第二章
自然界的物質
一.自然界的三態：水、大氣及土壤是人類賴以維生的基本物質，以物質的狀態而言， 在常溫常壓下，大氣以氣態，水以液態，土壤以固態存在。在自然界中，這三態 不斷進行著許多物理或化學變化。 1.水是一種重要資源，除供給人類飲用和洗滌之外，更是農業、林業、漁業、畜牧業 和工業不可缺的物質。 2.大氣：地球表面上空大約一千公里內所覆蓋的氣體稱為大氣。大氣能保護地球， 減少隕石及紫外線的侵襲，也能調節我們生活環境的溫度。 3.空氣：地球生物活動範圍內的大氣稱為空氣。空氣是生命的必需品，與日光、水 合稱人生三件寶，它也是重要的氣態混合物。 4.土壤：岩石經風化作用分解形成土壤，人類生活所需的物質，大多直接或間接 取之於土壤，它也是人類建屋，活動和生產糧食的基地。 二.環境化學：環境化學是研究污染物在環境中的化學變化的規律，包括環境污染的形 態和污染效應，分析監測，控制技術等方面的問題。水、大氣及土壤構成了人類生存 與生活的基本環境，人類對此基本環境並不要求絕對的純淨，但是要求有良好的品 質。我們應該如何維持良好的環境品質，正是環境化學所要探討的課題。 1.下列敘述何項正確？ (A)水、大氣、土壤構成了人類生活的基本環境，人類對此環境 必需要求絕對的純淨 (B)大氣中的氣候變化影響了生物的生長 (C)優良環境的維持 是環境化學探討的主題 (D)地球表面上空的所有氣體，統稱為大氣 (E)土壤的成分 元素與岩石完全相同。 2.下列何項是人類賴以生存和生活的基本物質 (A)水 (B)大氣 (C)土壤 (D)日光 (E)聲 波。 3.研究環境汙染的形態及如何維持優良環境的科學是 (A)有機化學 (B)環境化學 (C) 無機化學 (D)大氣化學。2-1 水 一.水的重要性： 1.水是一種重要資源，是化學上重要的化合物，更是生命的必須物質。 2.自然界中的水，依其存在空間不同，有河水、海水、湖水、地下水、雨水等，其總質 量約佔地球總質量的百分之五。 3.水供給人類生活及工業、農業等使用。 4.生命離不開水，在動、植物的組織中，水是最豐富的物質，人體內水約佔70%， 若人體的水分減少10%，一切生理作用皆受影響，若5 日以上完全缺水，就可 能導致死亡，沒有水的環境，任何生物皆無法生存。
二.水的組成： 1.水是由氫與氧組成的化合物。 (1)分析法：水經電解可得氫及氧。在水中加少量硫酸或氫氧化鈉，通以直流電， 則在陰極產生的氫氣體積為陽極所產生的氧氣的2 倍。 (2)合成法：氫與氧化合可得水。氫氣與氧氧以 2：1 的體積比混合，經點火燃燒恰 能生成水。 2.重水： (1)氫有三種同位素，氕(1 ) 1H 、氘( ) 2 1H 、氚( ) 3 1H ；氧亦有三種同位素，即氧 ) ( 16 16 8O 、氧 17(17 ) 8O 、氧 18(18 ) 8O 。故可形成9 種不同分子量的的水。 (2)自然水中含有少量的氧化氘(D2O)，俗稱重水，其化性與水相似；但其物理性 質則頗為不同，其比重、沸點、凝固點、汽化熱及熔化熱均較水為大，而表面張 力則較水為小。 (3)重水可從分餾電解水的殘液而得。 (4)重水可作為原子爐中，中子的減速劑。 4.下列有關電解水的敘述中，正確的是 (A)通常加入硫酸幫助導電 (B)在陰、陽兩極所 得的氣體體積比為1：8 (C)陽極所得氣體重為陰極的 8 倍 (D)水經長時間電解後 的廢液中含較高濃度的重水 (E)電解水的過程中，硫酸的濃度變小。 5.下列各物質在氧中燃燒，可產生水的是 (A)氫氣 (B)甲烷 (C)汽油 (D)碳 (E)酒精。 6. 於 自 然 界 中 ， 氫 有 二 種 同 位 素 氕 (1 ) 1H 、 氘( ) 2 1H ， 然 而 氧 也 有 三 種 同 位 素 氧 ) ( 16 16 8O 、氧 17(17 ) 8O 、氧 18(18 ) 8O ，則自然界中共有幾種不同質量的水？ (A)5 (B)9 (C)12 (D)15。 三.純水的性質： 1.物理性質： (1)純水為無色、無臭、無味的液體。淺薄時，清澈透明，深厚時呈藍綠色。 (2)在1atm時，沸點為100oC、凝固點為0oC；壓力愈大，沸點愈高、凝固點則
愈低。 (3)在100oC 時，汽化熱為 g cal 539 ；在0oC時，凝固熱為 g cal 79 。 (4)水的比熱為1calgoC，是液態物質中比熱最大的物質。 (5)由於水的比熱和汽化熱大，所以經由水的狀態變化，可以吸收或釋出大量的熱 量，基於此一性質： a.工業上用水作為冷卻劑。 b.地球表面有 80%以上覆蓋著水，可達到調節氣溫的功效，有助於防止地球表面 溫度變化。 (6)水在4oC時密度最大，從4oC 的水升高溫度或降低溫度，都會使水的密度變 小；水的溫度與體積變化圖，如圖2 所示。而溫度與密度的變化圖，則如1 圖2 所示。2 a.水在0oC結冰時，體積約膨脹
10
1
，冰的密度小於水，故冰可浮於水面。 b.溫度改變時，密度較大的水以對流方式下沉，而密度較小的冰或水以對流方式 上浮，此過程循環進行，致使冬天湖水結冰時，從表面先結冰，也可使溶氧 和營養能均勻分布於水中，讓水中生得以維持生命。在底層的溫度仍可維持 C o 4 。 圖2 圖1 22 7.下列有關水的敘述中，正確的是 (A)高於4oC 的水冷卻時，密度變大 (B)低於 C o 4 的水加熱密度變大 (C)水結冰時，從表面先凝固 (D)湖水開始結冰時，底部 的溫度仍可維持4oC (E)4oC 時，水的體積變化是熱脹冷縮。 8.地球表面溫度之所以保持相當穩定而無激烈變化與下列何者有關？ (A)水的比熱大(B)水的汽化熱大 (C)水的密度大 (D)水是優良溶劑 (E)水凝固時體積膨脹。 9. 水 面 壓 力 超 過1.0atm時 ， 水 的 沸 點 (bp)與 凝 固 點 ( fp)為 (A)bp100oC、 C fp0o (B)bp100oC、 fp0oC (C)bp100oC、 fp0oC (D)bp100oC、 C fp0o 。 2.化學性質： (1)水是一種非常弱的電解質，其解離反應式為：H2O(l) H(aq) OH(aq)。 a.25oC 時 ， 純 水 中 所 含 的 氫 離 子 和 氫 氧 根 離 子 濃 度 相 等 ； M OH H ] [ ] 10 7 [ 。 b.定溫下，溶液中氫離子濃度與氫氧離子濃度的相乘積恆為常數，此乘積稱 之為離子積(Kw)。於25oC時，Kw [H ] [OH ] 10 14M2 ；Kw隨溫度 升高而增加。 c.定溫時，任何水溶液中，均含有H 與 OH離子，而且濃度互為消長，當 H 增高時，OH必減小；反之亦是如此。 (2)水在常溫時很安定，雖加熱至2000oC ，亦僅有1.8%分解成氫氣及氧氣。 a.活性較大的金屬(鈉、鉀、銣、銫、鈣、鍶、鋇)可與冷水作用，產生氫氧化物及氫氣 如下列所示： 2Na(s) 2H2O(l) 2NaOH(aq) H2(g) b.活性較小的金屬(鋰、鎂、鐵、鋅、鋁等)則需與水蒸氣作用才可產生氧化物及氫氣 c.水與非金屬作用產生氫氣，水蒸氣與高溫的碳作用產生水煤氣，反應如下 C(s) H2O(g) CO(g) H2(g) d.水與金屬氧化物作用產生鹼性物質，金屬化物稱為鹼性氧化物(俗稱鹼酐)。如下 列所示： K2O(s) H2O(l) 2KOH(aq) e.水與非金屬氧化物作用產生酸性物質，非金屬化物稱為酸性氧化物(俗稱酸酐)。 如下列所示： SO3(g) H2O(l) H2SO4(aq) (3)水是優良的溶劑： a.極性分子易溶於水中，如，氯化氫、硫化氫等。
