第 2章 自然界的物質 2 -1 自然界 2 -2 水 2

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第 2章 自然界的物質 2 -1 自然界 2 -2 水 2 -3 大氣 2 -4 土壤 第 2章 自然界的物質 2 -1 自然界 2 -2 水 2 -3 大氣 2 -4 土壤

2 -1 自然界 • 地球表面的自然生態環境是由水、 大氣、土壤和生物所構成 ,彼此 間息息相關。 • 地球表面年齡大約為 5億年左右,覆蓋著 約占 70%面積的水。 動動腦 2 -1 自然界 • 地球表面的自然生態環境是由水、 大氣、土壤和生物所構成 ,彼此 間息息相關。 • 地球表面年齡大約為 5億年左右,覆蓋著 約占 70%面積的水。 動動腦 為什麼天空藍藍的? 圖 2 -1 美麗的藍色星球──地球

2 -2 水 一、水的淨化 二、水的軟化 三、家庭用水的淨化 四、海水資源 五、水汙染及其防治 章目錄 2 -2 水 一、水的淨化 二、水的軟化 三、家庭用水的淨化 四、海水資源 五、水汙染及其防治 章目錄

一、水的淨化 • 地表上的水因含有許多礦物質、 懸浮物、微生物等需加處理以適 合日常飲用或 業用水。 • 水的處理依使用目的而有不同, 一般淨化過程分為: 沉澱 、 凝聚 、 過濾 一、水的淨化 • 地表上的水因含有許多礦物質、 懸浮物、微生物等需加處理以適 合日常飲用或 業用水。 • 水的處理依使用目的而有不同, 一般淨化過程分為: 沉澱 、 凝聚 、 過濾 、 曝氣 、 除臭 及 消毒 等步驟。 節目錄

自然水中含的雜質 沉澱、凝聚、過濾 曝氣 活性碳 固體、懸浮 物 有機物 臭味 氯、臭氧 細菌 硬水軟化 礦物質 節目錄 自然水中含的雜質 沉澱、凝聚、過濾 曝氣 活性碳 固體、懸浮 物 有機物 臭味 氯、臭氧 細菌 硬水軟化 礦物質 節目錄

水的淨化過程 圖 2 -3 自來水廠淨水步驟 節目錄 水的淨化過程 圖 2 -3 自來水廠淨水步驟 節目錄

沉澱法 • 河川水進入自來水廠中仍含有許 多大 小顆粒不同的泥沙,將之引 入沉澱池 中靜置,較重的泥沙將 會沉降下來 ,但懸浮微粒(直徑 10 -9 ~ 10 -7 沉澱法 • 河川水進入自來水廠中仍含有許 多大 小顆粒不同的泥沙,將之引 入沉澱池 中靜置,較重的泥沙將 會沉降下來 ,但懸浮微粒(直徑 10 -9 ~ 10 -7 m) 仍分散水中。 節目錄

凝聚法 • 凝聚法: 水中加入鋁鹽或鐵鹽, 在 可 產 生膠 體, 黏吸懸浮粒子而 以 沉 降。 例如: 凝聚法 • 凝聚法: 水中加入鋁鹽或鐵鹽, 在 可 產 生膠 體, 黏吸懸浮粒子而 以 沉 降。 例如: 明礬 [KAl(SO 4)2‧ 12 H 2 O] • 氫氧化鋁的膠體: A 13+(aq)+3 H 2 O(l)→Al(OH)3(s) + 3 H+ (aq) 圖 2 -4 明礬晶體 節目錄

過濾法 • 將沉澱與凝聚後的水流經 細砂層 濾池 ,除去固體物及懸浮雜質。 • 砂濾池內的過濾物質,大多使用不 含黏土成分,直徑約為 0. 4~ 0. 54 mm的細砂。 過濾法 • 將沉澱與凝聚後的水流經 細砂層 濾池 ,除去固體物及懸浮雜質。 • 砂濾池內的過濾物質,大多使用不 含黏土成分,直徑約為 0. 4~ 0. 54 mm的細砂。 節目錄

曝氣法 • 曝氣是讓水激起水花,增加與空 氣的接觸面積,使水中 溶氧量 增 加,可加速 有機物 被微生物 分解 的速率 。 • 常見魚塭打水器也是曝氣的一種 曝氣法 • 曝氣是讓水激起水花,增加與空 氣的接觸面積,使水中 溶氧量 增 加,可加速 有機物 被微生物 分解 的速率 。 • 常見魚塭打水器也是曝氣的一種 方 式。 節目錄

除臭法 • 臭味來源:大部分是 有機化合物 。 • 活性炭:將水通過盛有活性炭的過 濾 床,吸附大量的各種有機物 與雜質,達 除臭 與 脫色 目的。 除臭法 • 臭味來源:大部分是 有機化合物 。 • 活性炭:將水通過盛有活性炭的過 濾 床,吸附大量的各種有機物 與雜質,達 除臭 與 脫色 目的。 圖 2 -5 各類活性碳與其 顯微結構 節目錄

