環境化學概要 申論題歷屆試題與參考架構
普通考試，民國 102～115 年共 14 份試卷、67 題，其中 65 題附參考答題架構。考這一科的類科：環保技術、環境檢驗。本頁列出歷年全部題目，參考架構只列開頭的「破題」，完整的答題架構、關鍵字與作答提醒請到站內查看。
115 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
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：
（一）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）
（二）探討揮發性有機物（VOCs）在此過程中所扮演的角色。（10 分）
（20 分）
- 2
某地下水受到石灰岩地層影響，量測結果顯示其酸鹼值（pH）為 9.50。已知 pKa1 = 6.38、pKa2 =10.33。
（一）試計算[CO32−] / [HCO3−] 之比值。（10 分）
（二）判斷水中主要無機碳物種為何？（5 分）
（三）說明此類地下水通常具有較高鹼度之原因。（5 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題測驗水中碳酸系統之酸鹼化學平衡與地下水水質特性，核心在於利用第二酸解離常數計算碳酸根與碳酸氫根之濃度比例，並從碳酸鈣溶解機制剖析石灰岩地質地下水的高鹼度成因。
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- 3
水化學平衡在現代自來水廠的操作和控制中起著至關重要的作用。試以混凝、膠凝、沉澱處理流程為例，說明水化學平衡（如酸鹼平衡、溶度積等）如何影響混沉單元的處理效率。此外，請解釋如果平衡條件控制不當可能產生的負面影響。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題測驗淨水處理中混沉單元的水化學平衡原理，作答應緊扣金屬混凝劑水解特性、酸鹼緩衝平衡與氫氧化物溶度積，並由水質處理效率與出水安全性切入不良控制之後果。
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- 4
某水庫近年監測結果如下：項目 單位 枯水期 豐水期總磷（TP） mg / L 0.02 0.12總氮（TN） mg / L 0.6 2.0葉綠素 a（Chl-a） g / L 5 45底層溶氧（DO） mg / L 7.5 1.0請回答下列問題：
（一）是否有優養化現象？（5 分）
（二）判斷主要限制因子可能為何？（5 分）
（三）解釋 DO 下降原因。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題給枯水期與豐水期的 TP、TN、Chl-a 與底層 DO，考的是「用數據判定營養狀態 → 用氮磷比找限制因子 → 用有機物分解與水體分層解釋缺氧」這條完整邏輯。每一小題都要引用表中數字佐證，不能只講定義。
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- 5
某農業試驗所對一塊農地進行土壤化學性質分析。取 1 公斤的乾土樣本進行交換性陽離子萃取，測得各交換性陽離子含量如下：•鈣離子（Ca2+） ：12.0 cmolc / kg •鎂離子（Mg2+） ：3.5 cmolc / kg •鉀離子（K+） ：1.0 cmolc / kg •鈉離子（Na+） ：0.5 cmolc / kg •鋁離子（Al3+） ：2.5 cmolc / kg •氫離子（H+） ：0.5 cmolc / kg試根據上述數據計算下列土壤化學指標：
（一） 該 土 壤 的 有 效 陽 離 子 交 換 容 量 （ effective cation exchange capacity, ECEC）。（5 分）
（二）該土壤的鹽基飽和度（base saturation, BS %）。（5 分）
（三）該土壤的交換性鈉百分率（exchangeable sodium percentage, ESP %），並評估該土壤是否有鹼土（sodic soil）的危害風險。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題測驗土壤化學指標之計算與肥力物理性評估，作答需清楚列出有效陽離子交換容量、鹽基飽和度與交換性鈉百分率之定義公式、數值代入過程，並依土壤分類標準評估鹼土風險。
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114 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
緩衝溶液（Buffer solution）是水體環境中相當重要的溶液之一，請回答下列與緩衝溶液有關的問題：
（一）請以公式或方程式説明何謂鹼度？（5 分）
（二）請説明水體及大氣環境中常見的緩衝溶液種類，為何碳酸系統為天然水體環境及水處理技術重要的緩衝溶液？（10 分）
（三）請説明如何利用不同的化學物質配製能通用於 pH 4～10 的緩衝溶液。（10 分）
（25 分）
- 2
優養化（Eutrophication）會導致藻類及浮游生物的大量繁殖，進而影響湖泊的水質包括溶氧及酸鹼值。一湖泊在優養化前的 pH 值為 7.0，經優養化後，湖泊水質的 pH 值增加至 10.0，請回答下列問題：
（一）請説明水質經優養化反應後 pH 值增加的原因及可能的反應式。 （10 分）
（二）經檢測後湖泊水中的鹼度為 2 mM，請計算優養化後湖泊水中[CO2(aq)]、[HCO3-]及[CO32-]的濃度。（15 分）H2CO3 H+ + HCO3- Ka1 = 10-6.33 (Ka1 = 4.67 10-7) HCO3- H+ + CO32- Ka2 = 10-10.33 (Ka2 = 4.69 10-11)
（25 分）
參考架構・破題
優養化後 pH 上升的關鍵是藻類光合作用大量移除溶解無機碳（CO2、HCO3-），使碳酸平衡向生成 OH-／CO32- 的方向移動；第二小題則是在已知鹼度與 pH 下解碳酸系統物種分布。
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- 3
