燃燒範圍是研判物質物性之重要因素，今有某液化石油氣，其成分為丙烷（C3H8 ）40%燃燒範圍為 2.4%~9.5%、丁烷（C4H10）60%燃燒範圍為 1.8%~8.4%，試求該液化石油氣之燃燒下限為何？

本題考點

以勒沙特列（Le Chatelier）混合氣體燃燒界限公式，求液化石油氣的燃燒下限。

正解理由

混合可燃氣體的燃燒下限可由勒沙特列公式求得，其形式為 100／L＝V1／L1＋V2／L2，式中 V 為各成分所佔體積百分比，L 為各成分單獨存在時的燃燒下限。丙烷佔 40％、下限 2.4％，丁烷佔 60％、下限 1.8％，代入後得 L＝2％，故選 A。

逐項排除

1. (A)

   依勒沙特列公式計算所得之混合氣燃燒下限為 2％，為正確答案。

2. (B)

   若把兩成分的燃燒下限直接相加會得到 4.2％，接近本選項的 4％，但混合氣的下限並非各成分下限之和。

3. (C)

   若把公式套用在兩成分的燃燒上限 9.5％與 8.4％，得 100／U＝40／9.5＋60／8.4≒11.35，U≒8.81％，那是混合氣的燃燒上限，不是下限。

4. (D)

   17.62％恰為 8.81％的兩倍，仍是由上限計算再加倍而來，與下限的求法無關。

演算步驟

1. 公式：100／L＝V1（％）／L1（％）＋V2（％）／L2（％）。
2. 代入：100／L＝40／2.4＋60／1.8。
3. 分項計算：40／2.4＝16.67；
4. 60／1.8＝33.33。
5. 相加：16.67＋33.33＝50.00。
6. 求解：L＝100／50.00＝2.0（％）。

記憶點

勒沙特列公式是處理混合可燃氣體燃燒界限最常用的經驗式，形式為 100／L＝V1／L1＋V2／L2＋…＋Vn／Ln，其中 Vi 為各可燃成分在混合氣中所佔的體積百分比且總和為 100，Li 為該成分單獨存在時的燃燒界限。它的物理意涵是把「達到燃燒界限」視為各成分各自貢獻一部分可燃性，貢獻度與該成分自身的界限成反比，加總達到臨界值時，混合氣正好落在界限上。

使用時有三個常見陷阱。第一，上限與下限要分開算，求下限時每一項都代下限值，求上限時每一項都代上限值，不可混用；本題若把上限 9.5％與 8.4％代入，會得到約 8.81％，那是混合氣的燃燒上限。第二，體積百分比必須以可燃成分為基礎歸一化，若混合氣中另含氮氣、二氧化碳等不燃成分，須先扣除或依含惰性氣體的修正方式處理。第三，公式使用的是體積百分比，與以質量分率表示的組成不可直接代換。

數值感的檢查方式很好用：混合氣的燃燒下限必定落在各成分下限的最小值與最大值之間。本題丙烷下限 2.4％、丁烷下限 1.8％，算出的 2.0％確實介於 1.8％與 2.4％之間，且因丁烷佔比較高而偏向丁烷側。算完先用這個區間檢查一次，可以立刻排除明顯落在區間外的選項。

易混淆概念對照：燃燒界限與閃火點都用來描述可燃性，但前者是濃度條件、後者是溫度條件；液化石油氣以丙烷、丁烷為主成分，燃燒範圍相對窄，與燃燒範圍極寬的乙炔、氫氣形成對比，命題時常放在同一組選項中比較。此外燃燒下限受溫度上升、壓力上升的影響而略微下降，燃燒上限則明顯上升，範圍因而變寬。

延伸考點：同一組數值可再帶出危險度的計算，危險度 H＝(燃燒上限−燃燒下限)／燃燒下限。本題混合氣上限約 8.81％、下限 2％，危險度約 3.4，可用來與其他氣體作相對危險性的比較，這是燃燒界限題最常見的延伸問法。