消毒法 • 氯氣 (Cl 2):氯能抑制細菌代謝 的活性, 而殺死細菌,氯添加至水 中 ,濃度到達 0. 2至 1. 0 ppm便 消毒法 • 氯氣 (Cl 2):氯能抑制細菌代謝 的活性, 而殺死細菌,氯添加至水 中 ,濃度到達 0. 2至 1. 0 ppm便 能殺死細菌。 • 臭氧 (O 3) : 在水中加入約 1. 0 ppm臭氧 可 以殺菌,但成本較為昂貴。 比氯氣 有效 ,能殺死更多 病 節目錄 原菌和病毒,而且既 無化

二、水的軟化 硬水 含鈣、鎂離 子 (Ca 2+、Mg 2+) 碳酸氫根 (HCO 3- ) 硫酸根 (SO 42- 二、水的軟化 硬水 含鈣、鎂離 子 (Ca 2+、Mg 2+) 碳酸氫根 (HCO 3- ) 硫酸根 (SO 42- ) 氯化物 (Cl- ) 暫時硬水 永久硬水 加熱 加熱 產生碳酸鈣 碳酸鎂沉澱 只產生硫 酸鈣沉澱 硬水及處理動畫 節目錄

硬水的缺點-1 • 肥皂沉澱:水中的鈣、鎂離子會和肥皂反 應 ,產生不溶性的 鈣肥皂 和 鎂肥 皂 ,而降低洗滌效果。 鈣肥 皂 鎂肥 皂 硬水的缺點-1 • 肥皂沉澱:水中的鈣、鎂離子會和肥皂反 應 ,產生不溶性的 鈣肥皂 和 鎂肥 皂 ,而降低洗滌效果。 鈣肥 皂 鎂肥 皂 節目錄

硬水的缺點-2 • 鍋垢 :加熱暫時硬水會產生 碳 酸鈣、碳酸鎂 ,永久硬 水則產生 硫酸鈣 沉澱。 這些沉澱物容易造成鍋 爐或水管阻塞,導致傳 導效果不佳,嚴重甚至 引起爆炸。 硬水的缺點-2 • 鍋垢 :加熱暫時硬水會產生 碳 酸鈣、碳酸鎂 ,永久硬 水則產生 硫酸鈣 沉澱。 這些沉澱物容易造成鍋 爐或水管阻塞,導致傳 導效果不佳,嚴重甚至 引起爆炸。 圖 2 -7 水管內的水垢 節目錄

硬水軟化的方法 方法 煮沸法 石灰法 硬水 暫時硬水 永久硬水 ˇ:可軟化 ˇ * ˇ × 蘇打法 蒸餾法 硬水軟化的方法 方法 煮沸法 石灰法 硬水 暫時硬水 永久硬水 ˇ:可軟化 ˇ * ˇ × 蘇打法 蒸餾法 陽離子 交換法 ˇ ˇ ˇ ×:不可軟化 *:硫酸鈣在高溫下溶解度降低而析出,其 餘 不會。 節目錄

煮沸法 • 暫時硬水:可藉 煮沸 產生 碳酸鈣 及 碳 酸 鎂 沉澱析出而軟化硬水 。 • 永久硬水:水中的 煮沸法 • 暫時硬水:可藉 煮沸 產生 碳酸鈣 及 碳 酸 鎂 沉澱析出而軟化硬水 。 • 永久硬水:水中的 硫酸鈣 加熱不會產 生 化學變化,但其對水 溶解 度 隨溫度升高而降低。 節目錄

石灰法 • 暫時硬水:石灰 (氧化鈣 )溶於水所產生 的 氫氧化鈣,可與暫時硬水形 成 碳酸鈣 及 碳酸鎂 沉澱析出。 Ca. O 石灰法 • 暫時硬水:石灰 (氧化鈣 )溶於水所產生 的 氫氧化鈣,可與暫時硬水形 成 碳酸鈣 及 碳酸鎂 沉澱析出。 Ca. O + H O → Ca(OH) (s) 2 (l) 2(aq) Mg 2+(aq)+ Ca(OH)2(aq) → Mg(OH)2(s) + Ca 2+(aq) + Na 2 CO 3(aq) → Ca. CO 3(s) + Na+(aq) • 永久硬水:加入石灰不能產生固體沉 澱 物,故不能去除 。 節目錄

蘇打法 • 在暫時及永久硬水加入蘇打 (碳酸鈉, Na 2 CO 3),產生不溶性的碳酸鈣及碳酸 鎂 沉澱析出。 • 此法所得之軟水,有較強的 鹼性 ,不 蘇打法 • 在暫時及永久硬水加入蘇打 (碳酸鈉, Na 2 CO 3),產生不溶性的碳酸鈣及碳酸 鎂 沉澱析出。 • 此法所得之軟水,有較強的 鹼性 ,不 適合 業上和家庭使用。 Ca 2+(aq) + CO 32- (aq) → Ca. CO 3(s) Mg 2+(aq) + CO 32- (aq) → Mg. CO 3(s) 節目錄

蒸餾法-1 • 硬水經由蒸發作用,將水蒸氣冷凝 後收集,即可得不含礦物質的蒸餾 水。 節目錄 蒸餾法-1 • 硬水經由蒸發作用,將水蒸氣冷凝 後收集,即可得不含礦物質的蒸餾 水。 節目錄