多∕全氟烷基化合物（PFAS）是目前國際上相當受重視的環境有機污染物，此類物質可以從污染源進入水體、食物及大氣環境後再進入人體，請回答下列問題：
（一）請説明何謂多∕全氟烷基化合物？並請畫出其化學結構式及説明物化學特性？（15 分）
（二）環境中有機污染物的濃度變化可以利用一階反應方程式進行預測，假設多∕全氟烷基化合物的一階反應速率常數值為 0.06/月，今在大氣環境中測得的多∕全氟烷基化合物濃度為 0.12 μg/L，請問要經過多少時間才能將多∕全氟烷基化合物在大氣環境中的濃度降解至 0.02 μg/L?（10 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題測驗新興持久性有機污染物 PFAS 之化學結構、物化特性及其環境反應動力學，考生應明確指出碳氟鍵特性所造就的頑固性，並準確運用一階反應動力學積分式計算降解所需時間。
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- 4
在環境化學的計算上，常會利用平衡系統（equilibrium system）或是穩定系統（steady state system）來表示污染物在環境系統中的反應情況，請回答下列問題：
（一）請解釋平衡系統及穩定系統在環境化學應用及使用的時機，並說明兩者在使用上與熱力學及動力學間的關係。（10 分）
（二）請說明下列的環境條件適用平衡系統或是穩定系統，並請說明可能原因：（15 分）
⑴計算平流層中臭氧濃度的變化
⑵考慮河床 CaCO3(s)固體的溶解與沉澱反應
⑶進行二氧化碳（CO2）地質封存註：log 2 = 0.301；log 3 = 0.477；log 7 = 0.845原子量（g/mole）：氫 （ H ）：1.01 ；碳 （ C ）：12.01；氮 （ N ）：14.01；氧 （ O ）：16.00；氟 （ F ）：19.00；鈉（ N a ）：22.99；矽 （ S i ）：28.08；硫 （ S ）：32.07；氯 （ C l ）：35.45
（25 分）
參考架構・破題
本題測驗環境化學中熱力學平衡系統與動力學穩定系統之本質差異，考生應精準區分封閉無淨流與開放動態平衡之邊界條件，並將學理精準套用於大氣、水體與地質封存三大情境。
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113 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請說明溫室氣體的種類和來源？（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題測驗大氣環境化學中溫室效應之成因與溫室氣體分類，作答應全面涵蓋國際公約與我國氣候法規列管之七大人為溫室氣體，依氣體化學特性系統性剖析其人為與自然排放源。
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- 2
請說明土壤的 Eh 定義及如何用來衡量土壤的狀態，並列出可能影響土壤Eh 值之因素。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題測驗土壤化學中氧化還原電位（Eh）之理論架構及其環境應用，作答應從能斯特方程式導出 Eh 與電子活度之定義，建構氧化還原序列，並全面剖析影響土壤氧化還原狀態之物化因子。
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- 3
在不考慮其他離子干擾及活性濃度下，一廢水含 500 mg/L 銅離子，欲運用 Cu(OH)2 沉降法使二價銅離子在水中濃度降到 1.27 mg/L，請問水－ －中 OH 離子應調整至多少 mole/L？（Cu 原子量為 63.5，Ksp=2×10 19）（25 分）
（25 分）
- 4
請依據水中化學需氧量檢測方法－自動監測設施法（NIEA W518.51C）說明各類自動監測儀分析原理。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題測驗水污染自動連續監測設施之化學檢測原理，作答應依環境檢驗標準方法架構，詳述重鉻酸鉀高溫消解光度法、紫外光吸光轉換法及高溫燃燒法之核心分析機制與抗干擾原理。
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112 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
氫能是淨零排放策略中相當重要的潔淨能源，目前已有氫燃料電池車上市。對小型車輛而言，3.1公斤的氫氣（H2）可以行駛500公里，如果小型車的燃料貯存槽為50公升，請問：
（一）當燃料貯存槽加滿氫氣後，在25℃時的壓力為何？（10分）
（二）如果加氫站的壓力上限為350 bar，請問此時的壓力是否能完全將燃料槽加滿？如果不行，請問該如何降低小型車燃料槽壓力，讓氫能車更安全？（10分）
（20 分）
- 2
氟氯碳化物（Chlorofluorocarbons, CFCs）是早期影響臭氧層穩定的物質之一，假設C–F及C–Cl鍵之鍵能分別為484及338 kJ/mol，請回答下列問題：
（一）請由鍵能關係來說明為何CFCs在臭氧層中會產生Cl自由基（Cl•） 。（10分）
（二）請以CFC-12（CF2Cl2）說明Cl自由基破壞臭氧層的反應機制。又目前的冷媒多使用氫氟碳化物（HFC） ，以降低對臭氧層的破壞。請以HFC-134a為例，說明結構中做了那些改變，讓氫氟碳化物可以降低對臭氧層的破壞？（10分）
（20 分）
參考架構・破題
本題測驗大氣光化學中臭氧層破壞之催化循環與冷媒結構改良，考生應由鍵能計算光子能量差異剖析光解選擇性，列出連鎖催化破壞反應式，並說明無氯且含碳氫鍵之替代品優勢。
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- 3
碳酸系統為自然環境中常見的緩衝溶液。利用1大氣壓含有CO2及N2的氣體注入含有0.01 M NaHCO3的水溶液中，經過一段時間平衡後，在25℃時測得水中的pH值為6.5，在考慮水溶液在25℃的蒸氣壓為0.0313大氣壓時，請問氣體中的CO2含量為何？（20分）CO2(g) CO2(aq) KH = 10-1.5 H2CO3 H+ + HCO3- Ka1 = 10-6.33 HCO3- H+ + CO32- Ka2 = 10-10.33