b.與水分子間有氫鍵的分子易溶於水，如酒精(醇類)、丙酮、蔗糖等。 c.離子化合物與水產生水合作用，而溶於水，如氯化鈉、肥皂等。 d.與水產生化學反應的物質，可溶於水，如鈉、二氧化碳等。 10.於25oC 時，1.0M 的鹽酸中，[OH]？ 11.下列有關水的敘述中，正確的是 (A)水是一種強電解質 (B)在鹽酸中，OH離子 不存在 (C)定溫下，氫氧化鈉溶液中，[H][OH]常數 (D)溫度高於 C o 25 時， 純水中的[H]107M (E)純水的導電度很小，幾乎不能導電。 12.下列各溶液中，何者的[H] OH[ ]1014？ (A) C o 25 時的鹽酸 (B)25oC 時的 氨水 (C)100oC時的純水 (D)0oC時的硫酸 (E)25oC 時的氯化鈉溶液。 13.下列各種物質中，燃燒後將所得的氧化物溶於水後，其水溶液呈酸性的是 (A)木 炭 (B)酒精 (C)鋼絲絨 (D)鎂帶 (E)液化石油氣。 四.水的處理：水的處理方法因使用目的和水質的差異而有所不同，一般可分成淨化、 純化與軟化。 1.水的淨化：一般家庭飲用水，大多由自來水廠將水淨化後供應使用 ，自來水廠將 自來水淨化的過程有： (1)曝氣：讓水激起水花，增加水中的溶氧量，使微生物加速分解有機物。 (2)清除懸浮物，一般有下列步驟： a.沉降：將自然水靜置，使顆粒較大的淤泥粒子沉降。 b.凝聚：沉降後的水中，仍懸浮著直徑約1~100nm的微粒，通常加入鋁鹽或鐵 鹽 等 凝 聚 劑 ， 使 在 水 中 產 生 膠 體 ， 而 將 微 粒 吸 附 沉 降 ， 例 如 鋁 鹽 產 生 3 ) (OH Al 的白色膠體，鐵鹽則產生紅棕色Fe(OH)3的膠體。反應方程式如 下所示：
3 2 ( ) 3( ) ( ) ) (aq 3H Ol Al(OH) s 3H aq Al 3 2 () 3( ) ( ) ) (aq 3H Ol Fe(OH) s 3H aq Fe c.過濾：欲獲得澄清的水，還須併用過濾法，方法是將沉降處理後的水，通過砂 濾池，池內的過濾介質大多使用不含黏土成分，直徑約為0.1~0.54mm的 矽砂。 (3)消毒和除臭： a.消毒：就是消除水中細菌和病毒，常用的消毒劑是氯氣或臭氧。 (a)氯能抑制細菌的活性，在水中加入0.2~1.0ppm的氯就能將細菌殺死，其缺 點是會殘留不良氣味。 (b)臭氧能使細菌的蛋白質凝固，是一種逐漸採用消毒劑，1.0ppm就可殺菌， 效果較好，作用後會變成溶氧，無化學殘留物，也無臭味，唯價格較高。 (c)自來水中常加氟化物，可防止齲齒，因為氟可降低牙齒琺瑯質在酸性下的溶 解度，但長期使用含氟濃度為1 ppm 的飲用水，可能使牙齒產生斑點和 氟骨骼中毒而造成跛腳的現象，因此自來水加氟的議案仍備受爭議。 b.除臭：活性碳是經處理活化的碳粉，具有極大的表面積，能夠以物理方式吸附 大量的雜質，活性碳過濾器可濾去自來水中的氯、三鹵甲烷、有機物質及臭 味等，經過活性碳過濾器處裡的自來水即可飲用，活性碳使用一段時間後， 需取出用高溫處理，以除去其吸附的物質，使其再生後重複使用，車站、學 校等公共場所的飲水機，部分屬此種機型。 (4)其一般流程，可利用下列之流程圖來表示，如圖2-3。 圖2-3 2.水的純化：自來水廠分送至各個家庭的用水，仍含有某些雜質，若要進一步純化， 可用蒸餾法、離子交換法及逆滲透法。 (1)蒸餾法：將水煮沸，收集並冷凝水蒸氣，便可得純水，蒸餾是製備純水最普遍
的方法。但無法完全除去二氧化碳。一般實驗室的裝置如圖2-4所示。 圖2-4 (2)離子交換法：可除去水中陰、陽離子而得到去離子水，近來工業上及化學實驗 室中常用此法去除去天然水中的無機鹽、酸及鹼。一般有左右兩管，如圖 2 5 所示。 a.左管柱裝一種合成陽離子交換樹脂，以 RH 表示，水中陽離子可與氫離子 交換，通過此管柱的水，呈酸性，反應式如下：nRHMn RnM nH。 b.右管柱裝有陰離子交換樹脂，以R,OH 表示，水中陰離子可與氫氧離子交 換，通過此管柱的水，呈鹼性，反應式如下：nR,OH Xn Rn,M nOH。 c.兩管柱釋出的H 與 OH則可生成水，呈中性。 d.交換樹脂的再生：離子交換樹脂用久交換速率降低之後， RH 可用濃鹽酸使其 再生，R,OH 則可用濃氫氧化鈉使其再生。 圖2 5 (3)逆滲透法：一般逆滲透淨水器是將自來水加壓流過各種滲透膜，滲透膜孔徑 非常細小，只有水分子可以經加壓通過，可將細菌、濾過性病毒、重金屬、農藥 及清潔劑分別過濾掉，而得純淨的飲用水。其原理如圖2 6 所示。
滲透作用 逆滲透作用 圖2 6 3.硬水： (1)定義：含有鈣(Ca2)、鎂離子(Mg2)的水稱為硬水；不含鈣、鎂離子的水稱為 軟水。 (2)種類： a.暫時硬水：硬水中含碳酸氫根離子(HCO3)者稱為暫時硬水，其中鈣、鎂離 子會因煮沸而沉澱。所產生的碳酸鈣和碳酸鎂的沉澱，即為鍋垢的主要成分 。 反應式如下： ) ( 2 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 3 2 ) (aq 2HCO aq CaCO s CO g H Ol Ca 。 b.永久硬水：硬水中含氯離子(Cl)或硫酸根離子( 2 ) 4 SO 者稱為永久硬水，煮沸 後並不會產生沉澱。 c.兩性硬水：硬水中同時含氯離子或碳酸氫根離子者為兩性硬水。 4.硬水的軟化：除去硬水中鈣、鎂離子的手續，稱為硬水的軟化，其方法有 (1)煮沸法：只適合暫時硬水。反應方程式如下： 2 3 2( ) ( ) 3( ) 3( ) 2( ) 2 ( ) ( ) aq aq 2 aq s g l
Ca HCO Ca HCO CaCO CO H O 2
3 2( ) ( ) 3( ) 3( ) 2( ) 2 ( )
( ) aq aq 2 aq s g l
Mg HCO Mg HCO MgCO CO H O (2)碳酸鈉(Na CO2 3)法：暫時硬水、永久硬水均適用，反應式如下： 2 2 2 (aq) 2 3(aq) (aq) 2 (aq) 3(aq) 3( )s 2 (aq) Ca Na CO Ca Na CO CaCO Na 2 2 2 (aq) 2 3(aq) (aq) 2 (aq) 3(aq) 3( )s 2 (aq) Mg Na CO Mg Na CO MgCO Na (3)石灰－蘇打法(暫時硬水、永久硬水均適用)：在硬水中加入碳酸鈉，過濾所產 生的沉澱而軟化。此法所得的軟水，鹼性較強，且含有飽和的碳酸鈣，並不適 合於家庭中使用。反應方程式如下： ( )s 2 ( )2(aq) CaO H OCa OH 2 2 (aq) ( )2(aq) ( )2( )s (aq) Mg Ca OH Mg OH Ca 2 (aq) 2 3(aq) 3( )s 2 (aq) Ca Na CO CaCO Na (4)蒸餾法(暫時硬水、永久硬水均適用)：收集水蒸氣冷凝後的水，但空氣中的二 氧化碳一樣無法去除。 (5)陽離子交換法：將硬水通過裝有泡沸石的管柱，硬水中的鈣或鎂離子被泡沸
石中的鈉離子交換，停留在管柱中，經交換後水就不含鈣離子或鎂離子，硬 水因而軟化，泡沸石有天然的和人工合成的。
a.天然泡沸石：是一種實驗式為NaAlSiO4的巨大分子，通常以NaZ 表示，在交
