下列有關氧氣的敘述,何者錯誤?
詳細解析
本題觀念
本題把人體氧氣消耗、自然界氧氣來源、液態氧的物理性質,以及居家氧氣製造機放在一起比較。解題時要先把「每分鐘使用量」、「每天累積量」和「氣體重量」分開,避免看到很大的數字就直接判斷。正常成人在休息狀態的氧氣消耗量約為 250 mL/min,換算 24 小時約 360 L;即使換算成氧氣重量,也大約只有半公斤上下,不可能是 20 kg。
其餘三項分別對應三個可由基礎科學與呼吸照護設備理解的事實。產氧型光合作用由植物、藻類及藍綠菌利用光能,把水與二氧化碳轉成有機物,並釋放分子氧;液態氧在一大氣壓下的正常沸點約為攝氏零下 182.9 度;居家氧氣製造機則從室內空氣中選擇性移除氮氣,留下富氧氣體供病人使用。因此,這題的錯誤敘述不是氧氣來源、溫度或設備原理,而是把正常每日耗氧量誇大到 20 kg。
選項分析
A.正常人每天需消耗 20 kg 的氧氣:錯誤,為本題答案。 靜息成人氧氣消耗量常以 VO₂ 約 250 mL/min 表示。以 250 mL/min × 60 分鐘 × 24 小時計算,每天約消耗 360 L 氧氣;以標準狀態下氧氣約 1.4 g/L 的量級估算,重量約 0.5 kg,而不是 20 kg。20 kg 相當於遠超過正常基礎代謝所需的氣體量,和生理數值不符。運動、發燒或重症會提高耗氧量,但不能把正常人的每日需求推高到此數字。
B.自然界的氧氣主要由光合作用產生:正確。 產氧型光合作用由陸地植物、海藻及藍綠菌進行,利用光能將水和二氧化碳轉換成有機物,同時釋放 O₂。海洋中的浮游植物對全球氧氣循環占有重要地位,因此不能只把氧氣來源理解成陸地森林。這個敘述談的是自然界分子氧的主要生成途徑,符合基本生物學與環境科學。
C.氧氣液化的溫度為攝氏零下 182.9 度:正確。 更精確地說,在約一大氣壓下,氧氣的正常沸點約為 90.2 K,換算為攝氏約 −182.9°C。低於此溫度時,氧氣可維持液態;高於此溫度則會在該壓力下轉為氣態。實際相變溫度會隨壓力改變,但考試採用的是一大氣壓下的標準物理常數,所以 C 的數值正確。
D.居家氧氣製造機利用 zeolite 吸收氮氣,多數可提供每分鐘 1~5 公升:正確。 氧氣製造機以壓力擺動吸附(pressure swing adsorption, PSA)運作,讓空氣通過含 zeolite 的吸附床;氮氣較容易被吸附,氧氣及部分其他氣體則通過,經循環後產生富氧氣體。居家固定式機器常提供低流量連續輸出,常見範圍可落在約 1~5 L/min,實際流量與氧濃度仍依機型及設定而定。
答案解析
A 的問題在於數量級錯誤。正常靜息 VO₂ 約 250 mL/min,乘上一天 1440 分鐘約為 360 L;若換成重量,約為 0.5 kg 左右,而非 20 kg。B 所說的產氧型光合作用是自然界分子氧的重要來源;C 的 −182.9°C 是一大氣壓下氧氣的正常沸點,亦即常用的液化相關標準溫度;D 則正確描述了以 zeolite 選擇性吸附氮氣的 PSA 氧氣製造機及常見居家流量。因此錯誤敘述為 A.正常人每天需消耗 20 kg 的氧氣,本題依公告答案 A。
核心知識點
- 正常靜息成人 VO₂ 約 250 mL/min,約 360 L/day,換算氧氣重量約 0.5 kg;判斷數值時要先做單位換算。
- 產氧型光合作用由植物、藻類及藍綠菌釋放 O₂,是自然界氧氣循環的重要來源。
- 氧氣在一大氣壓下的正常沸點約 90.2 K,也就是攝氏 −182.9°C;相變溫度需註明壓力條件。
- 居家氧氣製造機常以 PSA 運作,利用 zeolite 優先吸附氮氣,使輸出氣體富含氧氣。
- 氧氣製造機的 L/min 是輸出流量,不能直接當成氧氣每日總量;評估設備時還要看氧濃度、連續或脈衝輸出、機型限制與病人的處方需求。