（20 分）
參考架構・破題
通入含 CO2 的氣體不會改變溶液的鹼度，所以鹼度由 0.01 M NaHCO3 決定；再由平衡 pH 回推溶解 CO2，用亨利定律求 CO2 分壓，最後扣除水蒸氣壓換算氣體中 CO2 的比例。
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- 4
一農藥運輸車在運送過程中意外洩漏，將載送的3噸農藥排入體積為1.5 km 3.0 km 150 m的湖泊中，請回答下列問題：
（一）此農藥在湖中的一階降解速率相當於以一台5 CMS抽水機將湖水抽出的速率，請計算此農藥在湖中的反應速率常數值。（10分）
（二）如果此農藥在天然水體中的安全劑量為3 ppb，請問需要多久的時間才能將濃度降低至安全劑量值？（10分）
（20 分）
參考架構・破題
本題是完全混合湖泊（CSTR 概念）的一階衰減問題：先由抽水流量與湖體積求出等效一階速率常數 k＝Q/V，再算初始濃度，用一階動力式求降到 3 ppb 所需時間。關鍵在單位換算。
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- 5
一工廠利用纖維素（C6H10O5）的水解來生產葡萄糖（C6H12O6），如果葡萄糖的產量為180公斤/日，且纖維素的水解效率為40%，請回答下列問題：
（一）請問每天需要多少體積的純水來產生葡萄糖？（10分）
（二）廢水中未水解的纖維素可利用厭氧消化來產生甲烷，請問在1大氣壓、25℃下，每天可產生多少體積的甲烷？（10分）註：log2 = 0.301；log3 = 0.477；log7 = 0.845蒲朗克常數（h）= 6.62610-34J·s；氣體常數（R）= 0.082 L·atm/K·mol原子量（g/mole）：氫（H） ：1.01；碳（C） ：12.01；氮（N）：14.01；氧（O） ：16.00；鈉（Na） ：22.99；矽（Si）：28.08；硫（S） ：32.07；氯（Cl） ：35.45
（20 分）
111 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請回答以下水中碳酸鹽及氫碳酸鹽相關問題： （每小題 10 分，共 20 分）
（一）地表水中的藻類進行光合作用，常利用溶於水中的 CO2(aq)，因而使其濃度低於與空氣中 CO2 平衡時的濃度，且導致水中 pH 值上升，而鹼度的形式或物種濃度亦隨之改變。在此狀況下，亦可由 HCO3−(aq)及 CO32−(aq) 轉 變 產 生 CO2(aq) ， 以 提 供 藻 類 生 長 之 用 ， 請 寫 出HCO3−(aq)轉變產生 CO2(aq)及 CO32−(aq)轉變產生 CO2(aq)的化學反應式（須平衡）。
（二）若在 25℃下分析由上述地表水採得的 100 mL 水樣，水的 pH 值為 10.00，以 0.02 N H2SO4 滴定至酚酞終點須 12.0 mL，而滴定至溴甲酚綠終點須35.0 mL，若 pH 值不用於鹼度計算（忽略 OH−鹼度） ，請計算水中的CO32−及 HCO3−鹼度（mg/L as CaCO3） （分子量：CaCO3 = 100） 。
（20 分）
參考架構・破題
本題測驗天然水體藻類光合作用對無機碳平衡之影響，以及雙指示劑滴定法分析鹼度物種之標準計算，作答須正確平衡化學反應式並釐清酚酞鹼度與總鹼度之滴定當量關係。
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- 2
以重鉻酸鉀迴流法測定水中化學需氧量（COD）濃度時，水樣中若存在高濃度的氯鹽且未加入硫酸汞加以去除，會造成 COD 測定之干擾，若水樣中 Cl−濃度為 710 mg/L（as Cl），請回答以下相關的問題： （每小題 10 分，共 20 分）
（一）請計算將 1 L 水樣中 710 mg/L Cl-被氧化為 Cl2 所需消耗 K2Cr2O7 的量（mg）（分子量：K2Cr2O7 = 294） 。
（二）請計算水樣中 710 mg/L Cl−的理論 COD（mg/L as O2）（原子量：Cl = 35.5；。O = 16）
（20 分）
參考架構・破題
本題測驗水中化學需氧量標準檢驗之氧化還原反應計量學與氯離子正干擾效應，考生應列出重鉻酸鉀與氯離子氧化還原半反應式，藉由電子轉移平衡精準推算藥劑消耗量與理論需氧量。
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- 3
氫氧自由基（hydroxyl radical（HO•））為大氣化學反應程序中很重要的參與者，請回答以下與其相關的大氣化學反應問題： （每小題 10 分，共 20 分）
（一）對流層大氣中的 HO•常藉由與 CH4 或 CO 反應而被去除，請分別寫出其化學反應式。
（二）氫氟碳化物（HFCs）及全氟碳化物（PFCs）皆為我國「溫室氣體減量及管理法」所管制的溫室氣體，請說明對流層大氣中的 HO•是否可分別與 CF3CH2F 及 CF4 反應而將此兩種化合物破壞去除（含化學反應式的起始步驟）。
（20 分）
參考架構・破題
本題測驗大氣對流層中關鍵氧化劑氫氧自由基（HO•）的自淨反應機制，核心在於透過抽氫反應理解甲烷與一氧化碳之匯，並由碳氫鍵與碳氟鍵之鍵能差異判定鹵代烴在大氣中的歸宿。
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- 4
存在於地下水中的甲基第三丁基醚（MTBE）、苯、甲苯及乙苯有機污染物，常來自加油站地下儲油槽油品滲漏的污染，若這些化合物在溫度25℃下的亨利常數（化合物在氣液兩相中的分配係數，KH）、辛醇-水分配係數（Kow）及水中的溶解度（S）如下表所示，請回答下列問題：（每小題 5 分，共 20 分）化合物 KH(atm/(mol/L)) Kow S(mg/L) MTBE 0.54 8.7 51000苯 5.6 135 1760甲苯 6.4 537 540乙苯 8.1 1413 165
（一）若欲將 KH 的單位由 atm/(mol/L)轉變為(mol/L)/(mol/L)，則需如何以計算方式轉換處理 KH？
（二）比較上表中的化合物，預期何者在地下水中的移動最慢？理由為何？
