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Academic year: 2023

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學習單元二:眾所矚目的臭氧 閱讀下列文章並回答文末的問題:

臭氧(O3)是一種具有刺激性氣味,略帶淡藍色的氣體,平流層中含有臭氧的比例約為 90%。距離地表約 20-50 公里的平流層寬僅 30 公里,它卻是地球表面生物免遭受紫外線傷 害的保護者(O3反射掉約99%的紫外線)。過量的紫外線長驅直入,長期照射下,對人類 容易產生皮膚癌、白內障等病變;對整個生態系而言,它還可能造成基因突變、氣候變遷、生 態失調的嚴重後果。也難怪世界各國的環境組織早在1985 年通過維也納協定、1987 年通過 蒙特婁公約限制氟氯碳化物的生產及使用量,且於1989 年開始逐年消減。

問題一、什麼是臭氧?臭氧存在於何處?功能如何?臭氧失衡的結果?

1.臭氧的分子式為 ,為略帶 顏色的有刺激性氣體。

2.臭氧大多存在於 層中,含量比例為 %。

3.臭氧的功能為 ;它能反射掉約 %的紫外線。

4.簡述臭氧減少對人類及生態的可能影響?

人類一直到1970 年代初期才開始警覺有許多人為因素會破壞大氣中的臭氧,直到 1974 年六月兩位加州大學的化學家刊登於" Nature"雜誌的一篇文章,才真正使臭氧問題國際化。

大部分平流層中臭氧的減少或是臭氧洞的形成主要原因是CFCs(氟氯碳化物)釋放至大氣,

所導致的化學變化。破壞臭氧層的元凶,即是俗稱氟利昂(Freon)的氟氯碳化物,由於穩定性 高,不自燃、不助燃也不易起化學變化以及對人體傷害較小等優點,因而使用遍及各種工業 及日常生活用品。其中又以CFC-11(CCl3F) 、 CFC-l2 (CCl2F2) 及 CFC-113(C2Cl3F3)三種原料 佔最大使用量。CFCs 在工業上應用廣泛,而且非常安定,生命期長達 40-150 年,因此會在 大氣中不斷累積,最後將上升至平流層,在平流層因受到紫外線照射而分解產生氯原子,活 潑的氯原子會與臭氧反應,使臭氧分解消失。CFCs 所以會對臭氧層造成如此嚴重的破壞,

主要關鍵就在其中所含的Cl,科學家估計由 CFCs 所釋出的一個氯原子,只要數個月的時間 就能使大約10 萬個臭氧分子消失。

問題二、臭氧減少的主因?CFCs 如何破壞臭氧?破壞力如何?

1.破壞平流層中臭氧層的元凶的是 ,俗稱 ; 代號 。

2.氟氯碳化物中的 原子,是破壞臭氧的關鍵;

估計由CFCs 所釋出的一個氯原子,

能使大約 個臭氧分子消失。

由於世界主要工業國家多位於北半球,因此北半球大氣中CFCs 的平均濃度較南半球高。

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然而,為什麼至今最大的臭氧洞是出現在南極而不是在其他地方?顯然南極特殊的地理環境 和氣候狀況,與臭氧洞的形成有密切的關係。在正常狀況下,平流層中的臭氧分子,是處於 一種動態平衡的狀態。其反應機制如下所述:

高層大氣中的氧分子(O2)吸收紫外線,分解成活潑的氧原子(O):

O2+hv→O+O

氧原子再與鄰近的氧分子反應生成臭氧:

O+O2→O3

臭氧也會因受強烈紫外線,照射而分解,生成氧原子和氧分子,或是與活潑的氧原子作 用形成氧分子:

O3+hv→O2+O O3+O→O2+O2

臭氧就在這些反應中不斷生成與分解,維持著微妙但脆弱的平衡。而氯便會破壞這種平衡。

問題三、臭氧洞為何發生在南極?臭氧的形成與分解?

1.臭氧洞為何發生在南極?此與南極特殊的 環境和 狀況有關。

2.以化學反應式表示臭氧的形成與分解之機制?

在電磁波譜中的紫外線(ultraviolet,UV),波長在 200~300nm(奈米,1nm=10-9 m)之間 的屬於「近紫外線」,波長在10~200nm 之間的屬於「遠紫外線」。近紫外線可分為 A、B、C 三 種,其中以波長在280~315nm 的「紫外線 B」(UV-B)對生物危害最大。UV-B 的強度,會隨著 時間、地點不同而異。通常夏季較冬季強,低緯度比高緯度地區強,而高海拔則比低海拔地 區強。但無論如何,大氣中臭氧減少,全球各地的UV-B 都會增強。據估計,臭氧若減少 1%,UV-B 大約就會增加 2%;而在出現臭氧洞的南極地區,臭氧大量減少的結果,已使紫 外線量加倍增加。

問題四、何為紫外線?臭氧的形成與分解?

1.紫外線的英文是 ;縮寫 。

2.紫外線可分為 A、B、C 三種,其中紫外線 ( ) ,對生物危害最大。

3.據估計,臭氧若減少 1%,UV-B 大約就會增加 %。

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