蒸餾法-2 節目錄 蒸餾法-2 節目錄

陽離子交換法 • 將硬水通過 泡沸石 ( Na. Al. Si. O 4,以 Na. Z 表示)或是陽離子交換樹脂 ( 陽離子交換法 • 將硬水通過 泡沸石 ( Na. Al. Si. O 4,以 Na. Z 表示)或是陽離子交換樹脂 ( 例如聚苯乙烯磺酸鈉「 RSO 3 Na」), 沸石或樹脂內的鈉離子可交換硬水 中的鈣離子及鎂離子,達到硬水軟 化的效果 。 • M 2++2 Na. Z(s) → MZ 2(s)+2 Na+ (M為 Ca或 Mg) • 可加 濃食鹽水 使其還原而再生。 • MZ 2(s)+2 Na+ →M 2+ + 2 Na. Z(s) 圖 2 -9 硬水通過陽離子交換樹脂 節目錄

陽離子交換劑 • 泡沸石:有天然的亦有人 合成的。 • 有機樹脂:人 合成樹脂內含 鈉離子 的 容量比天然泡沸石大,且樹脂的種類很 多可供選擇。例如 磺酸化聚苯乙烯 ( sulfonated 陽離子交換劑 • 泡沸石:有天然的亦有人 合成的。 • 有機樹脂:人 合成樹脂內含 鈉離子 的 容量比天然泡沸石大,且樹脂的種類很 多可供選擇。例如 磺酸化聚苯乙烯 ( sulfonated polystyrene)為其中的一 型,原理和泡沸石相同。 2 RSO 3 Na + Ca 2+ →(RSO 3)2 Ca + 2 Na+ 節目錄

三、家庭用水的淨化 • 現今家庭用水最常見的淨化方法為逆滲 透 法 (Reverse Osmosis, RO)。 • 一般逆滲透淨水器是將自來水加壓流經 過 各種 半透膜 ,半透膜孔徑非常的細小, 三、家庭用水的淨化 • 現今家庭用水最常見的淨化方法為逆滲 透 法 (Reverse Osmosis, RO)。 • 一般逆滲透淨水器是將自來水加壓流經 過 各種 半透膜 ,半透膜孔徑非常的細小, 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、清潔 常見家用五道式逆滲透淨水器 劑分別濾去除而得純淨 的飲用水。 節目錄

滲透與逆滲透 • 滲透屬自然現象,以僅限水分子通過的 半 透膜隔開兩種不同濃度的水溶液,低濃 度 者的水分子通過半透膜的速率比高濃度 者 快即為滲透 (a),此時施加外力於高濃度 者,使水流至低濃度方的速度加快,即稱 為逆滲透 (b)。 圖 滲透與逆滲透 • 滲透屬自然現象,以僅限水分子通過的 半 透膜隔開兩種不同濃度的水溶液,低濃 度 者的水分子通過半透膜的速率比高濃度 者 快即為滲透 (a),此時施加外力於高濃度 者,使水流至低濃度方的速度加快,即稱 為逆滲透 (b)。 圖 1 -10 (a)滲透現象 (b)逆滲透現象 節目錄

四、海水資源 • 海洋是地球最大的水體,蘊含豐富 的 資源。 • 離子含量前五名: Cl- >Na+ > Mg 2+ > SO 四、海水資源 • 海洋是地球最大的水體,蘊含豐富 的 資源。 • 離子含量前五名: Cl- >Na+ > Mg 2+ > SO 42- >Ca 2+ • 業上常提煉:氯化鈉、溴及鎂。 圖 2 -11 海水中各離子含量百分比 節目錄

海水資源提煉 海水 苦滷 日 曬 鹵化物 提煉溴 提煉鎂 沉澱 圖 2 -12 台南七股鹽田 先析出 硫酸鈣 海水資源提煉 海水 苦滷 日 曬 鹵化物 提煉溴 提煉鎂 沉澱 圖 2 -12 台南七股鹽田 先析出 硫酸鈣 再析出 粗鹽 節目錄

提煉氯化鈉 粗鹽 加入 碳酸鈉 氯化鎂帶有苦味 氯化鈣具有潮解性 碳酸鎂 碳酸鈣 • 現代製鹽採用自動 化電透析法,以 供 全國使用。 氯化鈉 提煉氯化鈉 粗鹽 加入 碳酸鈉 氯化鎂帶有苦味 氯化鈣具有潮解性 碳酸鎂 碳酸鈣 • 現代製鹽採用自動 化電透析法,以 供 全國使用。 氯化鈉 圖 2 -13 含氯化鈣之除溼用品 電解水溶液 氯氣 氫氧化鈉 +氫 氣 節目錄

提煉鎂 • 鎂是海水中含量次多的金 屬陽離子,可用化學方法 從海水提取金屬鎂。 • 鎂與鋁做成的合金硬度大 且質量輕 ,常用於製造飛 機、飛彈及精密儀器等。 • 電解熔融態氯化鎂,可得 到金屬鎂。 Mg. 提煉鎂 • 鎂是海水中含量次多的金 屬陽離子,可用化學方法 從海水提取金屬鎂。 • 鎂與鋁做成的合金硬度大 且質量輕 ,常用於製造飛 機、飛彈及精密儀器等。 • 電解熔融態氯化鎂,可得 到金屬鎂。 Mg. Cl 2(l) → Mg(l)+Cl 2(g) 節目錄