（三）比較上表中的化合物，預期何者最不易於使用活性碳吸附法移除？理由為何？
（四）比較上表中的化合物，預期何者最不易於使用氣提法移除？理由為何？
（20 分）
參考架構・破題
本題用三個物化參數判斷污染物宿命與處理性：亨利常數 KH 決定揮發／氣提難易，辛醇-水分配係數 Kow 決定吸附於有機質與活性碳的傾向，溶解度 S 與 Kow 反向。每小題都要「指出化合物＋引用數值＋說機制」。
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- 5
噴射機的排氣，可能會催化部分臭氧層的破壞，請回答以下相關問題：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）噴射機排放的 NOx，可能消耗大氣的臭氧，請寫出其化學反應式並說明。
（二）噴射機排放的水蒸氣，也可能消耗大氣的臭氧，請寫出其化學反應式並說明。
（20 分）
參考架構・破題
本題測驗平流層巡航噴射客機排氣對臭氧層化學之衝擊，考生應分別針對氮氧化物與水蒸氣推導出均相催化自由基循環反應式，並適度延伸水蒸氣促進冰晶非均相活化之機制。
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110 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
滴滴涕（DDT）曾被廣泛使用在病蟲害與病媒控制，1960 年代中期，DDT被發現對生態造成嚴重危害，並陸續被大多數國家禁用：
（一）請寫出 DDT 的英文與中文化學名，並畫出其分子結構式。 （5 分）
（二）說明 DDT 對於病媒與病蟲害控制的貢獻以及所造成的生態危害。 （5 分）
（三）環境中 DDT 含量一般很低，說明那些化學與生物化學特性使 DDT 可以對生態造成顯著危害。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題測驗經典有機氯殺蟲劑 DDT 之化學結構、歷史功過及其環境毒理學特徵，考生應寫出完整中英文全名與結構特徵，客觀評述其防瘧貢獻與生態衝擊，並從物化特性深入剖析生物放大機制。
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- 2
（一）什麼是水中的有機耗氧物質？什麼是需氧量？（5 分）
（二）有機耗氧物質如何對河川生態造成影響？（5 分）
（三）說明需氧量的各種不同定量方法？（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題測驗水體有機污染與水質需氧量指標之核心概念，考生應從生物化學消耗本質出發，說明溶氧垂曲線之生態劣變進程，並有條理地對比四種主流需氧量檢測技術之原理與實務特性。
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- 3
某空氣品質監測站監測到空氣中臭氧濃度為 38 ppb，若當時氣溫為20℃，大氣壓力為 101,300 Pa，這個濃度等於多少 mg/m3？（理想氣體常數為 8.315 J mol-1 K-1）。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題測驗空氣污染物之體積混合比（ppb）與質量濃度（mg/m3）在非標準狀態下之轉換計算，作答應從理想氣體狀態方程式推導通用公式，詳列代入步驟與單位換算。
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- 4
空氣污染物可區分為初級污染物（primary pollutants）與次級污染物（secondary pollutants）
（一）請定義這兩類污染物。（5 分）
（二）請根據產生機制，將以下空氣污染物歸類為初級或次級污染物，並說明你歸類的依據：二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、甲醛。（15 分）
（20 分）
參考架構・破題
空氣污染物依其在大氣中之生成歷程可分為直接排放的初級污染物與經化學反應轉化生成的次級污染物。本題作答關鍵在於精確界定兩者物理與化學生成機制，並針對所列五種化學物質，從燃燒化學與大氣光化學反應路徑逐一剖析其來源歸屬，特別針對兼具初級與次級特性的物種進行周全之機制說明。
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- 5
（一）許多污染物在環境中的降解為一階反應，說明什麼是一階反應並寫出一階降解的數學方程式。（5 分）
（二）污染物降解有一半衰期，說明什麼是半衰期。（5 分）
（三）導出半衰期與一階反應速率常數之間的關係式。（5 分）
（四）有一污染物的一階降解速率常數為 0.05 day-1，計算其半衰期。（5 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題為環境化學動力學之經典計算題，核心在於掌握一階反應動力學模型之微分與積分數學表徵、半衰期之物理意義、理論推導邏輯及數值帶入計算。作答時應層次分明地陳述定義、推導步驟與計算過程，並標明物理量之單位以爭取滿分。
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109 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試求一含0.01 M醋酸與0.02 M醋酸鈉溶液之pH值為何？假設在此醋酸/醋酸鈉溶液中加入足量之NaOH達0.001 M，則新溶液之pH值為何？（醋酸之pKa=4.74）（20分）
（20 分）
參考架構・破題
本題是弱酸與其共軛鹼所成緩衝液的計算；先用 Henderson–Hasselbalch 式求原溶液，再把加入的強鹼視為先與醋酸定量中和，重算酸、鹽比例。
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- 2
試說明下列污染物傾向於停留在土壤表層或是容易入滲到地下水層中，並分別說明其原因。（每小題4分，共20分）
（一）過氯酸根離子
（二）銅離子
（三）多氯聯苯
（四）甲基第三丁基醚
（五）硝酸根離子
（20 分）
- 3
