若乙烷的燃燒熱為 350 kcal/mole，依據 Burgess-Wheeler 法則，下列何者最為接近乙烷的燃燒下限？

本題考點

Burgess-Wheeler 法則——碳氫化合物的燃燒下限與莫耳燃燒熱之乘積近似為一定值（約 1,050 kcal/mole）。

正解理由

依 Burgess-Wheeler 法則，常溫常壓下烷類等碳氫化合物的燃燒下限 LFL（體積百分比）與其莫耳燃燒熱 ΔHc 的乘積約為定值，即 LFL × ΔHc ≒ 1,050 kcal/mole。題給乙烷燃燒熱 350 kcal/mole，代入得 LFL ≒ 1,050 ÷ 350 = 3.0%，四個選項中以 3.0% 最接近，故選 B。

逐項排除

1. (A)

   2.5% 反推燃燒熱約 420 kcal/mole，與題給的 350 kcal/mole 不符；2.5% 較接近乙炔的實測燃燒下限。

2. (B)

   正確。1,050 ÷ 350 = 3.0，且乙烷實測燃燒下限約 3.0%，理論值與實測值相符，是本法則吻合度極佳的例子。

3. (C)

   3.8% 反推燃燒熱僅約 276 kcal/mole，係把定值誤記為 1,000 以下或運算時取錯位數，與乙烷的燃燒熱不合。

4. (D)

   4.5% 反推燃燒熱約 233 kcal/mole，已落在甲烷（約 210 kcal/mole、下限約 5%）的量級，屬碳數更少的分子。

記憶點

Burgess-Wheeler 法則是燃燒學少數可直接心算的經驗式，其背後想法是「火焰能否自我傳播，取決於單位體積混合氣燃燒後能否把前方未燃氣體加熱到著火溫度」。在下限濃度時，這個熱量剛好卡在臨界，因此不論分子種類為何，下限濃度乘上該分子的燃燒熱都會逼近同一個數字。以 kcal 表示約 1,050 kcal/mole，換算成 SI 單位約 4,400 kJ/mole，兩種數字都可能在題目中出現，要能互換。

驗算幾個常見氣體即可看出準確度：甲烷燃燒熱約 210 kcal/mole，1,050 ÷ 210 = 5.0%，實測燃燒下限正是 5%；丙烷約 490 kcal/mole，得 2.14%，實測約 2.1%；丁烷約 635 kcal/mole，得 1.65%，實測約 1.8%。可見碳數越多、分子越大，燃燒熱越高、燃燒下限越低，這也是「重烴氣體外洩更危險」的量化解釋。但法則對氫氣、乙炔、一氧化碳等結構特殊的分子偏差較大，作答時應限用於烷類與一般碳氫化合物。

與之配套的還有兩個公式。其一是溫度修正：LFL 隨溫度上升而下降，近似式為 LFL(T) = LFL(25℃) × [1 − (T − 25) ÷ 1,300]，說明火場高溫下原本濃度不足的氣體也可能落入可燃範圍。其二是混合氣體的勒沙特列公式：混合氣燃燒下限 L = 100 ÷ Σ（C_i ÷ L_i），C_i 為各成分佔可燃氣總量的百分比、L_i 為各成分的燃燒下限，是計算複合燃料危險性的標準工具。相關考點包括由燃燒熱推燃燒下限、由下限反推燃燒熱、以及燃燒範圍隨溫度與壓力變化的方向判斷。