換反應中，泡沸石的二個鈉離子可以交換一個鈣離子或鎂離子，反應式如下 ： Ca CaZ Na NaZ 2 2 2 ，泡沸石使用一段時間後，其接納鈣、鎂離子的容量 達到飽和，不會再發生陽離子交換，此時可用濃食鹽水沖洗，使其再生。 b.陽離子交換樹脂：是一種人工合成的陽離子交換劑，其接納鈣、鎂離子的容量 比天然泡沸石大，最常見的是磺酸化聚苯乙烯，其軟化硬水和再生的原理 和天然泡沸石相同。 14.下列各項敘述中，正確的有 (A)使用沉降法可除去所有懸浮物 (B)氯氣可除去水中 所有毒素 (C)臭氧可使蛋白質凝固 (D)氯氣可抑制細菌的活性 (E)明礬溶於水產生 氫氧化鋁。 15.下列各項物質中，可經由 RH 與R,OH ，使其分離？ (A)氯化鈉與氯化鈣 (B)葡萄 糖與尿素 (C)氯化鈉與葡萄糖 (D)酒精與甘油 (E)硫酸鈉與尿素。 16.下列那些步驟可清除水中的懸浮物 (A)加入氯氣 (B)曝氣 (C)加入明礬 (D)過濾 (E) 沉降。 17.自來水處理過程中，曝氣的目的是 (A)加速有機物的分解 (B)使懸浮物容易沉澱 (C)加速過濾 (D)利用紫外線消毒 (E)增加溶氧量。 18.在蒸餾水中很難除去的是 (A)氯氣 (B)臭氧 (C)二氧化碳 (D)金屬離子。
19.下列有關硬水的敘述中，正確的是 (A)暫時硬水可藉煮沸法去除水中的鈣、鎂離子 (B)肥皂水可檢驗水是否為硬水 (C)硬水均可利用泡沸石軟化 (D)家庭用的飲水機 常出現的白色斑點，可能是碳酸鈣 (E)鍋爐使用永久硬水時，產生的鍋垢可能是 硫酸鈣。 20.有關硬水所引起的弊害，下列何項有誤? (A)降低肥皂洗滌效果 (B)容易產生鍋垢 (C)降低鍋爐效率及壽命 (D)增加溶液酸性強度。 21.下列有關泡沸石軟化硬水的敘述中，錯誤的是 (A)天然泡沸石的成分為NaAlSiO4 (B)人工合成泡沸石含有可被交換的Na (C)可用濃食鹽水使其再生 (D)泡沸石有 消毒，殺菌的功能。 22.某硬水試樣經分析後，含有0.003M 的鈣離子、0.004M 的酸式碳酸根離子(HCO3) 與0.001M的硫酸根離子 2 4 (SO )。如欲軟化1 公升的該硬水，則至少需要加入消石 灰和碳酸鈉各若干莫耳？ 五.海水資源：水是優良溶劑，雨水能將地面和地下的一些物質溶解而匯入海，海洋中
溶解的物質，幾乎包括了地球上所有的元素，只是多寡不一而已，目前從海水中提 取的資源，主要是氯、鈉、溴、鎂等重要元素。 1.食鹽： (1)日晒法製鹽：從海水中製取食鹽，是將海水引入鹽田，藉太陽能使水分蒸發濃 縮而得。海水蒸發時，最先析出的晶體是硫酸鈣。 (2)海水蒸發後，析出的食鹽晶體稱為粗鹽，粗鹽中含微量氯化鎂(MgCl2)而有苦 味，含氯化鈣(CaCl2)而易潮解。 (3)食鹽的精製：將粗鹽溶於水，加入少許碳酸鈉，則氯化鎂和氯化鈣即變成難溶 的碳酸鎂及碳酸鈣，過濾後加熱蒸去水分即得精鹽。 (4)用途：食鹽可供調味及保存食品之用，工業上用以製造鈉、氯、氫氧化鈉等產品 a.電解濃食鹽水，可得氯、氫、氫氧化鈉。 2NaCl(aq) 2H2O(l) Cl2(g) H2(g) 2NaOH(aq) b.電解熔融態食鹽，可得氯和鈉。 2NaCl(l) Cl2(g) 2Na(s) c.電解稀食鹽水，可得氫與氧氣。 2H2O(l) O2(g) 2H2(g) 2.海水的淡化：在一些缺乏淡水的沿海地區或小島上，必須靠海水淡化來取得淡水。 (1)蒸餾法：此法大多是利用太陽能將海水蒸發，凝結而製得淡水。 (2)離子交換樹脂法：可除去海水中的陽離子及陰離子。 (3)凝固法：使海水溫度下降，水凝固成冰而與鹽或雜質分離，取出冰使其熔化便 可得到淡水。 (4)逆滲透法：將海水通過隔以半透膜的管柱，在適當的壓力下，水分子穿過半透 膜而與雜質分離，而得到淡水。 23.下列有關海水的敘述中，錯誤的有 (A)海水是一種純物質 (B)海水中含量最多的金 屬離子是鈉離子 (C)海水中除水外，含量最多的化合物是氯化鈉 (D)海水中含量 最多的非金屬離子是氯離子 (E)加熱海水最先析出的是氯化鈉。 24.下列有關海水淡化的敘述中，正確的是 (A)利用太陽能蒸餾海水，蒸氣凝結水即 為純水 (B)將海水降溫結冰後，取出冰塊再熔化可得淡水 (C)將海水通過陽離子及 陰離子交換樹脂，可得純水 (D)海水經逆滲透後可得淡水 (E)在海水中加入明礬， 可得淡水。
六.水污染： 1.水污染：人類將未處理過的生活水、農畜污水、工業廢水等排入河、海、湖泊中或滲 入地下水中，結果直接或間接危害水中生物及人類的生活與生命，這種現象稱為 水污染。 2.水污染的種類： (1)需氧廢料：來自家庭污水、動物排泄物、腐敗的動植物，會降低河川的溶氧量 (2)傳染媒介：如細菌及病毒等，會傳染疾病危害人體健康。 (3)植物營養素：含硝酸鹽、磷酸鹽等肥料，排入水中會使藻類異常繁殖，導致水 中浮游生物激增，並大量消耗水中溶氧，妨礙魚類生存，造成水的優氧化。 (4)有機化合物：如清潔劑及農藥不易被細菌分解，大量排入河川後會在水表面產 生泡沫，阻隔氧氣溶入水中，導致溶氧持續降低，造成魚蝦貝類無法生存。 (5)無機化合物：工廠排放的重金屬離子及氰化物、砷、無機農藥，在極低濃度下， 就足以對人體，構成危害，例如： a.電鍍工廠的廢水，含有鉻離子、鋅離子等。 b.鹼氯工廠的廢水，農藥中二甲基汞均易造成汞污染，日本九州島的水保市曾發 生甲基汞中毒事件，稱為水保症。 c.塑膠硬化廠的廢水含有鎘離子，桃園縣觀音鄉的高銀化工廠，是製造塑膠安定 劑硬脂酸鎘及硬脂酸鉛的工廠，由於該廠沒有做好污水處理及排除的工作， 產生的廢水直接排入渠道中，造成水污染，也導致附近約90 公頃的農田受 到污染而休耕，引發了鎘米事件。鎘會破壞肌肉組組織，引起痛痛症。 d.鉛蓄電池廠的廢水含有鉛離子，含鉛汽油的抗震劑含四乙基鉛，鉛中毒會引起 腎臟、生殖功能，及中樞神經的傷害。 (6)熱污染：核電廠和工廠的冷卻用水，排入水中會使水的溫度上升，造成溶氧量 降低及代謝速率改變，導致水中生物死亡，例如：核三廠排放的廢熱造成珊 瑚礁中的珊瑚蟲死亡，而發生「珊瑚白化」現象。核二廠也發生“花身魚”因溫 度太高而變形，而有祕雕魚的出現。 (7)放射性物質：放射塵、放射性燃料。 (8)懸浮物：土壤腐蝕而來的淤泥。 3.化學性水污染指標： (1)pH 值：以pH 測定計或以酚酞、甲基橙等指示劑判定；pH 值影響生物的生長、 物質的沉澱與溶解，水及廢水的處理。 (2)溶氧(DO)：溶解於水中的氧，其溶解度受溫度影響很大，溶氧的測定可用來 控制河川污染程度，以維持魚類或其他水中生物的繁殖與生長的最適情況。 (3)生化需氧量(BOD)：生化需氧量是指細菌在好氧情況下，將有機物分解為安 定化合物所需的氧量。細菌將廢水中的有機化合物分解成二氧化碳或氮氣，硝 酸鹽和廢水等都需要氧氣，測定生化需氧量來決定有機污染的程度， BOD數
值愈高，表示污染愈嚴重。 (4)BOD的測定：首先測定某污水試樣中的溶氧量，且將該污水樣品保持在 C o 20 放置5 天，5 天後再測定污水中的溶氧量，這 5 天所減少的溶氧量，即 為該污水的BOD，通常以 ppm 或gL表示。 (5)化學需氧量(COD)：化學需氧量表示水中可被強氧化劑氧化的有機物的總量。 (6)COD的測定：取定量的廢水，以二鉻酸鉀在酸性下氧化有機物，產生CO2 和H2O，再計算氧化消耗的氧量。若污水中含不被細菌分解或有機毒物使微