某天然水與碳酸鈣（CaCO3）達到平衡狀態且與環境隔絕，請說明在忽略離子強度效應下添加少量下列物種時，對於水中鈣離子濃度及總鹼度的影響為何（上升、下降或不改變）？（每小題5分，共20分）
（一）氫氧化鉀KOH
（二）硝酸鈣Ca(NO3)2
（三）氯化鉀KCl
（四）碳酸鈉Na2CO3
（20 分）
參考架構・破題
以 CaCO3(s) ⇌ Ca2+＋CO3^2− 的溶度平衡配合總鹼度定義判斷；題目已指定與環境隔絕且忽略離子強度，因此不討論氣相 CO2 交換，也不把 KCl 的鹽效應列入。
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- 4
請試述空氣污染物中硫氧化物（SOx）的來源與控制方式。（20分）
（20 分）
- 5
下表為針對一河川水樣品稀釋10倍後，進行12天之生化需氧量實驗所得到之結果。請以下列實驗結果計算出此河川水樣之12天碳生化需氧量（carbonaceous BOD）。（提示：微生物氧化1莫耳氨氮至亞硝酸氮需要1.5莫耳氧氣，氧化1莫耳氨氮至硝酸氮則需要2莫耳氧氣。）（20分）實驗參數 第0天 第12天空白樣品溶氧值（DO, mg/L） 8.2 8.1稀釋水樣溶氧值（DO, mg/L） 8.0 1.4稀釋水樣氨氮（mg-N/L） 1.1 0.6稀釋水樣亞硝酸氮（mg-N/L） 0.0 0.0稀釋水樣硝酸氮（mg-N/L） 0.2 1.1
（20 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
108 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
自然水體中若大氣 CO2 溶於水體中，會增加水體中岩石（Rock）CaCO3(s)的溶解度，反應式如下：CaCO3(s) + CO2(g) + H2O ⇄ Ca2+(aq) + 2HCO3-(aq) 平衡常數 K
（一）請寫出上述反應平衡常數 K 的表示式，並利用下面系列反應式計算上述反應的平衡常數 K 值。（10 分）H2CO3 ⇄ H+ + HCO3-(aq) K1 = 4.5×10-7 CO2(g) + H2O ⇄ H2CO3(aq) KH = 3.4×10-2 M atm-1(亨利常數) CaCO3(s) ⇄ Ca2+(aq) + CO32-(aq) Ksp= 4.6×10-9 CO32-(aq) + H2O ⇄ HCO3- (aq) + OH- Kb = 2.1×10-4 H2O ⇄ H+ + OH- Kw = 1.0×10-14
（二）若目前大氣中 CO2 的含量是 400 ppm，請計算水體中 CaCO3(s)的溶解度。（10 分）
（20 分）
- 2
汞（Hg0）在室溫（298 K）的飽和蒸氣壓為 1.6×10-6 atm，如果有個古老化學實驗室在早期有水銀的不慎洩漏未能完全回收清理，這些水銀經長時間其汞蒸氣壓在室內已達飽和，請計算在一大氣壓及室溫下，該實驗室每立方米（m3）空氣中有多少毫克（mg）的汞蒸氣。假設汞蒸氣是理想氣體。（Hg：原子量=200.6 g mole-1，R=0.082 L atm /K mole）（15 分）
（15 分）
- 3
自然水中，Fe2+在酸性條件下可被大氣 O2(g)氧化為 Fe3+，反應式及各反應物的標準生成自由能（ Δ Gf°(298) ）如下: 4Fe2+(aq) + 4H+(aq) + O2(g) ⇄ 4Fe3+(aq) + 2H2O ° ΔG （KJ/mole）： -78.87 f (298) 0 0 -4.6 -237.18
（一）利用自由能 （ Δ G°）請計算上述反應的平衡常數 K 值。已知 Δ G° =-RT lnK（10 分）T=298 K、R=8.314 joule/K mole Fe 原子量：55.85 g/mole
（二）若水溶液與大氣達平衡，水溶液 pH=2，大氣 pO2(g)=0.21 atm，總溶解性的 Fe 濃度為 1.0 mg/L，請計算自然水中 Fe2+及 Fe3+莫爾濃度各為何？（15 分）
（25 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 4
臭氧（O3）是空氣污染物，可存在地表及平流層大氣中，請回答下列有關 O3 的問題。
（一）以 Freon-12（CCl2F2）冷媒為起始化合物，經紫外光（UV）照射產生·Cl，可與平流層中的 O3 反應破壞 O3（Ozone destruction） ，·Cl 可在反應中重複產生，它的系列反應可用 Molina-Rowland scheme 來說明，請寫出它們的系列反應式。（8 分）
（二）地表大氣中的臭氧可以利用下列方法分析其濃度，O3 在 KI 水溶液中將碘離子（I-）氧化成 I2，反應式：O3(g)+ 2 KI(aq) + H2O ⇄ I2 + O2 + 2KOH在室溫（298 K、1atm）取 10.0 L 空氣樣品需 17.0 μg 的 KI 將其中的O3 反應掉，請計算空氣樣品中含有多少 ppb 的 O3。分子量 KI =166 g/mole，R=0.082 L atm/K mole（12 分）
（20 分）
- 5
水溶液中的毒化物氰離子(CN-)可利用 EDTA 螯合劑間接滴定分析其含量。有一個 30.1 mL 之 Ni2+溶液先以 0.013 M 的 EDTA 滴定，共滴了 39.4 mL EDTA。另有一個含氰離子(CN-)水溶液 12.8 mL 先加入過量 25.0 mL Ni2+溶液，生成 Ni(CN)42-錯合物，其反應式如下：4 CN- + Ni2+ → Ni(CN)42-，反應剩餘之 Ni2+再以 0.013 M 的 EDTA 滴定，共滴了 10.15 mL，而Ni(CN)42-不會與 EDTA 反應。依據上述之反應條件計算該 12.8 mL 的水溶液中氰離子(CN-)之莫爾濃度。 （20 分）
（20 分）
參考架構・破題
這是回滴定：先用第一組資料標定 Ni2+ 濃度，再算第二組加入的 Ni2+、EDTA 回滴的剩餘 Ni2+，兩者之差為被 CN− 錯合的 Ni2+，最後依四比一化學計量求 CN−。
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107 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
