燃燒塔每分鐘需消耗 5.8 kg 之丁烷（C4H10），請估算在 NTP（25℃，1 大氣壓）之條件下，此燃燒塔每小時所需之燃燒理論空氣體積（LV）約為下列何者？

本題考點

由完全燃燒反應式求理論空氣量，並以 NTP 條件下的莫耳體積換算成體積流量。

正解理由

丁烷完全燃燒式為 C₄H₁₀＋6.5O₂→4CO₂＋5H₂O，每 1 莫耳丁烷需 6.5 莫耳氧；空氣中氧約占 21%，理論空氣量即理論氧量除以 0.21。以丁烷分子量 58 g/mol 換算莫耳流量，再套 NTP（25℃、1 atm）莫耳體積 24.45 L/mol，得每小時約 4540 m³，故選 C。

逐項排除

1. (A)

   1250 m³：此空氣量僅夠燃燒約 1.6 kg/min 的丁烷，與題給燃料量不符。

2. (B)

   3600 m³：對應約 4.6 kg/min 的丁烷，仍低於題給的 5.8 kg/min。

3. (C)

   4540 m³：與反應式配平後求得的理論空氣量一致，正確。

4. (D)

   5600 m³：對應約 7.2 kg/min 的丁烷，超出題給燃料量。

演算步驟

1. n＝5800 g/min÷58 g/mol＝100 mol/min → O₂＝100×6.5＝650 mol/min → 空氣＝650÷0.21≈3095 mol/min → 每小時 3095×60≈185700 mol → V＝185700 mol×24.45 L/mol≈4540000 L＝4540 m³。

記憶點

理論空氣量的計算有固定套路：先寫出完全燃燒反應式並配平，碳全部變二氧化碳、氫全部變水；碳氫化合物 CₘHₙ 所需氧莫耳數即 m＋n/4，丁烷 C₄H₁₀ 代入得 4＋10/4＝6.5，正是本題係數的由來。接著除以空氣中氧的體積分率 0.21 得理論空氣莫耳數，最後乘莫耳體積換成體積。

莫耳體積是本題最容易失分的地方：STP（0℃、1 atm）為 22.4 L/mol，NTP（25℃、1 atm）則由理想氣體方程式 V＝RT/P＝0.082×298÷1≈24.45 L/mol。題目寫明 25℃ 卻習慣性套 22.4，答案會偏低約 9%，剛好落在另一個選項附近，這是命題者設下的陷阱。

質量法也要會：每 58 公克丁烷需氧 6.5×32＝208 公克，空氣含氧質量分率約 23.2%，故需空氣約 897 公克，理論空燃比約 15.5，與汽油的 14.7 同一量級，可互相參照記憶。

單位換算的路徑要走順：質量流量除以分子量得莫耳流量，莫耳流量乘化學計量係數得氧莫耳流量，除以 0.21 得空氣莫耳流量，乘莫耳體積得體積流量，最後把公升除以 1000 換成立方公尺、每分鐘乘 60 換成每小時。本題最後一步 185700 mol×24.45 L/mol≈4.54×10⁶ L，正好是 4540 m³，若忘了乘 60 會只剩約 75.7 m³，數量級一看就知道錯。

延伸考點：實際燃燒器不會剛好用理論空氣量，過剩空氣率與空氣比（實際空氣量／理論空氣量）是常見的計算延伸，空氣比大於 1 為貧油燃燒、小於 1 為濃油燃燒而易生一氧化碳與煙。丁烷屬液化石油氣主成分之一，比重大於空氣而易在低處滯留，其爆炸範圍約 1.8% 至 8.4%，與理論混合比對照可看出完全燃燒濃度落在爆炸範圍中段偏低處，這也是為何燃燒塔須維持穩定供風的原理。