提煉氯及溴 • 氯 :可由熔融態的食鹽電解而得,或由 濃食鹽水電解而得。 2 Na. Cl(l) → 2 Na(l) + Cl 2(g) 提煉氯及溴 • 氯 :可由熔融態的食鹽電解而得,或由 濃食鹽水電解而得。 2 Na. Cl(l) → 2 Na(l) + Cl 2(g) 2 Na. Cl(aq) +2 H 2 O → 2 Na. OH(aq)+H 2(g)+Cl 2(g) • 溴 :海水為弱鹼性,將苦滷酸化後通入 氯 氣,即可得紅棕色、有刺激性、揮 發 性的溴。 Cl 2(g) + 2 Br-(aq) → Br 2(l) +2 Cl- (aq) 節目錄

五、水汙染及其防治 • 水汙染種類主要可分為八類: 種類 主要來源 需氧廢料 植物營養素 有機化合物 家庭廢水、人與動物之排泄物 清潔劑、肥料 農藥、殺蟲劑、溶劑 無機化合物 懸浮物 傳染媒介 五、水汙染及其防治 • 水汙染種類主要可分為八類: 種類 主要來源 需氧廢料 植物營養素 有機化合物 家庭廢水、人與動物之排泄物 清潔劑、肥料 農藥、殺蟲劑、溶劑 無機化合物 懸浮物 傳染媒介 廢熱 含銅、汞、鉛、鎘等金屬化合物 空氣汙染、垃圾、塵埃 細菌、病毒 核電廠、 廠之高溫廢水排放 放射性物質 放射性廢棄物及其落塵 節目錄

需氧廢料 • 需氧廢料是指被分解時須消耗氧氣 的汙染物 。 • 需氧廢料的汙染程度通常以 生化需 氧量( BOD) 化學需氧量(COD) 或 來表示。 船隻漏油對生態環境造成汙染 需氧廢料 • 需氧廢料是指被分解時須消耗氧氣 的汙染物 。 • 需氧廢料的汙染程度通常以 生化需 氧量( BOD) 化學需氧量(COD) 或 來表示。 船隻漏油對生態環境造成汙染 圖 2 -14 廢水汙染 節目錄

生化需氧量(BOD) • 生化需氧量是指細菌在汙水中分解 廢料時,所消耗氧氣 之總量,生化需 氧量愈大,需氧廢料汙染情形愈嚴 重。 • 以 ppm(百萬分之一 )表示,1 ppm即為 每千克水中所含的需氧廢料全部被 微生物分解時,所消耗氧之毫克數。 生化需氧量(BOD) • 生化需氧量是指細菌在汙水中分解 廢料時,所消耗氧氣 之總量,生化需 氧量愈大,需氧廢料汙染情形愈嚴 重。 • 以 ppm(百萬分之一 )表示,1 ppm即為 每千克水中所含的需氧廢料全部被 微生物分解時,所消耗氧之毫克數。 節目錄

化學需氧量(COD) • 廢水中除了需氧廢料外,尚有微生 物不能分解的汙物,需以化學方法 處理 。 • COD的測定,是利用化學藥劑 (例 如二鉻酸鉀 )快速氧化汙水中的汙 染物 ,再將所加入的試劑量,換算為所 需的氧氣量。 化學需氧量(COD) • 廢水中除了需氧廢料外,尚有微生 物不能分解的汙物,需以化學方法 處理 。 • COD的測定,是利用化學藥劑 (例 如二鉻酸鉀 )快速氧化汙水中的汙 染物 ,再將所加入的試劑量,換算為所 需的氧氣量。 • COD≧BOD 節目錄

植物營養素 • 肥料或清潔劑中所含的硝酸鹽、 鉀鹽或磷酸鹽排入河川,使得河 中藻類大量繁殖,水中溶氧量降 低,影響魚、蝦、貝類的生存,此 現象稱為河川「 優養化 」。 圖 2 -16 河川嚴重優養化 節目錄 植物營養素 • 肥料或清潔劑中所含的硝酸鹽、 鉀鹽或磷酸鹽排入河川,使得河 中藻類大量繁殖,水中溶氧量降 低,影響魚、蝦、貝類的生存,此 現象稱為河川「 優養化 」。 圖 2 -16 河川嚴重優養化 節目錄

無機化合物 • 廠經常使用中金屬化合物、氰化 物 或砷化物等有毒物質,若為妥善 處理 表 2 -3 汙染物對人體的危害 ,將造成嚴重汙染。 無機化合物 對人體的危害 銅 腦部病變、肝硬化、肺癌 無機化合物 • 廠經常使用中金屬化合物、氰化 物 或砷化物等有毒物質,若為妥善 處理 表 2 -3 汙染物對人體的危害 ,將造成嚴重汙染。 無機化合物 對人體的危害 銅 腦部病變、肝硬化、肺癌 汞 影響中樞神經、腎臟、肝臟、 水俣病 鉛 破壞造血系統、中樞神經、腎臟 鎘 生長機能衰退、破壞腎臟、甲狀腺、 痛痛 病 砷 腸胃障礙、 烏腳病 氰化物 傷害腦部、心臟、甲狀腺腫 節目錄