有一污水塘的總蓄水容量為 2.5 × 104 m3，未受污染污水塘的 BOD5 值為 1 mg/L，經工業廢水排入後，污水塘的 BOD5 值增加為 4 mg/L，請回答下列問題：
（一）請問共有多少量的有機物被傾倒進入污水塘中？（10 分）
（二）請計算此時污水塘的總有機碳（TOC）濃度？（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
先以污染前後 BOD5 的差值計算新增五日生化需氧量負荷；再明確區分 BOD5、可生物分解有機物與 TOC，因三者不能在沒有化學組成及氧化程度假設時直接等同。
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- 2
水庫的水質經分析得到水溫 25℃、pH 值 10.0、水中溶氧 9.7 mg/L，經判定此水庫的水質已達優養化現象，請回答下列問題：
（一）何謂優養化？造成優養化的主要原因為何？（8 分）
（二）造成水庫水質 pH 值上升及溶氧過飽和的原因為何？請以化學式表示並加以說明。（7 分）
（三）取 200 mL 水樣利用 0.02 N H2SO4 進行滴定，至 pH 8.3 時滴定量為 17 mL，繼續滴定至 pH 4.5 時，硫酸滴定液消耗量多增加了 30 mL，請計算水庫水質的總鹼度？（10 分）
（25 分）
- 3
氧化還原反應是水體環境中相當常見的化學反應，一般都使用涅斯特方程式（Nernst equation）來計算氧化還原反應是否發生，
（一）請由標準自由能（ΔG°）推導涅斯特方程式。（10 分）
（二）請說明在 25℃，1 個電子轉移的反應中，為何每增加 1 單位 pH 值，氧化還原電位會下降 59.1 mV？（5 分）
（三）利用 BOD 瓶分析剛採集新鮮水樣的 pH 值為 7.6，在運送途中，由於水樣進行光合作用，致使水樣的 pH 值上升至 10.5，同時採樣瓶中的氧氣分壓上升至 35%，如考慮以下的反應，請計算氧化還原電位的改變。（10 分）O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O E0 = +1.23 V
（四）請說明電位增加或減少的主要原因。（5 分）
（30 分）
參考架構・破題
先由自由能與電功關係推得 Nernst 式，再針對 O2/H2O 半反應把 pH 與氧分壓寫入反應商；比較運送前後兩項變化，即可判斷電位增減及主導因素。
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- 4
環境中疏水性有機物如戴奧辛（polychlorinated dibenzo-p-dioxins, PCDDs）及多氯聯苯（polychlorinated biphenyls, PCBs）等都是常見的微量毒性物質，此類物質可以從水體、食物、土壤或大氣環境進入人體，請回答下列問題：
（一）請畫出戴奧辛與多氯聯苯的化學結構式。（10 分）
（二）在環境中的疏水性有機物濃度一般會以擬一階反應進行衰減，戴奧辛在環境中的擬一階反應速率常數值為 0.078/年，今在土壤中測得的戴奧辛濃度為 0.05 μg/kg，請問要經多少年才能將土壤中戴奧辛的濃度降解至 0.01 μg/kg？（8 分）
（三）多氯聯苯的分子式可以 C12H10-nCln 表示，今在土壤中測得多氯聯苯的氯含量為52 wt%，請計算多氯聯苯的分子量。（7 分）註：原子量（g/mol）：碳（C） ：12.01；氫（H）：1.01；氯（Cl）：35.45
（25 分）
106 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
1920 年大氣中二氧化碳之濃度為 324 ppmv，而目前大氣中二氧化碳濃度為 409 ppmv，請說明期間大氣中二氧化碳濃度增加對飽和雨水之平衡 pH 值之影響。（25 分）（不考慮離子強度的影響，且溫度與大氣壓力分別為 1 atm 與 298 K）H 2CO 3 (aq) ↔ H + + HCO 3− K a1 = 4.2 × 10 −7 M HCO 3− ↔ H + + CO 32 − K a2 = 4.7 × 10 −11 M H 2O ↔ H + + OH − K W = 10 −14 M 2 CO2 (g) + H 2O ↔ H 2CO3 (aq) PCO 2 KH = = 31.6 atm/M [ H 2 CO 3 (aq)]
（25 分）
- 2
採碘定量法測定水中溶氧時，說明以此方法測定水樣中溶氧量之化學反應。此外，水中存在亞硝酸鹽時會干擾此分析方法的結果，請寫出亞硝酸鹽干擾之化學反應？另添加疊氮化物可克服此干擾，請說明其化學反應方程式。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
碘定量法即 Winkler 溶氧法：先以錳的氧化還原反應固定水中氧，再在酸性下定量釋出碘，最後用硫代硫酸鹽滴定；亞硝酸鹽會循環氧化碘離子而造成正干擾，疊氮化物則將亞硝酸消除。
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- 3
在環境中常發現新興污染物質中的內分泌干擾物質分布在表面水體、底泥與地下水中，請說明影響內分泌干擾物質環境宿命之重要物理化學特性。（25 分）
（25 分）
- 4
氮在環境中可以不同的氧化態化合物存在，水中的氨氮通常是指銨離子（NH+4 ）與游離氨（NH3）之總和，而兩者之間物種的轉換又與溫度和溶液的 pH 值具高度相關，其中 NH3 更是被證實對水生生物具有毒害性。若是以 20℃且 pH 值為 8 之水中氨氮為 28 mg/L as NH3 − N 作為排放標準時，請計算此時水中游離氨的濃度，請以 mg/L as NH3 − N 表示。（25 分）NH+4 →NH3 +H+ K a = 5.8 × 10 −10 M
（25 分）
105 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
水中氨氮（NH3-N）可利用折點加氯法或氣提法進行去除，有一廢水的 pH 值為 7.5，同時含有 50 mg /L 的氨氮，請回答下列問題：
（一）請寫出此二種氨氮處理技術的反應式。（5 分）
（二）利用折點加氯法欲達到 90%去除效率時，每公升廢水中需加入多少氯氣？（5 分）