生物無法存活時，BOD0。一般而言，同一污水樣品的BODCOD。 七.水污染的防治：預防污染物進入水中，是水污染防治的最基本原則，能防患於未 然是防治水污染的最有效且最經濟的方法。水污染防治也是每一事業單位和家庭都 必須重視的工作。 1.工廠水污染防治首重改進製程，以減少污染量及種類，其次是施行污水處理，使 排放水符合於安全標準。 2.農業方面減少使用化學肥料而改用有機肥，減少使用農藥而用其他殺蟲方法。家 庭污水應在社區中集中處理，後再行排放。 3.廢水處理的過程：一般廢水處理分三級： (1)第一級主要以過濾的方法除去固態物質。 (2)第二級以除去需氧物質(如有機物)為目的，通常以活性污泥法，藉由通入氧氣 及微生物的作用來達成。 (3)第三級為專門處理，針對特殊的污染物質選擇特定的方法來處理。 25.下列有關水污染的敘述中，錯誤的是 (A)水污染的程度是由溶氧量來決定 (B)水污 染的金屬元素如汞、鎘、鉛等因含量極少，不會對生物構成傷害 (C)支鏈清潔劑不 易被細菌分解，故會造成泡沫污染 (D)BOD可用來測定水中需氧廢料污染程度。
26.下列有關BOD的敘述中，正確的有 (A)BOD愈大，表示污水中需氧廢料愈多 (B)一般污水中，BOD常小於COD (C)含硬性清潔劑的污水中， BOD COD (D)實驗室排放的污水，COD BOD (E)在僅含無機鹽的污水中，BOD 0。
28.下列有關鍋垢的敘述中，正確的有 (A)使鍋爐的傳熱效果變更好 (B)易引起鍋爐的 爆炸 (C)將暫時硬水煮沸就有可能產生 (D)家裡開水壺內的鍋垢可用醋酸或檸檬 酸來清洗 (E)主要成分有碳酸鈣(CaCO3)、碳酸鎂(MgCO3)、硫酸鈣(CaSO4)。
29.將5M 的NaOH、5M 的NaCl與3M 的Ca NO( 3 2) 水溶液各1 毫升混合，通入足量的 酸型陽離子交換樹脂，並以純水沖洗該管柱。將該管柱所留出的所有溶液收集後， 則該溶液中，共有氫離子多少毫莫耳？ 30.放流水標準中的BOD是指放流水中何種污染物的最大限量？ (A)傳染媒介(B)植物 營養素 (C)懸浮物 (D)需養廢料。 <Homework 2-1> 1.下列有關重水的敘述中，錯誤的是 (A)重水就是氧化氘 (B)重水的凝固點較正常水 為低 (C)在核子反應器中，重水可作為中子的減速劑 (D)D2O的分子量為20。(B) 2.下列有關水污染的敘述中，正確的有 (A)所謂BOD是指污水在20oC 下放置5 天 後，污水所剩的氧量 (B)BOD值愈高，代表水中需氧廢料污染愈嚴重 (C)清潔劑 烷機苯磺酸鹽，烷基為直鏈較易被細菌分解 (D)預防污染物進入水中是水污染防治 的最有效經濟原則 (E)含有三聚磷酸鈉的合成清潔劑排放於水中時，將有助於水藻 生長。(BCDE) 3.量取體積均為2.0mL之2.0M 的Ba(NO3)2、1.0M 的KCl與3.0M 的Na2SO4， 則 (1)通過 RH 型離子交換樹脂，再以蒸餾水沖洗，可得H 若干毫莫耳？(22) (2)通過R,OH 型離子交換樹脂，再以蒸餾水沖洗，可得OH若干毫莫耳？(22) 4.有關氧化氘敘述中，錯誤的是 (A)可由水電解後的殘餘液分餾而得 (B)俗稱重水 (C)熔點、沸點皆較氧化氕高 (D)於核子反應器中當吸收劑。(D)
5.下列各物質中，可作為自來水的消毒劑的是 (A)雙氧水 (B)碘酒 (C)氯氣 (D)臭氧 (E)紫藥水。(CD) 6.下列水的淨化過程中，屬於物理變化的是 (A)沉澱 (B)凝聚 (C)過濾 (D)活性碳吸附 臭味。(D) 7..下列物質中，可經 RH 及R,OH後予以除去的有 (A)細菌 (B)病毒 (C)電解質 (D) 有機物 (E)鹽類。(CE) 8.暫時硬水中，一定含有下列那些離子？ (A)Na (B)Ca2 (C)Mg2 (D) 3 HCO (E) 2 4 SO 。(BCD) 9.下列各種試劑，可用來檢驗硬水存在的是 (A)肥皂水 (B)石灰水 (C)石蕊試紙 (D)碘 －澱粉試紙。(A)
10.將暫時硬水煮沸時，有時會產生鍋垢，其成分可能是 (A)CaCl2 (B)CaSO4 (C) 3
MgCO (D)Na2CO3 (E)CaCO3。(CE)
11.欲除去永久硬水中的Ca2、Mg2 ，則下列各種方法中可行的是 (A)煮沸 (B)通過 陰離子交換樹脂 (C)加入Na2CO3 (D)通過天然泡沸石 (E)過濾。(CD) 12.欲將粗鹽精製，可於食鹽溶液中入下列那一種物質 ? (A)CaCl2 (B)Na2CO3 (C) HCl (D)NaOH 。(B) 13.電解濃食鹽水時，可獲得下列那些物質? (A)金屬鈉 (B)氯氣 (C)氫氣 (D)氧氣 (E) 氫氧化鈉。(BCE) 14.下列何種物質在污水中會增加BOD值？ (A)鉛離子 (B)酒精 (C)二氧化碳 (D)油脂 (E)汞離子。(BCDE) 15.若有一污水含有10.0ppm的有機廢料C6H10O5，此有機廢料可被細菌分解，其氧化 方程式為C6H10O5 5O2 6CO2 5H2O則 (1)此污水的BOD及COD為若干 ppm ？(11.8) (2)若知20oC 、1.0atm時，氧的溶解度為 L g 0092 . 0 ，問魚類能否在污水中生存? (否) 16.濁水中加少量明礬時，水可澄清，此作用為 (A)鹽析 (B)凝聚 (C)軟化 (D)過濾。 (B) 17.下列各項敘述中，錯誤的有 (A)永久硬水是水中含Ca2、Mg2之氯化物或硫酸 鹽 (B)暫時硬水可用煮沸法軟化 (C)永久硬水需用Na2CO3或泡沸石軟化 (D)軟化 兩性硬水可用消石灰 (E)泡沸石有天然及人工合成。(C) 18.下列有關水的敘述中，正確的是 (A)沸點時，液體的蒸氣壓和液面上氣體的壓力 相等 (B)甲醇易溶於水，因水分子為極性分子，與甲醇發生水合作用 (C)純水濃度 為55.5M (D)製造奶粉利用真空蒸發器，可加快蒸發，乃利用降低沸點之原理 (E)水自4oC 冷卻至0oC時，體積膨脹，乃因氫鍵因素造成。(ACDE) 19.欲除去水中的懸浮物，最常用的凝聚劑是 (A)活性碳 (B)臭氧 (C)明礬 (D)鐵鹽 (E) 硫酸鋁。(C) 20.下列各物質在氧氣中燃燒，可以產生水的是 (A)氫氣 (B)甲烷 (C)汽油 (D)碳 (E)酒 精。(ABCE)
21.若下列化合物具有相同的莫耳數，則哪一個化合物的化學需氧量(COD)最大？ (A)C5H12 (B)C5H11OH (C)C4H9OH (D)C4H9COOH。(A)
22.澎湖群島若欲實行海水淡化來提供淡水，則下列各種方法中，在原理上是完全不 可行的是 (A)加明礬使海水中的鹽分離子沉澱而分離 (B)利用太陽能將海水蒸餾淡 化 (C)將海水緩慢降溫凝固以獲取淡化之飲水 (D)讓海水通過離子交換樹脂，除去 所含離子。(A) 23.水患後，水源混濁，則下列各種淨水處理的敘述中，正確的是 (A)活性炭可以有 效的吸附不溶性的固體雜質與氣味，是淨水步驟的第一步 (B)氧化與氯化是將空氣 與氯氣打入水中，主要目的是去除水中的無機物沉澱 (C)過濾的步驟中，通常使用 逆滲透法來除去金屬離子 (D)沉降法通常在水中加入鋁礬Al SO2( 4 3) ，主要原因是 3 Al 形成的膠體物質在水中容易沉澱。(D) 2-2 大氣 地球表面的氣體受地球重力吸引，除了最輕的氫和氦之外，其他氣體無法完全脫 離地球進入太空，這些圍繞地球的氣體稱為大氣。 一.大氣的分層：根據其高度、溫度變化及氣體運動的情形，將大氣分成 1.對流層： (1)離地表約13.0km以下的大氣層，稱為對流層，幾乎所有生物和人類活動都發 生在這個範圍內，天候的變化也僅發生在這個空間內。 (2)對流層內有氮、氧、氬、二氧化碳等氣體及水蒸氣。 (3)於對流層內，每升高1.0km，溫度約降低6.5oC。 (4)因為氣體有垂直運動與流動的現象，所以天氣現象與空氣污染大多只發生在 此層。 2.平流層： (1)高度在13.0 ~ 50.0km的大氣層稱為平流層，此層中央部分因含臭氧而稱臭氧層。 (2)臭氧有吸收紫外線，而將其輻射能轉變為熱能的功能，因此可保護地表免於陽 光中紫外線的侵襲，人體受過多紫外線照射會嚴重燒傷皮膚，對於人類的生 命及健康關係重大。 200 2 3 3O 紫外線波長小於 nm 2O 紫外線波長介於200nm~300nm (3)於平流層中，每升高1.0km，溫度約升高5.0oC 。 (4)長途飛行的飛機航線。 3.中氣層： (1)高度在50.0~85.0km的大氣層稱為中氣層。 (2)主要化學成分是臭氧、氧氣、二氧化碳與氮的化合物，故可進行光化作用，此層 又稱之為光化層。
