溶液中氧化態與還原態物質進行電子交換時所呈現的電位，表示土壤接受或供給電子的傾向。$E_h$ 通常以毫伏（mV）表示，並以標準氫電極為參考；正值愈高，環境愈偏氧化，負值愈低，環境愈偏還原。

從熱力學觀點，氧化還原反應的電位與電子活度及氧化態、還原態物種的比例有關。對一般氧化還原半反應，可用能斯特方程表示：

其中 $E^\circ$ 為標準電位、$R$ 為氣體常數、$T$ 為絕對溫度、$n$ 為電子轉移數、$F$ 為法拉第常數，$Q$ 為反應商。實際土壤中物種多、反應複雜，因此測得的 $E_h$ 是土壤溶液氧化還原狀態的綜合指標。

解題方法：以電位判斷土壤狀態

作答時先定義 $E_h$，再說明其判讀方式，最後列出影響測值的環境與化學因素。$E_h$ 可用惰性電極（常用鉑電極）與參考電極測定；測值須註明參考電極及換算基準，才適合比較。

一般而言：

• 高正值：電子接受能力較強，土壤偏氧化，氧氣等較強氧化劑較易存在。
• 較低正值至接近零：氧氣消耗後，硝酸鹽、錳氧化物、鐵氧化物等可依序參與還原反應。
• 負值：土壤偏還原，可能出現硫酸鹽還原及產生甲烷等反應。

這是定性判讀。實際界線會因土壤 pH、溫度、物種活度及測量條件而異，不能只憑單一 $E_h$ 數值斷定某種物質必然存在。

影響土壤 $E_h$ 值的因素

1. 氧氣供應與土壤通氣性：通氣良好時氧氣補充較快，$E_h$ 通常較高；缺氧時微生物消耗氧氣，$E_h$ 下降。
2. 含水量與排水狀況：土壤飽和或積水會使氣體擴散受阻，容易形成還原環境；排水良好則較偏氧化。

核心觀念

本題考查難溶氫氧化物的溶度積 $K_{sp}$。在不考慮其他離子干擾及活性濃度下，溶液達到平衡時：

其溶度積表示式為：

題目給的是沉澱處理後允許的銅離子濃度，因此應將 $1.27\ \mathrm{mg/L}$ 換算為 $\mathrm{mol/L}$，再代入溶度積公式求出所需的 $\mathrm{OH^-}$ 濃度。

解題方法

先把銅離子質量濃度換算成莫耳濃度：

代入溶度積關係式：

核心觀念

化學需氧量（COD）是以氧化劑氧化水中可氧化物質時，所需氧量的當量表示。NIEA W518.51C 規範 COD 自動監測設施可連續自動進樣、分析並記錄水中 COD；各型儀器的差別在於氧化方式，以及如何將反應訊號換算成 COD。

以下依命題當年（民國 113 年）適用的 NIEA W518.51C 說明。此題不是計算題，也沒有選項；作答重點是完整列出方法所列儀器類型及其量測原理。

解題方法：逐類說明氧化反應與量測訊號

1. 重鉻酸鉀氧化法 水樣置於酸性溶液中，加入過量重鉻酸鉀並迴流煮沸，使水中可氧化物質反應。依反應前後重鉻酸鉀的消耗量，求得水樣 COD。

2. 高錳酸鉀氧化法 水樣置於酸性溶液中，加入過量高錳酸鉀並加熱，使高錳酸鉀還原為 $\mathrm{Mn^{2+}}$。依高錳酸鉀的消耗量換算 COD。

3. 臭氧／紫外光氧化法 先將水樣酸化並去除無機碳，再以臭氧與紫外光氧化水中有機物，使其轉化為二氧化碳；以非分散性紅外線偵測器（NDIR）量測二氧化碳濃度，再換算 COD。

4. 高溫燃燒法 將水樣調整為酸性，在 $600\text{℃}$ 至 $900\text{℃}$ 下使有機物氧化成二氧化碳；以 NDIR 偵測二氧化碳濃度，換算 COD。