要使 1 kg 之乙炔完全燃燒，在標準狀態下，其所需之空氣容積為多少？

本題考點

乙炔完全燃燒的化學計量式，以及由理論氧量換算理論空氣容積。

正解理由

乙炔完全燃燒的平衡式為 C₂H₂＋2.5O₂ → 2CO₂＋H₂O，每 1 莫耳乙炔需 2.5 莫耳氧；空氣中氧約占體積的 21%，理論空氣莫耳數即氧莫耳數除以 0.21。乙炔分子量 26 g/mol，1 kg 為 38.46 莫耳，依序得氧 96.15 莫耳、空氣 457.9 莫耳，乘以標準狀態每莫耳 22.4 公升，得 10257 公升即 10.26 m³，故選 C。

逐項排除

1. (A)

   7.82 m³ 所含氧約 73.3 莫耳，不足所需的 96.15 莫耳。

2. (B)

   8.34 m³ 所含氧約 78.2 莫耳，同樣低於理論氧量。

3. (C)

   10.26 m³ 與依化學計量式逐步代入所得的 10257 公升相符，為正解。

4. (D)

   9.62 m³ 所含氧約 90.2 莫耳，仍未達 96.15 莫耳。

演算步驟

1. 乙炔莫耳數 n＝1000 g ÷ 26 g/mol＝38.46 mol
2. 理論氧量 n(O₂)＝38.46 mol × 2.5＝96.15 mol
3. 理論空氣量 n(air)＝96.15 mol ÷ 0.21＝457.9 mol
4. 容積 V＝457.9 mol × 22.4 L/mol＝10257 L＝10.26 m³

記憶點

理論空氣量的計算是燃燒學的基本題型，流程固定，關鍵在三個數字不能記錯：乙炔分子量 26、空氣含氧體積比 21%、標準狀態下理想氣體莫耳體積 22.4 L/mol。配平時依碳、氫、氧的順序處理：兩個碳配 2CO₂，兩個氫配 1H₂O，右側共 5 個氧原子，故左側需 2.5 個 O₂ 分子；若不喜歡分數，可整式乘二寫成 2C₂H₂＋5O₂ → 4CO₂＋2H₂O，結果相同。

空氣組成的兩個比例要分清楚：以體積計氧約占 21%、氮約占 79%；以質量計氧約占 23.2%。題目問容積就用體積比 21%，問質量才用 23.2%，混用是常見失分點。莫耳體積亦然，標準狀態指 0℃、一大氣壓，每莫耳 22.4 公升；若題目改成常溫 25℃，則應改用約 24.5 L/mol，數值會隨之放大。實際燃燒還須考慮空氣比，也就是實際供氣量與理論空氣量之比值，供氣不足會產生一氧化碳與煙粒等不完全燃燒生成物，這也是火場毒性氣體的來源。

乙炔本身的燃燒特性常一併入題：燃燒範圍極寬，約自 2.5% 至 81%，屬於爆炸界限最寬的一族氣體之一；與氧混合燃燒的火焰溫度可達三千度以上，故用於切割熔接。它另有一項特殊性質是在高壓下可自行分解放熱，即使沒有氧氣也能引發分解爆炸，因此鋼瓶內須以多孔性物質吸附丙酮再溶解乙炔儲存，並限制使用壓力。

延伸考點：同型題常改問甲烷、丙烷、乙醇的理論空氣量，或改問燃燒生成的二氧化碳容積、改問混合氣體的燃燒下限並套用勒沙特列公式，計算骨架完全相同。