廢熱 • 核電廠及 廠使用大量冷水降低 儀器設備溫度,排放 高溫 廢水 造 成附近河川或海洋中 溶氧量降低 , 流域水溫升高,嚴重影響生物生 存。例如墾丁南灣 核電廠排放冷 廢熱 • 核電廠及 廠使用大量冷水降低 儀器設備溫度,排放 高溫 廢水 造 成附近河川或海洋中 溶氧量降低 , 流域水溫升高,嚴重影響生物生 存。例如墾丁南灣 核電廠排放冷 卻水,造成附近珊瑚死亡 圖 2 -17 珊瑚白化 節目錄

水汙染的防治 • 防治: 預防 汙染物進入水中利用汙水 下 水道將汙水導入處理廠處理 。 圖 2 -18 汙水處理廠 圖源:臺北市政府 務局衛生下水道 程處提供 水汙染的防治 • 防治: 預防 汙染物進入水中利用汙水 下 水道將汙水導入處理廠處理 。 圖 2 -18 汙水處理廠 圖源:臺北市政府 務局衛生下水道 程處提供 節目錄

2 -3 大氣 一、大氣層的結構 二、大氣的組成 三、空氣中的物質及其循 環 四、大氣汙染 章目錄 2 -3 大氣 一、大氣層的結構 二、大氣的組成 三、空氣中的物質及其循 環 四、大氣汙染 章目錄

一、大氣層的結構 • 地球表面上空約 一千公里 內所覆 蓋的氣體稱為 大氣。 • 大氣的 99%都集中在地表 30公里 範圍。 動動腦 1. 一、大氣層的結構 • 地球表面上空約 一千公里 內所覆 蓋的氣體稱為 大氣。 • 大氣的 99%都集中在地表 30公里 範圍。 動動腦 1. 如果大氣層不存在,地球將會 變得怎樣? 2. 為什麼在高山上煮東西不容易 熟? 節目錄

大氣的分層 • 高度下而上分 別為: 對流層 、 平流層 、 中氣 層、 游離層 及 外氣層 五層。 大氣的分層 • 高度下而上分 別為: 對流層 、 平流層 、 中氣 層、 游離層 及 外氣層 五層。 節目錄

二、大氣的組成 • 地表附近的乾燥空氣組成比率因 時間、地區的不同而有差異,其 中以 二氧化碳 受環境因素影響最 大。 大氣的成分與用處 大氣成分 體積比 對生物的用處 氮氣( 2) 二、大氣的組成 • 地表附近的乾燥空氣組成比率因 時間、地區的不同而有差異,其 中以 二氧化碳 受環境因素影響最 大。 大氣的成分與用處 大氣成分 體積比 對生物的用處 氮氣( 2) N 78. 084% 維持植物生長 氧氣( 2) O 20. 946% 供給呼吸作用、幫助燃燒 氬氣( Ar) 0. 934% 可充入燈泡防止鎢絲氧化 二氧化碳(CO 2) 0. 033% 供給光合作用、造成溫室效 應 氦氣( He) 可充入氧氣筒以防止潛水 夫病 臭氧( ) O 0. 000055% 0. 000004% 抵擋紫外線輻射 節目錄

三、空氣中的物質及其循環 • 空氣中對流層所含的成分,歷 經多年均能保持一定比例,是 因自然界的循環作用使然。 • 空氣中與生物活動有關的循環 主要有 氮的循環 、 氧與二氧化 碳的循環 及 水的循環 三、空氣中的物質及其循環 • 空氣中對流層所含的成分,歷 經多年均能保持一定比例,是 因自然界的循環作用使然。 • 空氣中與生物活動有關的循環 主要有 氮的循環 、 氧與二氧化 碳的循環 及 水的循環 。 節目錄

氮氣的循環 雷電 氮化物的形成 氮 +氧 植物 氮氧化物 水 硝酸鹽 植物蛋白質 動物 動物蛋白質 分解成為氮 氣 氮氣的循環 雷電 氮化物的形成 氮 +氧 植物 氮氧化物 水 硝酸鹽 植物蛋白質 動物 動物蛋白質 分解成為氮 氣 氮化物 微生物 氮或氨 節目錄

氧氣與二氧化碳循環 節目錄 氧氣與二氧化碳循環 節目錄

水循環 • 自然界的水大部分以液態形式存 在 於海洋、河川及湖泊,少部分以 固 體形式存在冰河,極少量以氣體 形 式存在空氣中。 節目錄 水循環 • 自然界的水大部分以液態形式存 在 於海洋、河川及湖泊,少部分以 固 體形式存在冰河,極少量以氣體 形 式存在空氣中。 節目錄

氮氣(N 2) • 物性:無色、無臭、無味,不易溶於水 的氣體分子。沸點為 -195. 8℃ ,熔點為- 209. 86 ℃。 • 化性: 不活潑 氮氣(N 2) • 物性:無色、無臭、無味,不易溶於水 的氣體分子。沸點為 -195. 8℃ ,熔點為- 209. 86 ℃。 • 化性: 不活潑 、不可燃、不助燃,在空 氣中可以緩和氧氣過於活潑 的特 性。 節目錄