（三）欲利用氣提法達到相同的去除效率，需將水體的 pH 值提升至多少？（銨離子(NH4+)的酸解離常數(pKa)值為 9.3）（5 分）
（15 分）
參考架構・破題
折點加氯是以有效氯將氨氮經氯胺階段氧化為氮氣，氣提則先以高 pH 將 NH₄⁺轉成揮發性 NH₃，再由氣液傳質移除；兩小題分別考化學計量與酸鹽物種分率。
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- 2
在含有 CaCO3(s)固體物的水體中導入 400 ppm 的 CO2 氣體相關的平衡常數如下：CO2(g)→ CO2(aq) pKH = 1.5 H2CO3 → H+ + HCO3- pKa1 = 6.3 HCO3- → H+ + CO32- pKa2 = 10.3 CaCO3(s)→ Ca2+(aq)+ CO32- (aq) pKsp = 8.34請回答下列問題：
（一）請計算平衡後水體的 pH 值。（10 分）
（二）請計算平衡後水中的鹼度。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
這是開放於固定二氧化碳分壓、且有方解石固相存在的平衡系統。先由亨利定律固定溶解 CO₂，再以碳酸解離、方解石溶度積及電荷平衡求 pH，最後由各鹼度物種加總。
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- 3
汽機車引擎在高溫燃燒中，可將空氣中的氮氣（N2）與氧氣（O2）轉換成一氧化氮（NO） ，反應式如下：N2 + O2 → 2 NO
（一）上述之反應包括多個反應機制步驟，且反應最初由氧氣的解離開始，請列出上述反應的反應機制步驟。（7 分）
（二）在 1450℃的高溫環境中，反應式的平衡常數值（K）為 10-14，請計算此時與大氣平衡後之 NO 濃度？（8 分）
（15 分）
參考架構・破題
高溫燃燒生成熱力型 NO 可用 Zeldovich 鏈反應說明；計算部分則把題給總反應平衡常數與空氣中氮、氧分壓代入，因生成量極小可忽略其對原組成的改變。
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- 4
PM2.5 是目前大氣環境中最被關心的細懸浮微粒種類，經分析測得空氣中的 PM2.5 濃度為 10 μg/m3，平均粒徑為 1 μm，密度則為 2.5 g/mL：
（一）請說明為何 PM2.5 比氣溶膠（aerosol）更容易進入人體的呼吸系統？（5 分）
（二）成年人每小時平均約吸入 350 L 的空氣，如以圓形顆粒來表示 PM2.5 的粒徑，請計算 PM2.5 每年進入人體的總質量及總比表面積。（10 分）全一張46120 （背面）
（15 分）
參考架構・破題
PM₂.₅是依空氣動力學粒徑界定的細粒子，較能避開上呼吸道攔截並沉積至深部肺區；計算則先由濃度與全年吸氣量求總質量，再以球形粒子的幾何關係求粒數及總表面積。
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- 5
土壤中腐植酸（humic acid）的分子式經元素分析得到 C308H335O90N5，請回答下列問題：
（一）腐植酸有許多官能基，造成腐植酸可溶於鹼性溶液中的官能基為何？（5 分）
（二）請計算腐植酸化學結構式中 C、H、N 及 O 的比例。（5 分）
（三）黃酸（fulvic acid）的平均氧含量為 45.1%，請藉由氧含量的差異，說明腐植酸與黃酸在結構上及對重金屬吸附能力的差異。（5 分）
（15 分）
- 6
請說明下列污染物的化學反應對環境品質或人體健康的影響：
（一）亞鐵離子（Fe2+）在水稻田中的氧化還原反應。（5 分）
（二）磷酸鹽類（PO43-）在土壤中的酸鹼反應。（5 分）
（三）汞離子（Hg2+）在含有硫酸鹽河川底泥中的無氧反應。（5 分）
（四）有機磷農藥在生物體內的氧化反應。（5 分）
（20 分）
104 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請回答下列問題：（每小題 8 分，共 32 分）
（一）以粒徑大小區分 Nanoparticles、Ultrafine particles、PM2.5、PM10。
（二）請敘述感應耦合氬氣電漿原子發射光譜法（ICP-AES）分析水溶液中重金屬之原理。
（三）比較 Organochlorine 及 Organophosphate pesticides 之毒性及在環境中之累積。
（四）何謂綠色化學？請說明超臨界二氧化碳（SF-CO2）萃取技術。
（32 分）
- 2
有一個運送廢液的貨車，掉落一桶廢液在路邊，若該水樣未遭其他污染，3 天後被環保稽查員發現，並採水樣帶回實驗室後測其 BOD5 為 100 mg/L，若反應之速率常數 k=0.1/day，溶氧呈指數下降（exponential decay），請計算該廢液的最終生化需氧量（Ultimate BOD; BODU）亦即是原始（Original）廢液的 BODU。又附近有三家工廠，其通常廢液之 BODU 分別為：釀酒廠（183mg/L），染整廠（254mg/L），製藥廠（343mg/L），請找出是那家掉落的廢液？（16 分）
（16 分）
參考架構・破題
採一階 BOD 模式時，棄置後前三天已先消耗部分需氧量；實驗室量得的 BOD₅只代表採樣當時剩餘終極需氧量在後五天被消耗的部分，因此須同時做時間回推與五日反應修正。
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- 3
氯 氣 （ Cl 2 ( g ) ） 在 水 中 的 反 應 式 為 ： Cl 2 ( g ) + H 2 O → H + + Cl － + HOCl上述反應之平衡常數 K=4.5 × 10－4，在 pH=0 的水溶液中，溶於水中 Cl2(g)的濃度為 50 ppm，請計算在水溶液中 Cl2(g)未解離的百分比。（Cl2(g)分子量：71）（16 分）
（16 分）
- 4
請回答下列有關砷、硒的分析問題：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）砷（As）及硒（Se）的分析常利用氫化法（Hydride generation）來分析環境水樣中低濃度的砷及硒，請敘述其原理。
