請指出下列何種氣體的比重小於 1？

本題考點

氣體比重（蒸氣密度）的計算與常見燃氣的比重大小，判斷洩漏後是上浮還是滯留於低處。

正解理由

氣體比重是該氣體密度與同溫同壓下空氣密度之比值。依亞佛加厥定律，同溫同壓下同體積氣體含有相同莫耳數，因此氣體比重可用分子量之比估算，即比重約等於該氣體分子量除以空氣的平均分子量二十九。液化天然氣的主成分為甲烷，分子量十六，十六除以二十九約為零點五五，小於一，洩漏氣化後會向上浮升並蓄積於天花板附近。故選 C。

逐項排除

1. (A)

   乙烷分子量三十，三十除以二十九約為一點○三，大於一，屬比空氣重的氣體。

2. (B)

   丙烷分子量四十四，四十四除以二十九約為一點五二，明顯大於一，洩漏後沿地面流動。

3. (C)

   正確。液化天然氣主成分甲烷分子量十六，比重約零點五五，小於一。

4. (D)

   液化石油氣主成分為丙烷與丁烷，丁烷分子量五十八，比重約二點○，其混合氣體比重約在一點五至二之間，大於一。

記憶點

氣體比重的推導來自理想氣體狀態方程式 PV＝nRT。同溫同壓下，密度 ρ＝PM／RT，其中 M 為分子量，故兩種氣體的密度比即等於分子量比。空氣以氮氣約百分之七十八、氧氣約百分之二十一計算，平均分子量約二十九，於是氣體比重≒M／29 這個估算式就成立了。

常見氣體比重對照：氫（M＝2）約零點○七、甲烷（16）約零點五五、乙炔（26）約零點九○、一氧化碳（28）約零點九七、乙烷（30）約一點○三、丙烷（44）約一點五二、丁烷（58）約二點○○、二氧化碳（44）約一點五二。比一小的往上、比一大的往下，接近一的則容易隨氣流四處擴散。

易混淆概念對照：液化天然氣與液化石油氣是本題的關鍵對照組。前者主成分甲烷，以攝氏零下一百六十二度左右的低溫液化儲存，氣化後比空氣輕；後者主成分丙烷與丁烷，以加壓方式液化儲存，氣化後比空氣重。另外要注意「液體比重」與「氣體比重」的基準不同：液體比重以水為一，液化天然氣的液體比重約零點四二至零點四七，同樣小於一但那是相對於水，本題問的是氣體，基準是空氣。

延伸考點：比重決定了洩漏後的行為，也決定了偵測與通風的位置。比空氣輕的燃氣洩漏後蓄積於天花板附近與屋頂空間，警報裝置與通風開口設在高處才有意義；比空氣重的燃氣則沿地面流動、滯留於地下室、排水溝與坑洞，警報裝置設在接近地面處。火災學另一個常一起考的性質是爆炸界限：甲烷約百分之五至十五、丙烷約百分之二點一至九點五，界限下限愈低、範圍愈寬者，形成爆炸性混合氣的機會愈大。