氮的製備 • 實驗室法: (1)用亞硝酸鈉和氯化銨的混合物 加熱 製取。 (2)純氮可純淨的空氣通過灼熱的銅 粉 (或銅絲網 )。 節目錄 氮的製備 • 實驗室法: (1)用亞硝酸鈉和氯化銨的混合物 加熱 製取。 (2)純氮可純淨的空氣通過灼熱的銅 粉 (或銅絲網 )。 節目錄

氮氣製備 氮氣的製備動畫 節目錄 氮氣製備 氮氣的製備動畫 節目錄

氮的製備 • 業法: 將空氣以高壓低溫液化成液態空氣, 再利用 氮氣的沸點 (-195. 8℃)比氧氣 (-182. 96℃)低 ,因此氮氣先沸騰,而 將空氣中的氮氣與氧氣分離。 節目錄 氮的製備 • 業法: 將空氣以高壓低溫液化成液態空氣, 再利用 氮氣的沸點 (-195. 8℃)比氧氣 (-182. 96℃)低 ,因此氮氣先沸騰,而 將空氣中的氮氣與氧氣分離。 節目錄

氮的用途 • 緩和氧的氧化作用。 • 純氮可充入燈泡以防止鎢絲氧化, 延長其壽命。 • 液態氮可作為冷卻劑。 • 製造 N 2 H 4(聯胺),用於火箭的燃料。 氮的用途 • 緩和氧的氧化作用。 • 純氮可充入燈泡以防止鎢絲氧化, 延長其壽命。 • 液態氮可作為冷卻劑。 • 製造 N 2 H 4(聯胺),用於火箭的燃料。 • 製作肥料(尿素)。 節目錄

氧氣(O 2) • 物性:無色、無味、無臭、的氣體, 液 態氧略呈藍色 ,沸點為- 182. 96 ℃,熔點為-218. 4℃。 • 化性:具助燃性、活潑 易與其他物反 氧氣(O 2) • 物性:無色、無味、無臭、的氣體, 液 態氧略呈藍色 ,沸點為- 182. 96 ℃,熔點為-218. 4℃。 • 化性:具助燃性、活潑 易與其他物反 應 ,金屬氧化物溶於水,可使水 溶 液呈鹼性,金屬氧化物溶於水, 則使水溶液呈酸性。 節目錄

氧氣的製備 • 實驗室法: (1)氯酸鉀 ( KCl. O 3) 粉末與 二氧化錳 ( Mn. O 2)混合加熱。 氧氣的製備 • 實驗室法: (1)氯酸鉀 ( KCl. O 3) 粉末與 二氧化錳 ( Mn. O 2)混合加熱。 2 KCl. O 3(s) 2 KCl(s) + 3 O 2(g) (2)將雙氧水加入二氧化錳催化即可製取。 2 H 2 O 2(aq) 2 H 2 O(l) +O 2(g)↑ 節目錄

氧氣的製備 • 業法: (1)液態空氣分餾 : 由於氧的沸點高於氮,可先將氮蒸 出, 剩餘者為氧。 (2)電解水 : 在陽極可得氧,其純度比由液態空 氣所 製得者高。 節目錄 氧氣的製備 • 業法: (1)液態空氣分餾 : 由於氧的沸點高於氮,可先將氮蒸 出, 剩餘者為氧。 (2)電解水 : 在陽極可得氧,其純度比由液態空 氣所 製得者高。 節目錄

氧氣的用途 • 可供生物呼吸 • 可幫助燃燒。 • 可製造氫氧吹管及炔氧吹管 以產生高溫火焰,用來焊接鐵 器、石英玻璃及截斷鋼板。 節目錄 氧氣的用途 • 可供生物呼吸 • 可幫助燃燒。 • 可製造氫氧吹管及炔氧吹管 以產生高溫火焰,用來焊接鐵 器、石英玻璃及截斷鋼板。 節目錄

二氧化碳(CO 2) • 物性:無色、無味、無臭,比空氣重 的氣體,固態時俗稱 乾冰 ,在 常壓下會直接昇華成氣體。 • 化性:不可燃、不助燃。 各種樣式的乾冰 節目錄 二氧化碳(CO 2) • 物性:無色、無味、無臭,比空氣重 的氣體,固態時俗稱 乾冰 ,在 常壓下會直接昇華成氣體。 • 化性:不可燃、不助燃。 各種樣式的乾冰 節目錄

二氧化碳的製備 • 實驗室法: 碳酸鹽類加酸製造,例如大理石與鹽 酸 作用即可放出二氧化碳。 鹽 Ca. CO 3(s) + 2 HCl(aq) → 二氧化碳的製備 • 實驗室法: 碳酸鹽類加酸製造,例如大理石與鹽 酸 作用即可放出二氧化碳。 鹽 Ca. CO 3(s) + 2 HCl(aq) → Ca. Cl 2(aq) + H 2 O(l) + CO 2(g) 酸 大 理 石 • 業法:將碳酸鈣高溫分解而得。 Ca. CO 3(s) Ca. O(s) +CO 2(g) 節目錄