(3)於中氣層中，每升高1.0km，溫度約降低3.0oC 。 4.游離層： (1)高度在85.0~550.0km的大氣層稱為游離層；因為離子多，且溫度高又稱之為 增溫層。 (2)因為增溫層內的氣體成游離狀態，所以可反射無線電波達到通信效果，對人類 的無線通訊貢獻很大。 (3)於增溫層中，高度愈高、溫度愈高。 5.外氣層： (1)高度在550.0~1000.0km的大氣層稱為外氣層。 (2)只含有氫氣與氦氣兩種氣體。 (3)於外氣層中，高度愈高、溫度愈低。 6.大氣的垂直分層圖，如圖2 7 所示。 圖2 7 大氣的垂直分層圖 1.下列各項敘述中，正確的是 (A)天候的變化是發生在對流層 (B)對流層人類活動的 主要場所 (C)長途飛機通常在平流層中飛行 (D)平流層含有臭氧，可吸收紫外線 (E)在對流層中，距地球愈遠，溫度愈高。 2.在大氣垂直分層中人類生活息息相關的是 (A)對流層 (B)平流層 (C)中氣層 (D)游離 層 (E)外氣層。
3.大氣中，有吸收紫外線功能的是 (A)對流層 (B)平流層 (C)中氣層 (D)游離層。 二.空氣的組成：空氣是混合物 ，地表附近乾燥空氣，各種氣體的體 積含率為氮 % 08 . 78 、氧20.95%、氬0.934%與其他如二氧化碳、氦、氖、氬、氪、臭氧等僅微 量存在。空氣的各成分中，除二氧化碳及臭氧因地而異外，其餘均無甚大的變化， 這是因為透過生命活動及光合作用造成一些物質的循環，形成一種平衡狀態。 1.氮的循環： (1)大氣中的氮，利用閃電的高能和氧作用而形成氮的氧化物，其溶於水變成硝酸 鹽及亞硝酸鹽等植物養分。 (2)豆科植物的根瘤菌可空氣中的氮與其它元素化合生成氮的化合物。 (3)土壤中得硝酸鹽、亞硝酸鹽及腐爛的動、植物，經由微生物分解作用，產生氮和 氨而返回大氣中。 (4)空氣中，氮氣的循環示意圖，如圖2 8 所示。 圖2 8 氮氣的循環 2.氧與二氧化碳的循環： (1)生物的呼吸和有機物的氧化作用，會消耗氧而產生二氧化碳。 (2)植物的光合作用需要二氧化碳並產生氧，如此循環不已 ，完成氧與二氧化碳在 自然界奇妙的循環作用。 (3)空氣中，氧氣與二氧化碳的循環示意圖，如圖2 9 所示。
圖2 9 氧氣與二氧化碳的循環 三.空氣的用途： 1.氧： (1)可供動物呼吸，深海潛水人員及高空駕駛員必須自備氧才能生存，醫院中有些 病人要靠氧氣呼吸。 (2)氧有助燃性，一般物質燃燒需要氧，煉鋼時需要氧氣，高溫切割及焊接也需要 氧。 2.氮： (1)氮可製造氨及硝酸，這是製造塑膠、藥品、顏料、肥料，炸藥等所必需的物質。 (2)氮可充入電燈泡內以阻止鎢絲燃燒。 (3)液態氮可作為冷凍劑。 3.氬：可充入電燈泡內以阻止鎢絲燃燒或揮發，鋁及鈦等金屬焊接時也要用氬以防止 金屬的氧化。 4.下列有關氮循環的敘述中，正確的是 (A)氮的化性不活潑，不能被生物直接吸收 (B) 氮與氧藉太陽能的作用形成氧化物 (C)NO與空氣中的氧作用產生NO2 (D)土壤中 的硝酸鹽及腐爛的動植物被細菌分解而形成氮 (E)豆科植物的根瘤菌存在，氮形成 氨，變成胺基酸，再變成蛋白質。 5.空氣中氧與二氧化碳維持一個奇妙的平衡，主要歸功於 (A)植物的光合作用 (B)氣 體溶解作用 (C)生物的呼吸作用 (D)空氣中氮的固定 (E)臭氧的存在。 6.下列那些氣體可充入燈泡中為防止鎢絲在高溫下快速氧化？ (A)氧 (B)氬 (C)二氧 化碳 (D)氮 (E)氖。
四.空氣污染：空氣污染乃是指空氣中某些物質超過一定限量，而對身體健康或生活 環境造成不良影響的現象。 1.空氣污染的影響： (1)造成建築、衣物、用具的污損，影響人類的健康。 (2)阻礙植物的生長，甚至於導致枯死。 (3)降低能見度，增加車、船及飛機的肇事率。 (4)空氣污染的異臭，使人心神不寧，降低工作效率。 2.空氣污染的來源： (1)有自然發生的，如沙漠風暴刮起的沙塵、火山噴出的泥灰與二氧化硫、森林大火 產生大量的二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮以及各種碳氫化合物。 (2)人為的污染，如工業與交通運輸等排出的廢氣以及家庭取暖與膳食燃燒所產 生的氣體。 3.主要的人為污染： (1)碳的化合物(COx)： a.一氧化碳(CO)： (a)來源：主要來自汽機車內燃機所排放出來的廢氣，部分來自各種工業製程排放 的廢氣及固體廢棄物，含碳物質在氧不足的情況下燃燒，便產生一氧化碳， 可以下列方程式表示：2CO2 2CO。或者是枯葉分解亦可生成。 (b)影響：一氧化碳是無色、無味、無臭的氣體，它不會刺激呼吸道，但會經由肺 直接進入血液與紅血球中的鐵離子結合，因此大幅降低血液輸送氧的功 能，導致心臟和腦組織缺氧而嚴重受創，若處於高濃度(超過100ppm)會 使大腦失去正常功能甚至致死。 b.二氧化碳(CO2)： (a)來源：人類大量使用化石燃料，有證據顯示出，大氣中二氧化碳的濃度正逐 年增加。 (b)影響：因二氧化碳會吸收紅外線(又稱熱射線)，而減少地球表面熱能的散逸， 導致地面氣溫上升，此種現象稱為溫室效應。 (2)硫的氧化物(SOx)： a.二氧化硫(SO2)： (a)來源：主要來源是煤與石油等化石燃料的燃燒，如發電廠、煉鋼廠及煉油 廠大量燃燒煤與石油所排出的廢氣中都含有二氧化硫。 (b)影響：二氧化硫會刺激動物的血管、枯萎樹木、腐蝕房屋，其溶於水時，則形 成 亞 硫 酸 ； 亦 會 隨 雨 水 降 落 而 形 成 酸 雨 。 可 以 下 列 方 程 式 表 示 ： 3 2 2 2 H O H SO SO 。 b.三氧化硫(SO3)： (a)來源：二氧化硫在空氣中氧化生成三氧化硫。 (b)影響：遇水生則生硫酸；隨雨水降落而形成酸雨，成為次級污染物。反
應方程式如下：2SO2O2 2SO3 SO3H2OH2SO4。 c.防治： (a)燃料先行除硫。 (b)排放前先通入碳酸鈣或碳酸鈉，使其生成硫酸鈣或硫酸鈉與二氧化碳。反應方程 式如下： 2( )g 3( )s 3( )s 2( )g SO CaCO CaSO CO (3)氮的氧化物(NOx)：主要來源是空氣在內燃機中反應，產生一氧化氮排入大氣 後，再與氧反應生成二氧化氮，可以下列方程式表示： 2 2 2 2 O 2NO 2NO O 2NO N 。
(a)NOx溶於水後，會形成HNO2與HNO3，隨雨水降落而形成酸雨。
