地球 / 子課題
大氣
Atmosphere
空氣組成、液態空氣分餾及工業氣體用途
核心考點 (Knowledge Groups)
1. 空氣組成與分餾
考評提示：空氣成份百分比、分餾原理及沸點比較
- 空氣組成：N₂ (78%), O₂ (21%), Ar (0.9%), CO₂ (0.04%)。
- 液態空氣分餾原理：先液化空氣，再根據各成份沸點不同分離：N₂ (b.p. −196°C) 先蒸出，O₂ (b.p. −183°C) 後蒸出。
HKEAA 評卷員建議
2023 年
2. 大氣氣體的工業用途
考評提示：N₂/O₂/Ar 用途配對、氣體試驗方法
- N₂ 性質不活潑（N≡N 三鍵鍵能極高）→ 工業用途：食品包裝防氧化、焊接保護氣。O₂：醫療、鋼鐵冶煉。Ar：燈泡填充防鎢絲氧化。
- CO₂ 為溫室氣體，吸收紅外輻射→ 溫室效應。氧氣試驗：帶火星的木條重燃（glowing splint relit）。
- 稀有氣體用途：He 用於氣球（密度低且不燃）；Ne 用於霓虹燈（通電發出橙紅光）。
3. 燃燒、污染物與酸雨
考評提示：化石燃料燃燒產生的污染物及其影響
- 不完全燃燒產生 CO（有毒，與血紅蛋白結合）和碳微粒（引致呼吸問題）。
- 含硫雜質燃燒產生 SO₂；高溫下 N₂ 與 O₂ 反應產生 NOx。兩者皆可形成酸雨。
常見題型 · scoring points
描述液態空氣分餾的原理並解釋各成份的工業用途
- 原理：先壓縮冷卻液化空氣，再蒸餾分離——沸點較低的N₂先蒸出（−196°C），O₂後蒸出（−183°C）。
- N₂：化學不活潑（N≡N鍵能極高），用於食品包裝（防氧化）、焊接保護氣（防金屬被氧化）。
- O₂：支持燃燒和生命呼吸，工業上用於鋼鐵冶煉和醫療用途。
- Ar：惰性氣體，用於白熾燈泡填充（防鎢絲在高溫下氧化）及精密焊接保護。
解釋溫室效應的成因及 CO₂ 增加的影響
- CO₂（及 CH₄、H₂O 等）吸收地球輻射的紅外線，阻止熱量散逸至太空→溫室效應。
- 工業革命後大量燃燒化石燃料（煤、石油、天然氣）→大氣 CO₂ 濃度持續上升→溫室效應加劇→全球暖化。
- 影響：冰川融化、海平面上升、極端天氣增加。
- 對策：使用再生能源、提高能源效益、碳捕集技術。
描述常見大氣氣體的化學試驗方法
- 氧氣 (O₂)：使帶火星的木條重燃。
- 二氧化碳 (CO₂)：使石灰水變乳白色（白濁）。
- 水蒸氣 (H₂O)：使無水氯化鈷(II)試紙由藍色變粉紅色（或使無水硫酸銅(II)由白色變藍色）。
- 氫氣 (H₂)：使燃著木條發出「噗」一聲並熄滅。
比較氮氣與氧氣的化學活潑性並以結構解釋
- 活潑性：氧氣比氮氣活潑得多。
- 結構：氮分子內具 N≡N 三鍵，鍵能極高，極難斷裂，故性質不活潑。
- 應用：氮氣可用於保護易氧化的食品或化學品，而氧氣支持燃燒和呼吸。
舉例說明稀有氣體的用途及其性質的關係
- 氦 (He)：用於填充氣球和飛船；因為其密度比空氣低且性質極不活潑（安全）。
- 氖 (Ne)：用於製作霓虹燈；因為通電時會發出橙紅色的強光。
- 氬 (Ar)：填充電燈泡；因為性質不活潑，防止鎢絲在高溫下氧化。
設計實驗測量空氣中氧氣的體積百分比
- 步驟：將已知體積的空氣反覆通過加熱的銅粉（裝在針筒中）。
- 現象：紅棕色銅粉變為黑色（生成 CuO），氣體體積逐漸減少。
- 計算：減少的體積即為氧氣體積。百分比 = (體積減少量 / 初始體積) × 100%。
- 注意：銅粉必須過量，且需待裝置冷卻至室溫後才讀取最終體積。
解釋化石燃料燃燒產生的主要大氣污染物及其來源
- 二氧化硫 (SO₂)：來源於燃料中的含硫雜質燃燒；引起呼吸道疾病及酸雨。
- 氮氧化物 (NOx)：來源於汽車引擎高溫下 N₂ 與 O₂ 的化學反應；引起酸雨和光化學煙霧。
- 一氧化碳 (CO)：來源於燃料的不完全燃燒；與血紅蛋白結合導致中毒。
- 懸浮粒子：來源於不完全燃燒或建築工地；降低能見度及損害肺部。
分析酸雨的成因及對環境和建築物的影響
- 成因：大氣中的 SO₂ 和 NO₂ 溶解在雨水中形成 H₂SO₃/H₂SO₄ 和 HNO₃。
- 影響：使湖泊酸化，殺死水生生物；損害植物葉片，減少農作物產量。
- 建築物：侵蝕石灰石或大理石建築（CaCO₃ + 2H⁺ → Ca²⁺ + H₂O + CO₂）。
- 金屬：加速鐵製品腐蝕（生鏽）。
區分物理變化與化學變化在大氣相關過程中的例子
- 物理變化：液化空氣和分餾液態空氣；因為只是狀態改變，沒有新物質生成。
- 化學變化：燃料燃燒、銅粉與氧反應、酸雨侵蝕石灰石；因為有新物質（如 CO₂、CuO、Ca²⁺）生成。
- 能量：化學變化通常伴隨較大的能量變化（如放熱）。
解釋一氧化碳 (CO) 的毒性及其危險性
- 機制：CO 與紅血球中的血紅蛋白 (Haemoglobin) 結合的能力比氧氣強得多（約 200 倍）。
- 後果：減少血液輸送氧氣至全身的能力，導致細胞缺氧。
- 危險性：CO 是無色、無味、無臭的氣體，人體難以察覺。
- 預防：確保燃氣器具通風良好，安裝 CO 報警器。
描述減少汽車尾氣污染物的技術手段
- 催化轉化器 (Catalytic converter)：利用鉑/鈀/銠催化劑將 CO、NOx 和碳氫化合物轉化為 CO₂、N₂ 和 H₂O。
- 方程式示例：2CO + 2NO → 2CO₂ + N₂。
- 無鉛汽油：防止催化劑中毒（鉛會覆蓋催化劑表面）。
- 電動車：消除路邊尾氣排放。
比較全球暖化與溫室效應的關係
- 溫室效應：一種自然的現象，使地球保持適宜生命居住的溫度。
- 全球暖化：由於人類活動排放過多溫室氣體（如 CO₂），導致溫室效應加劇，地球平均氣溫異常上升。
- 主要溫室氣體：CO₂、CH₄、N₂O、CFCs 及水蒸氣。
- 後果：極端天氣趨於頻繁，全球生態平衡受威脅。
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關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 化學神器 App。