二氧化碳的用途 • 可供製造滅火器。 • 可製作清涼飲料,如汽水、啤酒、 香 檳酒等。 • 乾冰可作冷卻劑及舞台煙幕用。 節目錄 二氧化碳的用途 • 可供製造滅火器。 • 可製作清涼飲料,如汽水、啤酒、 香 檳酒等。 • 乾冰可作冷卻劑及舞台煙幕用。 節目錄

惰性氣體 • 包含 氦 、 、 、 等六種氣 氖 氬 氪 氙 氡 體,化性極不活潑,在正常情況下不 惰性氣體 • 包含 氦 、 、 、 等六種氣 氖 氬 氪 氙 氡 體,化性極不活潑,在正常情況下不 與其他物質反應。 • 在生活中常見的為: (1)氦 :密度僅次於氫氣,不易燃,可用 於填裝飛船或氣球;可用來稀釋 潛水用的氧氣,防止潛水夫病。 (2)氖 :可填入燈管,製造廣告招牌用 的 紅色霓虹燈。 (3)氬 :可作燈泡中的填充氣體,以防 節目錄 止

四、大氣汙染 • 大氣汙染主要來源為 業汙染、家 庭 汙染及交通運輸汙染。 大氣汙染 業汙染 碳氧化物 硫氧化物 氮氧化物 有機物 CO、 2 四、大氣汙染 • 大氣汙染主要來源為 業汙染、家 庭 汙染及交通運輸汙染。 大氣汙染 業汙染 碳氧化物 硫氧化物 氮氧化物 有機物 CO、 2 CO SO 2、 3 SO 塵埃 NOX Cx. Hy、 CFCs冷媒 節目錄

碳氧化物 • 主要來源:化石燃料 燃燒。 • CO: 與血紅素作用造成缺氧, 使人中毒。 • CO 2: 吸收紅外光,減少地表熱能逸散 ,造成溫室效應。 太陽 碳氧化物 • 主要來源:化石燃料 燃燒。 • CO: 與血紅素作用造成缺氧, 使人中毒。 • CO 2: 吸收紅外光,減少地表熱能逸散 ,造成溫室效應。 太陽 短波紅外線 • 防治:加裝觸媒轉換器 (太陽發射) ,減少使用化石 燃料、多種植樹 部分逃逸 空氣中的 CO 地球表面 木。 2 長波紅外線 (地球表面所反射) 節目錄

硫氧化物 • 主要來源:化石燃料燃燒及製硫酸 廠。 • SO 2 、 3 :具 SO 刺激性氣味 ,對人體有害 ;溶於水造成酸雨 硫氧化物 • 主要來源:化石燃料燃燒及製硫酸 廠。 • SO 2 、 3 :具 SO 刺激性氣味 ,對人體有害 ;溶於水造成酸雨 ,影響植 物生長、侵蝕建築物及 廠 設備。 • 防治:以石灰或碳酸鈣吸 收作用後再排放廢 氣。 被酸雨腐蝕的雕像 節目錄

氮氧化物 • 主 要來源:空氣中的氮氣在高溫內燃 機 與氧氣反應。 • NO: 與血紅素作用造成缺氧, 使人中 毒 , 破壞臭氧層。 • 氮氧化物 • 主 要來源:空氣中的氮氣在高溫內燃 機 與氧氣反應。 • NO: 與血紅素作用造成缺氧, 使人中 毒 , 破壞臭氧層。 • NOX: 對人體呼吸道有害,形成 酸 雨 與 隔熱材料 N 外殼 光化學煙霧。 CO • 防治:加裝觸媒轉換器。 H O 2 2 2 NOx、CO、 碳氫化合物、O 2 鉑銠合金 節目錄

有機化合物 • 來源:腐爛生物體及汽機車燃燒不完 全所致。 • 影響:易被懸浮微粒吸附形成 光化學 煙 霧。芳香烴類化合物有 毒性 , 容 易 致癌。 有機化合物 • 來源:腐爛生物體及汽機車燃燒不完 全所致。 • 影響:易被懸浮微粒吸附形成 光化學 煙 霧。芳香烴類化合物有 毒性 , 容 易 致癌。 • 防治:加裝觸媒轉換器。 節目錄

氟氯碳化物 • 來源:冷媒,擴散至平流層會產生光 分 解反應,其產物會 破壞臭氧層 ( 南 極上空已有破洞 )。 • 防治:已禁止使用,目前以其他冷媒 取 代,例如氫氟碳化物 氟氯碳化物 • 來源:冷媒,擴散至平流層會產生光 分 解反應,其產物會 破壞臭氧層 ( 南 極上空已有破洞 )。 • 防治:已禁止使用,目前以其他冷媒 取 代,例如氫氟碳化物 CH 2 FCF 3 ( HFC— 134 a)。 節目錄

塵埃與懸浮微粒 • 自然形成:沙塵暴 ,主要是含矽的無機物。 • 人為形成: 廠及汽機車排放 廢氣 ,含有碳、 氮、硫的氧化物及烴類。 • 影響 :為 光煙霧 塵埃與懸浮微粒 • 自然形成:沙塵暴 ,主要是含矽的無機物。 • 人為形成: 廠及汽機車排放 廢氣 ,含有碳、 氮、硫的氧化物及烴類。 • 影響 :為 光煙霧 核心,表面會附著有害物質。 • 防治 :靜電 或 濕式集塵 設備。 節目錄