(b)光煙霧：NO2擴散至高空對流層，吸收陽光的紫外線與空氣中的有機化合物 進行光分解及光氧化反應，形成所謂光化學煙霧，在被污染的都市上空會出 現一片這種紅綜色煙霧，產生光煙霧的基本要素是：陽光、氮氧化物、有機化 物。光煙霧是一種有毒的混合物會傷害呼吸系統。 (c)NO2易引起肺炎。 (d)NO易與血紅素結合，阻止氧的輸送，其毒性比NO2稍小。會加速臭氧的分解 造成臭氧層的破壞危機。 (4)有機化物：空氣中的有機化物最大的來源為交通所用的燃料，例如汽機車所排 放的廢氣，石油煉製或塑膠工業所用的溶劑，燃燒廢棄物電纜所排放的世紀 之毒--戴奧辛，芳香烴類：如苯、聯苯、多環芳香烴類(PAHS)，近年來已被 列入致癌物質，少數不飽和烴是形成光煙霧的成分。 (5)懸浮微粒：空氣中的懸浮微粒主要來源為工廠或汽車所排放的煙霧 ，或金屬氧 化 物 、 土 壤 粒 子 、 海 水 鹽 分 、 工 廠 飛 灰 、 碳 粒 、 金 屬 粒 子 等 ， 半 徑 約 cm 2 7 ~10 10 ，長時間懸浮在空氣中，造成危害。 (a)懸浮粒子的表面易吸附碳、硫、氮的氧化物或碳氫化物等污染物，吸入呼吸道 引起肺部疾病。 (b)空氣中的二氧化硫及一氧化氮可在懸浮粒子的表面進行反應 ，生成三氧化硫 及二氧化氮。 (c)光化學煙霧也是以懸浮粒子為核心，進行光化學反應所形成的污染現象。 (d)工業上產生的懸浮物會引起黑肺症或矽肺病，特別容易發生在礦工或水泥工 廠的工人。 五.酸雨： 1.定義；是指pH 5.0的雨水。 2.來源：SO2、SO3、NO2、CO2等氣體溶於雨水中而隨雨水降落就形成酸雨。 3.影響：會造成建築物腐蝕、湖泊酸化、森林枯萎等災害。 六.空氣污染對環境的影響：大氣污染物質的組成相當複雜，有的具有很強的刺激性
如二氧化硫、二氧化氮等，有的具有毒性如一氧化碳、戴奧辛等，對人體健康與動 植物均有很大的危害，同時對我們自然環境也產生不良的影響，例如酸雨、溫室 效應、臭氧層破洞等，都是我們關心的問題。 1.對人體健康的影響： (1)大氣污染對人體健康的影響是複雜的，與工業中毒不同。 (2)主要的影響在呼吸道疾病與生理障礙，例如眼鼻喉黏膜組織受到刺激而導致生 病或急性污染中毒而症狀惡化或甚至死亡。 2.對牲畜的影響： (1)直接的影響：例如在煙霧期間，家畜吸入污染物質，引起呼吸道感染，甚至死 亡。 (2)間接的影響：污染物質下降到水中與土壤內，經過吸收後，毒物在牧草中累積 ， 而引起中毒，此種影響較為廣泛嚴重。 3.對農林的影響： (1)可引起農作物與林木枯黃，產量降低，品質變劣。 (2)隨著污染物質的擴散，更可危害廣大地區，例如酸雨可導致熱帶雨林的破壞， 嚴重影響全球生態。 4.對各種物品的腐損： (1)長期處於大氣污染物中，對於金屬製品、皮製品、紙製品、紡織品與建築物的損 害最大。 (2)酸雨嚴重毀損建築物。 5.對地球熱平衡的影響： (1)化石燃料的過度使用，二氧化碳的量劇增，產生溫室效應，導致地面氣溫上升。 (2)一般預料，因氣溫上升足以引發大陸冰河的融化，海面升高的後果。 6.對臭氧層的影響： (1)氧氣經紫外線照射或加高壓放電時會產生臭氧，而在大氣平流層中的臭氧，是 氧分子吸收波長小於200nm的紫外線所引起的光化學產物。反應式如下： 3 200 2 2 3O nm O 。 (2)臭氧分子能吸收波長介於200nm~300nm的紫外線，而分解為氧分子。反應式 如下： 2 300 ~ 200 3 3 2O nm O 。 (3)南極上空已有臭氧層破洞，科學家發現破壞臭氧層的元兇是大量作冷媒及噴霧 劑的氟氯碳化物，這類化合物到高空分解出氯原子，而加速臭氧的分解。 七.空氣污染的防治： 1.原則：控制污染源，減少污染物進入空氣中，近年來各國政府均制定法律，管制 各工廠及汽機車的廢氣排放。 (1)工業燃料用油含硫量不得超過0.3%，而燃煤及燃油工廠常以生石灰來吸收二 氧化硫，可由下列方程式表示：2CaO2SO2 O2 2CaSO4。 (2)工廠燃煤和油所產生的廢氣必須經過脫硫及除塵才可排放，工廠常用靜電集塵 法、水洗法等收集塵灰。
(3)汽車必須使用無鉛汽油，並配備觸媒轉化器。
2.防治的方法：建立監測系統，作污染物的測定和分析，設置空氣品質監測站。 7.下列各項敘述中，正確的有 (A)空氣污染指標(PSI)愈大表是空氣品質愈好 (B)鋒
面滯留會影響PSI 值 (C)PSI 100，表示空氣品質不好，應避免外出活動 (D)紫 外線指數(UVI)愈大，表示紫外線輻射愈強 (E)UVI 7，應避免外出。
8.下列有關氣體性質的敘述中，正確的是 (A)二氧化硫的來源是燃燒煤及石油 (B)二 氧化碳會吸收紫外線，引起溫室效應 (C)二氧化氮為紅棕色，是光煙霧的成分之 一 (D)一氧化碳易與血紅素結合，引起缺氧中毒 (E)一氧化氮易與氧作用產生二氧 化氮。 9.下列有關大氣環境的敘述中，錯誤的是 (A)自然界中的CO，主要來自於石油與煤 的燃燒不完全 (B)大氣中的SO2，主要來源是石油與煤的燃燒或者是硫酸製造廠 的廢氣 (C)大氣中的含氮的氧化物，主要來源是空氣在內燃機中的反應 (D)汽車 所排放的廢氣中，通常含有碳、氮、硫的氧化物與烴類。 10.下列有關空氣污染的敘述中，錯誤的有 (A)酸雨的形成是空氣中含硫量太高所致 (B)光煙霧是氮的氧化物所引起 (C)二氧化碳過多可能引起溫室效應 (D)空氣污染 主要是汽車和工廠所排放的廢氣引起的 (E)有機物的來源主要來自車輛燃料未完 全燃燒及煉油廠。 11.下列各種物質中，易與血紅素結合，而降低血液輸送氧的功能，造成窒息而死的 是 (A)O3 (B)NO (C)C6H6 (D)SO2 (E)CO。
12.下列有關光煙霧的敘述中，正確的是 (A)主要成分是臭氧 (B)發生在平流層 (C)實 際上是以塵埃為中心形成的 (D)發生在對流層 (E)氮氧化物是主要成分之一。 13.大氣中的溫室效應是下列何種物質濃度增高引起的 (A)二氧化氮 (B)二氧化硫 (C) 二氧化碳 (D)二氧化鉛。 14.下列有關氮的氧化物敘述中，正確的是(應選兩項) (A)NO2遇水時，形成鹼性物 質 (B)光化學煙霧中常含有氮的氧化物 (C)NO的電子點表示法，氮與氧原子均符 合鈍氣的電子排列 (D)汽機車所排放的廢氣常含有 NO，是汽油燃燒不完全所產 生 (E)汽機車的淨化廢氣所安裝的觸媒轉化器是要將氮的氧化物轉化成N2。 15.下列有關大氣各層的敘述中，正確的有 (A)垂直高度最小的一層是中氣層 (B)影響 地球氣候主要是對流層 (C)游離層中的離子含量最多 (D)對流層的臭氧含量最多 (E)外氣層中，大多是氫氣與氦氣。 16.過去 100 年來，地球平均溫度愈來愈高，一般認為其主要原因是 (A)因空氣中帶 有硫酸與硝酸成分的煙塵顆粒太多所引起 (B)人為二氧化碳的排放量增加與綠色 植物減少 (C)火山活動的增加與聖應現象造成氣溫異常 (D)太陽輻射從臭氧層的 破洞照到地球。(92 學測)
17.氮的氧化物是主要的空氣污染之一，則下列各項敘述中，正確的是 (A)NO2遇水 後形成鹼性物質 (B)光化學煙霧中常含有氮的氧化物 (C)NO的電子點表示，氧和 氮原子均符合鈍氣之電子排列 (D)汽機車排放的廢氣中常含有 NO，是汽油燃燒 不完全所產生 (E)汽機車淨化廢氣所安裝的觸媒轉化器是要將氮的氧化物轉化成 氮氣。(92 學測) 18.太陽發出的輻射中，有許多無法穿過地球的大氣層，其中波長較短的紫外線主要 是被集中在那一層的臭氧給吸收了？ (A)對流層 (B)平流層 (C)中氣層 (D)增溫層 (E)外氣層。(88 推甄) 19.下列關於酸雨的敘述中，正確的是 (A)主要是大氣中硫的氧化物溶於雨水所造成 (B)主要是二氧化碳溶於雨水所造成 (C)主要是和工廠排放的廢氣有關，與汽機車 排放的廢氣無關 (D)酸雨對人類和其他動物影響比較大，但對植物則沒有影響。 <Homework 2-2> 1.下列那些物質可作為冷卻劑? (A)液態氮 (B)乾冰 (C)冰與食鹽以 3：1 的質量比的混 合物 (D)液態空氣 (E)金屬鈉。(ABCDE) 2.酸雨是大氣污染的一種，有害產物，其主要成分是來自下列何種氣體？ (A)NO (B)NO2 (C)SO2 (D)CO2。(C) 3.光煙霧的形成主要是由於下列何項物質所引起? (A)硫的氧化物 (B)氮的氧化物 (C) 碳的氧化物 (D)臭氧。(B) 4.空氣污染中的氮氧化物的主要來源是 (A)肥料工廠 (B)交通工具的內燃機 (C)石油 公司的煉油廠 (D)煉鋼廠。(B) 5.溫室效應的形成主要是由於下列何種物質的過度使用？ (A)硫 (B)化石燃料 (C)電 力 (D)氫。(B) 6.下列那一種是無色，有毒的氣體？ (A)Cl2 (B)CO (C)NO2 (D)CO2。(B) 7.下列那一類化學品會破壞臭氧層？ (A)戴奧辛 (B)多氯聯苯 (C)氟氯烷 (D)特夫綸。
