R3年 大気概論 問6(光化学オキシダント)

問題

光化学オキシダントの主成分であるオゾン(O3)の生成を促進する反応として, 誤っているものはどれか。

  1. VOC とヒドロキシルラジカル(OH),O2 の反応を経由して,アルキルパーオキシラジカル(RO2)が生成する。
  2. RO2 から生成するアルデヒドを経由して,パーオキシアセチルナイトレート(PAN)が生成する。
  3. 光分解反応により,二酸化窒素から酸素原子が生成する。
  4. RO2 との反応により,一酸化窒素から二酸化窒素が生成する。
  5. HO2 との反応により,一酸化窒素から二酸化窒素が生成する。

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解答

(2)

解説

VOCなしの状態

NO2は太陽光を受けて、NOとOに分解します。

NO_2+太陽光→NO +O \tag{1}

Oは直ちにO2と反応してO3を生成します。

O+O_2→O_3 \tag{2}

O3はNOと反応して、NO2とO2を生成します。

O_3+NO→NO_2+O_2 \tag{3}

この3つの反応がバランスしてNO、NO2、O3は一定濃度になります。

VOCありの場合

上記の状況にVOCが追加された場合を考えます。VOCからはRO2やHO2といった物質が生成します。 VOC+OH、NO_3等、O_2、O_3→RO_2 \tag{4}

VOC +OH、O_2、H_2O→HO_2 \tag{5}

このRO2・HO2がNOと反応して、RO・HOとNO2が生成されます。

RO2+NO→RO+NO2 \tag{6}

HO2+NO→HO+NO2 \tag{7}

(6)(7)の反応が進行するとNO2が多く発生し、(1)の反応が促進され、Oが増大します。 その結果、(2)の反応も促進され、O3が増大します。 O3が増大しても、NOは(6)(7)の反応で消費されるため、(3)の反応は促進されず、O3は消費されません。 その結果、O3がどんどん増えることになります。

関連反応

(6)の反応で生成したROはその後アルデヒド(RCHO)やPANを生成していきます。 RO→アルデヒド(RCHO)→PAN \tag{8}

解説

(1): 反応式(4)の内容であり、これはオゾン生成を促進しているので、正しいです。

(2): 反応式(8)の内容ですが、これはオゾン生成に寄与していないので、誤りです。

(3): 反応式(1)の内容であり、これはオゾン生成を促進しているので、正しいです。

(4): 反応式(6)の内容であり、これはオゾン生成を促進しているので、正しいです。

(5): 反応式(7)の内容であり、これはオゾン生成を促進しているので、正しいです。

解説作成に当たり、以下のページを参考にしました。

https://www.env.go.jp/air/osen/voc/17semi_mat/full.pdf

https://www.env.go.jp/earth/coop/coop/materials/02-apctmj1/02-apctmj1-042.pdf

https://kozu-osaka.jp/cms/wp-content/uploads/2020/03/86eac587dcef3b57d6227ed8aea13cca.pdf

解説記事

zoron.hatenablog.com

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