空氣汙染指數 • Pollutant Standard Index 縮寫為 PSI, 我們譯為空氣汙 染指數。 空氣汙 染指標( PSI) 對健康 的影響 空氣汙染指數 • Pollutant Standard Index 縮寫為 PSI, 我們譯為空氣汙 染指數。 空氣汙 染指標( PSI) 對健康 的影響 0~ 50 良好 • 計算:測量當日空氣中的 PM 10 51~ 100 ( 10微米以下之 懸浮微 101~ 199 粒 )、 二氧化硫 、 二氧 化氮 、 一氧化碳 及 臭氧 200~ 299 等汙染物的含量,並換 300以上 算成副指標值。 狀態 圖示 普通 不良 非常不良 有害 節目錄

空氣汙染產生影響 • 溫室效應 (Green house effect) : 2 會 吸收 CO 紅 外線 ,減少了地表熱能的散逸。 空氣汙染產生影響 • 溫室效應 (Green house effect) : 2 會 吸收 CO 紅 外線 ,減少了地表熱能的散逸。 • 酸雨:因硫 或 氮氧化物 溶於雨水中,造成 雨 水的酸性太大 ( PH< 5. 0 )。 • 臭氧層破壞:NO與 氟氯碳化物。 • 光化學煙霧:NO與 有機物 在空氣中經光 化學 反應產生新汙染物質,由於 節目錄 地

空氣汙染的防治 • 控制汙染源: – 廠:靜電除塵設備。 – 汽車:觸媒轉換器。 • 減少使用化石燃料,使 用替代能源,發展電動 汽機車,搭乘大眾交通 具,保護雨林,多種植 樹木。 • 空氣汙染的防治 • 控制汙染源: – 廠:靜電除塵設備。 – 汽車:觸媒轉換器。 • 減少使用化石燃料,使 用替代能源,發展電動 汽機車,搭乘大眾交通 具,保護雨林,多種植 樹木。 • 建立各種汙染物的測定 和分析。 節目錄

2 -4 土壤 一、土壤主成分與分 層 二、土壤汙染及防治 章目錄 2 -4 土壤 一、土壤主成分與分 層 二、土壤汙染及防治 章目錄

一、土壤主成分與分層 • 土壤是地球表面的岩石經長時間風化 等複雜過程而形成的疏鬆表層。 • 土壤形成的過程中會隨著地面上 氣候 、 地質 、 生物 、 作用時間 等因素的不同 一、土壤主成分與分層 • 土壤是地球表面的岩石經長時間風化 等複雜過程而形成的疏鬆表層。 • 土壤形成的過程中會隨著地面上 氣候 、 地質 、 生物 、 作用時間 等因素的不同 而一直改變其成分種類與含量多寡, 而一般土壤內含有礦 物質、腐植質、 微生物、水分、 空氣等成分。 45% 碎屑、礦物質、黏土、岩石 5% 腐植質、微生物 25% 空氣 25% 水分  圖 2 -26 土壤成分與含量 節目錄

土壤的主成分 • 地殼中主要的成分元素依含量大小 分別 為氧 (O)、矽(Si)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鈣 (Ca)等。 • 岩石中含量最多的礦物為矽酸鹽類 (Si. O 44- ),常見的石英、長石即是其 中一種。 土壤的主成分 • 地殼中主要的成分元素依含量大小 分別 為氧 (O)、矽(Si)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鈣 (Ca)等。 • 岩石中含量最多的礦物為矽酸鹽類 (Si. O 44- ),常見的石英、長石即是其 中一種。 =Si =O 節目錄

土壤的分層 形成 時間 土 壤 顏 色 風 化 程 度 主要 內容物 中 土壤的分層 形成 時間 土 壤 顏 色 風 化 程 度 主要 內容物 中 深 大 有機質 聚積較 多 晚 中 中 早 淺 小 氯化鐵、氧化鋁 、黏土等礦物 大部分是半風 化 的 岩屑 表土 心土 底層 節目錄

土壤汙染與防治 • 商業的發展使得愈來愈多的含毒物質 隨著空氣、河水、廢棄物汙染了土壤,滲 入地下水中或被植物吸收,進而被動物或 人類食用,危害生態環境與人體健康。 • 防止土壤汙染的有效方法是將各種汙染 源回收,並集中由專業人員處理。 • 4 R: 減量 使用 土壤汙染與防治 • 商業的發展使得愈來愈多的含毒物質 隨著空氣、河水、廢棄物汙染了土壤,滲 入地下水中或被植物吸收,進而被動物或 人類食用,危害生態環境與人體健康。 • 防止土壤汙染的有效方法是將各種汙染 源回收,並集中由專業人員處理。 • 4 R: 減量 使用 (reduce)、 重複 使用 (reuse) 、 回收 再生 (recycle)、 再製造 (regenerate),以減少水、空氣、土 壤汙染的機會 。 節目錄




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