（二）砷酸鈉（Na2HAsO4 ．12H2O）溶於水中，依水溶液 pH 不同而生 H3AsO4 、H2AsO4－ 、HAsO42－ 及 AsO43－ 等，又砷酸（H3AsO4）在水溶液中三個解離常數（Ka）分別為：Ka1=6.3×10－3、Ka2=1.3×10－7、Ka3=3.2×10－12，請計算 H3AsO4、H 2 AsO 4－ 、HAsO 4 2－及 AsO 4 3－存在水溶液之 pH 範圍。
（20 分）
- 5
請回答下列有關水質化學需氧量（COD）的問題：水質 COD 之計算常用重鉻酸鉀（K2Cr2O7）滴定法替代氧（O2）來氧化水中的有機物，在酸性條件，莫耳 Cr2O72－和 O2 的半反應分別如下，假設 O2 的效率與 Cr2O72－相同。（O2 分子量：32）Cr2O72－ ＋ H+ ＋ e－ → Cr3＋ ＋ H2O O2 ＋ H+ ＋ e－ → H2O
（一）請分別平衡上述二個半反應式。（6 分）
（二）有ㄧ水樣 25 mL，以 0.0010 M K2Cr2O7 滴定需 8.3 mL 達滴定終點，請計算該水樣之 COD 值，以 mg O2/Liter 表示。（10 分）
（16 分）
103 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請回答下列問題：（每小題 5 分，共 15 分）
（一）何謂環境荷爾蒙？
（二）層析儀是常用來分析水中或空氣中有機化合物的儀器，請說明層析原理。
（三）UV 光譜儀是常用來搭配液相層析儀的偵檢器，請說明以 UV 吸收光譜定量分析物濃度的原理。
（15 分）
- 2
硬水常使飲用水的口感變差，使工業用水易產生結垢而增加耗能。硬水軟化的方式中，離子交換樹脂是常用的一種工具，請問：
（一）何謂硬水？（5 分）
（二）硬度表示上，單位常用 meq/L 或 mg/L CaCO3 表示，meq/L 代表什麼意思（詳述物理意義）？20 mg/L Mg2+相當於多少 meq/L 與多少 mg/L CaCO3？（15 分）（Mg 的原子量為 24.4，CaCO3 的分子量為 100）
（三）何謂酸性樹脂與鹼性樹脂？它們各用來處理水中陰離子或陽離子？（8 分）
（四）請寫出一般弱鹼型與弱酸型離子交換樹脂表面的官能基。（4 分）
（五）請寫出樹脂再生的方法與其原理。（5 分）
（37 分）
- 3
光化學反應是大氣中重要的化學反應，請問：
（一）大氣分子照光後會有激發、游離與裂解等三種反應，請定義此三種反應，並舉例說明。（12 分）
（二）說明螢光（fluorescence）與磷光（phosphorescence）發生的原因。（4 分）
（三）高層大氣中的氣體分子能阻隔大部分短波長的射線，而僅讓長波長的射線透過，請寫出一個式子說明射線波長與能量的關係。（4 分）
（四）為何對流層中的水氣與 CO2 能維持地球溫度？（3 分）
（23 分）
- 4
請回答下列問題：
（一）請定義標準還原電位（E0）與 pE0 值。（4 分）
（二）請問天然水體中，近表面的水層與近底泥的水層，何者 pE 值較高？為什麼？（4 分）
（三）請寫出 NO3-還原成 NH4+的化學方程式，並由該方程式推導 pE 與 pH 的關係式。（E0 = 0.836 V）（8 分）
（16 分）
- 5
請寫出 Pb(OH) 2 的 Ksp（2 分）、 HT 2 − 的 Ka（2 分）、 PbT − 的 Kf（2 分），並以這些常數表達下列反應的平衡常數， Pb(OH) 2 + HT 2 − ↔ PbT − + OH − + H 2O 。（3 分）（附註：H3T 為多質子酸，可解離為 H 2 T − 、 HT 2 − 及 T 3− ）
（9 分）
102 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請說明：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）生物濃縮效應。
（二）大氣光化學煙霧之成因。
（20 分）
- 2
水的高級氧化程序（advanced oxidation processes）稱為 AOPs，請列出兩種 AOP 方法並簡述其淨水原理。（20 分）
（20 分）
- 3
有五種（氯）碳氫化合物，其分子式分別如下：CCl4，CH2Cl2，CCl3CCl3，CHClCCl2，CH2CHCl，請列出五種化合物在環境中氧化分解最難至最易之排序，並說明理由。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
排序應同時考量氧化熱力學與反應動力學：碳已高度氯化、缺乏可被抽取的 C–H鍵且為飽和結構者最難氧化；具有 C=C雙鍵者較易受自由基或氧化劑加成，其中氯取代愈少、碳的平均氧化態愈低者通常更易繼續氧化。
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- 4
請列出六種溫室氣體，為何人類活動排放溫室氣體會造成大氣增溫暖化現象；並請舉出一種溫室氣體是人類科學合成，原先並不存在大氣中。（16 分）
（16 分）
- 5
多溴二苯醚（PBDEs）是一種環境荷爾蒙，會產生環境蓄積，據調查美國大湖區銀鷗（herring gull）蛋中，在 1990 年 PBDEs 的濃度含量是 1100ppb，到 2000 年增加至 7000ppb，其濃度是以指數（exponential）增加，亦即 C=Aekt，C 是濃度，A 0.693是常數，k 是蓄積增倍常數，t 是增倍時間（doubling time）又 t = ，回答下列問題：k
（一）計算 k 值及 PBDEs 在銀鷗蛋中濃度增倍時間。（12 分）
（二）預估到 2010 年銀鷗蛋中 PBDEs 濃度。（12 分）
（24 分）
參考架構・破題
本題以銀鷗蛋中 PBDEs 濃度的十年監測值，先由指數成長式求蓄積增倍常數 k，再換算增倍時間，最後在成長速率維持不變的假設下外推 2010 年濃度。計算時須清楚交代時間基準、對數運算、單位與外推假設。
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其他等別的「環境化學概要」
- 環境化學概要（地方特考四等）（57 題）
題目來源：考選部考畢試題查詢平臺（政府資訊公開資料）；參考架構為本站自撰，僅供準備方向參考，非官方標準答案。最後更新：。