(C) 8.下列那些物質會破壞臭氧層，造成臭氧層危機？ (A)NO2 (B)NO (C)CCl2F2 (D) 6 6H C (E)SO2。(BC) 9.下列做法，何者可減少空氣汙染？ (A)以水力發電 (B)核能發電 (C)利用太陽能 (D) 使用無鉛汽油 (E)使用電動汽車。(ABCDE) 10.要去除空氣的二氧化硫，可將廢氣通過下列何種物質？ (A)碳酸鈣 (B)氯化鈉 (C) 硫酸鈣 (D)硫酸鈉。(A) 11.大氣以垂直分布而論，哪些層的溫度會隨著高度增加而降低的有 (A)對流層 (B)平 流層 (C)中氣層 (D)增溫層 (E)外氣層。(ACE) 12.下列何者是大氣組成長年不變的主要原因？ (A)大氣不斷的對流 (B)自然界中有氮 氣、氧氣、二氧化碳的三大循環 (C)空氣的存量很大 (D)大氣本身是一密閉系統。(B) 13.下列有關氮的循環之敘述中，正確的有 (A)氮的化性不活潑，不能直接被生物吸 收 (B)絕大多數生命有機體吸收氮的形式為 N2與NH3等 (C)豆科植物的根瘤菌可 將空氣中的氮氣固定成化合物再製造成胺基酸，合成蛋白質 (D)閃電可促成N2與 2 O 化合成NO，進而變成硝酸鹽與亞硝酸鹽被植物吸收，合成植物蛋白質 (E)動 物吃了植物蛋白質可轉變成動物蛋白質，動物死掉以後屍體腐敗經由微生物的作 用又可分解成N2返回大氣中。(ACDE) 14.請寫出下列各種污染之主要污染物。(填代號) (甲)CO(乙)NO2(丙)SO2(丁)氟氯碳化物(戊)CO2(己)鎘(庚)砷(辛)廢熱(壬)汞。 (1)光煙霧。(乙) (2)酸雨。(乙丙) (3)臭氧層破洞。(丁) (4)全球暖化。(戊) (5)痛痛病。(己) (6)烏腳病。(庚) (7)水俁病。(壬) (8)珊瑚白化。(辛) 15.在空氣中含量最多的前三種氣體，由多到少的順序是如何？ (A)氮、氧、二氧化碳 (B)氮、氧、氬 (C)氧、氮、氬 (D)二氧化碳、氧、氮。(B) 16.想去除工廠廢氣中的二氧化硫，可使廢氣通過下列何種物質？ (A)氯化鈉(B)硫酸 鈣 (C)碳酸鈣 (D)硫酸鈉。(C) 17.下列關於空氣污染的敘述中，正確的是 (A)酸雨主要是因為空氣中二氧化碳含量 太高 (B)光煙霧是由二氧化氮與有機物所形成 (C)二氧化碳會引起溫室效應 (D)二 氧化碳具有毒性，會與血紅素作用，使血液失去運送氧氣的功能 (E)氮的氧化物， 其主要來源是汽機車內燃機運作時的高溫，導致空氣中的氮與氧化合所造成。 (BCE)
2-3 土壤 土壤學家對土壤的定義，認為土壤是地球表面由岩石風化而成的疏鬆層，有空氣、 水分和腐植質，且有微生物活躍在其中，土壤能支持植物的生長並供給養分。而岩石 的風化作用，就是地表的岩石和水、氧、二氧化碳接觸或因為生物活動的影響，發生 了化學和物理變化，其結果可使大塊岩石變成岩屑，最後粉碎成土壤。土壤的組成關 係著人類的生存和所有生命的循環，研究土壤具有科學價值，也具有實用上的價值。 一.土壤的形成： 二.土壤的主要成分： 1.土壤是地表岩石經過長時間化育而成的產物，故岩石的成分就決定了土壤中無機 物的主要成分及性質。 2.地殼中氧是含量最多的元素，其次是矽，二者佔地殼總質量的74.4%，含量超 過1%的元素尚有鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂，以上八種元素佔總質量的98.6%。 3.最常見的礦物是含矽與氧的矽酸鹽類，其質量佔地殼的96%，矽酸鹽類中矽氧 的構造單位為 4 4 SiO 。
4.矽、鋁、鐵常在岩石風化時由原來礦物中分離變成氧化物，氧化鐵、氧化鋁、黏土礦 物就構成了土壤的主要成分。 5.土壤中，約有95%的無機鹽與5%的有機物。 三.土壤的分層：一般土壤的剖面圖，由上而下 可以分為 A 、 B 、C 三層，如圖2 10 所示。 比較複雜的土壤剖面更可在 A 、 B 、C 層再 細分為若干亞層，層與層之間的性質都是逐 漸轉變的，所以沒有截然的界線做為劃分層 次的依據，而其厚度也沒有一定。 1.表土：為顏色深暗的表土，有機質積聚較多 ，是有機物和礦物質的混合體。 圖 2 10 2.心土：是顏色明顯的心土，由表土層溶解下來的礦物質都堆積在這一層中，含有 氧化鐵、氧化鋁、黏土礦物。 3.底層：大部分是半風化的岩石。 四.土壤的功用： 1.土壤是人類及許多動植物賴以生存的基地 ，人類利用土壤栽種作物，生產糧食， 以發展經濟。 2.土壤是製造陶器、磚瓦及水泥的原料。 3.土壤能保持及純化水資源。 4.進行各種農業活動。 四.土壤的污染與防治： 1.土壤本身為地球上污染物質的來源，如空氣中塵埃、水中的沉澱等。 2.隨意拋棄廢棄物及排放廢水，均造成土壤污染，尤以重金屬及有毒的有機物最為 嚴重，這些污染物經由滲入地下而被飲用或經植物吸收而傳至人體，恐有中毒 或致癌之虞。 3.土壤中的有機質與氧反應，會使土壤中的CO2含量增加，導致土壤酸性過高，可 加入石灰(CaO)或氫氧化鈣(Ca(OH)2)來中和土壤的酸性。 4 防止土壤污染的有效方法是將各種污染源回收，並集中由專業人員處理。 5.為維護良好環境品質，徹底執行 R4 辦法，即減量使用(reduction)、重複使用 )
(reuse 、回收再利用(recycling)、再製(regeneration)。以減少水、空氣、土壤污 染的機會。
6.透過政府立法，管制廢棄物的排放，防止環境污染。 7.做好水土保持，避免土壤流失。
1.下列各項敘述中，正確的有 (A)地殼中含量最多的元素是氧，其次是矽 (B)地殼中 含量最多的化合物是矽酸鹽 (C)岩石風化時，產生氧化鐵、氧化鋁及黏土礦物，這 些就是土壤的主要成分 (D)就土壤的剖面而言，心土含有氧化鐵、氧化鋁及黏土礦 物等 (E)岩石的風化作用包括物理變化及化學變化。 2.下列有關土壤汙染與防治的敘述中，正確的有 (A)廢棄物與工業汙水的排放，會造 成土壤汙染 (B)垃圾減量及回收再生是防止土壤汙染的方法 (C)已遭汙染的土地， 已無利用價值，應予隔離，不再使用 (D)鎘米是土壤汙染的結果 (E) R4 是指減量 使用、重複使用、回收再生、再製。 3.土壤中可能含有下列何種成分？ (A)礦物質 (B)微生物 (C)水分 (D)空氣 (E)腐植質。 4.地殼中含量最多的化合物為 (A)磷酸鹽 (B)硫酸鹽 (C)矽酸鹽 (D)碳酸鹽。 5.地殼中含量最多的金屬元素為 (A)氮 (B)氧 (C)矽 (D)鋁。 6.土壤中豐富的氧化鐵，氧化鋁，黏土等物質，主要分布在那一層 (A)表土 (B)心土 (C)底層 (D)岩屑。
7.下列有關土壤的構造的敘述中，正確的有 (A)心土的有機質含量最多 (B)底層多為 半風化的碎石塊 (C)有機質多存與底層 (D)心土的土質比表土鬆軟 (E)心土富含氧 化鋁、氧化鐵等礦物質。 8.泥土中，常會顯現出紅色，其主要原因是含有 (A)碳的氧化物 (B)鐵的氧化物 (C) 硫的氧化物 (D)矽的氧化物。 9.下列關於土壤組成的敘述中，正確的是 (A)氧與矽共占地殼總質量的3 4 (B)地殼中 最常見的礦物是矽酸鹽類，其構造單位為SiO2 (C)鈣的含量占第 5 名 (D)含量最多 的是氧 (E)是由地球表面的岩石風化而成。 10.下列各種土壤污染中，不屬於有機污染的是 (A)鉛 (B)汞 (C)二氧化硫 (D)砷 (E)甲 苯。 Chapter 2 習題 一.單一選擇題 1.已知，25oC 時，純水的濃度是55.5M ，水的離子積為1014M2，則大約若干個 水分子中有一個是解離的 (A)55 億個 (B)5 萬個 (C)5 億個 (D)50 億個。(C) 2.下列各項敘述中，正確的是 (A)氧化氚俗稱重水 (B)重水的沸點較普通水為低 (C) C o 25 時，重水的密度大於1.0gmL (D)重水的分子式是H2O2。(C) 3.溫度與壓力之變化會影響水中的溶氧，下列何者可使溶氧減少？ (A)高溫低壓 (B) 低溫高壓 (C)高溫高壓 (D)低溫低壓。(A) 4.水結冰時體積會增加，則壓力對冰的熔點影響是 (A)壓力增加，熔點上升 (B)壓力 增加，熔點下降 (C)壓力改變，熔點不變 (D)壓力改變，熔點上升、下降均可能。
(B) 5.家庭自來水龍頭所加裝之活性碳濾器，其功能是 (A)消毒滅菌 (B)硬水軟化 (C)除 臭去色 (D)除去離子。(C) 6.澎湖群島若欲實行海水淡化來提供飲水，下列何種方法在原理上完全不可行？ (A) 加明礬使海水中的鹽分沉澱而淡化 (B)利用太陽能將海水蒸餾淡化 (C)將海水緩慢 降溫凝固以獲得淡化之飲水 (D)將海水通過離子交換樹脂，以除去所有離子。(A) 7.下列各氣體中何者在大氣中的濃度增加會導致地球溫室效應？ (A)O2 (B)NO2 (C)H2O (D)CO2。(D) 8.電鍍廠廢水所含水污染物，主要為 (A)需氧廢料 (B)傳染媒介 (C)有機化合物 (D)無 機化合物。(D) 9.大雨後自來水廠的進水比較混濁，應先採取什麼步驟？ (A)加活性碳吸附雜質 (B) 加鋁鹽加速沉澱 (C)加氯消毒 (D)使用離子交換樹脂。(B) 10.下列有關暫時硬水與永久硬水的不同是 (A)前者含Ca2、Mg2後者沒有 (B)加肥 皂水時，前者沒有永久性的泡沫，後者有 (C)加熱時，前者有CaCO3沉澱，後者 沒有 (D)前者可藉離子交換樹脂軟化，後者不能。(C) 11.下列各種淨水的過程中，屬於化學變化的是 (A)沉降作用 (B)將水通過細沙層過濾 (C)通過活性碳濾床除臭 (D)加氯消毒。(D)
12. 海 水 蒸 發 時 ， 最 先 沉 澱 的 化 合 物 是 (A)NaCl (B)Mg(OH)2 (C)CaCO3 (D) 4 CaSO 。(D) 13.易造成酸雨，也會形成光煙霧的氣體是 (A)CO2 (B)SO2 (C)NO2 (D)NO。(C) 14.下列有關空氣污染的敘述中，錯誤的是 (A)CO會破壞臭氧層 (B)NO2會形成光 煙霧 (C)SO2會形成酸雨 (D)CO2會引起溫室效應。(A) 15.就土壤剖面而言，最上層的主要成分是 (A)有機質 (B)鋁、鐵等氧化物 (C)半風化 的岩層 (D)有機質與礦物質的混合體。(D) 16.水中的微生物分解有機質時，需要溶於水中的何種物質？ (A)二氧化碳 (B)氧 (C) 氮 (D)硝酸根離子。(B) 17.下列那一類污染物會造成水的優氧化？ (A)需氧廢料 (B)有機化合物 (C)植物營養 素 (D)廢熱。(C) 18.市鎮污水中，何種污染物含量最多？ (A)需氧廢料 (B)清潔劑 (C)植物營養素 (D) 重金屬。(A) 19.不屬於自來水廠的淨水步驟的是 (A)沉澱 (B)凝聚 (C)離子交換 (D)消毒。(C) 20.電解濃食鹽水的產物有那些？ (A)鈉、氯 (B)氫氧化鈉、氯 (C)氫氧化鈉、氧、氯 (D) 氫氧化鈉、氫、氯。(D) 21.海水中含量最多的陽離子是 (A)鈉離子 (B)鉀離子 (C)鈣離子 (D)鎂離子。(A) 22.海水中含量最多的陰離子是 (A)硫酸根離子 (B)酸式碳酸根 (C)氯離子 (D)溴離子。 (C) 23.內燃機所排放的一氧化氮最大的害處是 (A)造成酸雨 (B)使溫室效應惡化 (C)產生 光煙霧 (D)破壞臭氣層。(D) 24.土壤中含量最多的三種元素是 (A)矽、鋁、鐵 (B)氧、矽、鋁 (C)氮、磷、鉀 (D)氫、氧、
鋁。(B) 二.多重選擇題： 1.下列對水的敘述中，正確的是 (A)任何狀況下，水的熔點為0oC，沸點為100oC (B)水在4oC 時的體積最大，密度最小 (C)水為電解質的優良溶劑 (D)水的汽化熱 大於熔化熱 (E)在高山上煮水時，較易沸騰，這是壓力小，沸點低。(CDE) 2.下列各種物質中，易造成水污染的是 (A)肥皂 (B)軟性清潔劑 (C)硬性凊潔劑 (D)硬 水 (E)軟水。(ABC) 3.硬水軟化在工業上是非常重要，尤其是鍋爐用水 ，其主要目的是去除下列何種溶 於水中的金屬離子？ (A)鐵 (B)鈣 (C)鈉 (D)鋁 (E)鎂。(BE) 4.下列有關大氣性質的敘述中，正確的有 (A)大氣中的氧氣可經由植物的呼吸作用而 產生 (B)大氣中的對流層及臭氧層之溫度，隨離地面高度之增加而減少 (C)閃電可 促使大氣中氮氣與氧氣反應，生成氮的氧化物 (D)生物腐敗分解時，一般放出二氧 化碳及氧氣至大氣中 (E)空氣中的氣體以氧的含量最多。(C) 5.下列有關臭氧的敘述中，正確的是 (A)臭氧的分子式為O3 (B)平流層的臭氧吸收 陽光，可進行分解反應 (C)臭氧及氧氣皆不具毒性 (D)NO會催化臭氧的分解 (E) 臭氧會使碘化鉀澱粉試紙由無色變藍色。(ABDE) 6.下列有關水與重水的敘述中，正確的有 (A)重水是氧化氘 (B)重水可用於核子反應 器中，作為中子減速劑 (C)重水的沸點較自然水高 (D)重水的凝固點較自然水低 (E)重水較自然水更不易被電解，故重水可由水電解後的殘液分餾而得。(ABCE) 7.下列化合物若擴散至臭氧層，那些會使臭氧減少？ (A)氧 (B)一氧化氮 (C)二氧化 碳 (D)一氧化碳 (E)氟氯碳化合物。(BE) 8.若在鹽酸中含有少量氯化鈉，可用下列何種方法除去氯化鈉而得鹽酸？ (A)加熱至 沸騰 (B)通過陽離子交換樹脂 RH (C)通過陰離子交換樹脂R,OH (D)利用逆滲透 法 (E)利用凝固法。(B) 9. 離 子 交 換 樹 脂 不 能 交 換 水 中 的 何 種 物 質 ? (A)Na (B)Mg2 (C)C H OH 5 2 (D) 2 2) (NH CO (E)Fe3。(CD) 三.填充題: 1.於25oC時，純水中，[H] M 、[H][OH] M 。2 (107、1014) 2.在CO2、Na2O、P4O10、MgO、Fe2O3、SiO2等氧化物中，溶於水中呈酸性的是 ，溶於水呈鹼性的是 ，不溶於水的有 。(CO2、P4O10；Na2O、MgO； 3 2O Fe 、SiO2) 3.硫酸鋁溶於水，會產生 ，而溶液呈 性，其反應的方程式為 。 3 ) ( (Al OH 、酸、 3 3 2 ( ) ( )3( ) 3 ( )) ) ( aq s l aq H O Al OH H Al 4.泡沸石使用過久時，可用 使其再生， RH 使用過久時，可用 使其再生。 (濃食鹽水、濃鹽酸) 5.將硬水加熱，若所得鍋垢是CaCO3，則此硬水為 ，若所得鍋垢為CaSO4，則
