已知乙烷、乙烯、乙炔的發火能量分別為 a、b、c，則 a、b、c 的大小關係為：

本題考點

最小發火能量與分子結構之關係——碳氫化合物不飽和度愈高,引燃所需之最小能量愈低。

正解理由

乙烷為飽和烴(碳碳單鍵)、乙烯含碳碳雙鍵、乙炔含碳碳參鍵。不飽和鍵活性高,起始鏈鎖反應所需之活化能較低,故最小發火能量依序遞減:乙烷約 0.25 mJ、乙烯約 0.07 mJ、乙炔約 0.019 mJ,即 a>b>c,故選 A。

逐項排除

1. (A)

   a>b>c 即乙烷>乙烯>乙炔,與不飽和度愈高、發火能量愈低的規律一致,且符合三者實測值,為本題應選者。

2. (B)

   c>b>a 意指乙炔最難引燃、乙烷最易引燃,與乙炔活性最高、燃燒範圍最寬(約 2.5% 至 100%)的事實相反。

3. (C)

   c>a>b 把乙烯排在最低、乙炔排在最高,兩處排序皆與實測值不符。

4. (D)

   a=b=c 意指三者發火能量相同,忽略了單鍵、雙鍵、參鍵在活化能上的差異,與實測值不合。

記憶點

最小發火能量指在最易引燃之濃度下,以電容放電引燃可燃氣體與空氣混合氣所需之最小能量,實驗上以 E = ½CV² 計算,C 為電容量、V 為放電電壓。乙烷約 0.25 mJ、乙烯約 0.07 mJ、乙炔約 0.019 mJ,彼此相差達十倍以上;原因在於雙鍵與參鍵的鍵結較易被打斷而生成自由基,鏈鎖反應的起始門檻因此降低。

與此規律同向的還有燃燒(爆炸)界限:乙烷約 3.0% 至 12.4%、乙烯約 2.7% 至 36%、乙炔約 2.5% 至 100%。乙炔上限達 100%,代表即使沒有空氣,受衝擊或加熱亦可能自行分解爆炸,這正是乙炔必須以丙酮溶解並填充多孔物質儲存於鋼瓶的原因,也是常見的申論素材。

數量級感是解這類題的關鍵:一般碳氫化合物之最小發火能量約 0.2 至 0.3 mJ,氫氣、二硫化碳、乙炔則低到 0.02 mJ 附近;而人體在乾燥環境摩擦所帶靜電之放電能量可達數十毫焦耳,遠高於上述數值,可燃性氣體場所之靜電接地、防爆電氣與人員著裝規定,皆以最小發火能量為設計起點。

易混淆對照:最小發火能量問的是「外部點火源要多少能量」,自燃點問的是「不需點火源、升到多高溫度會自行起火」,兩項指標未必同向——氫氣最小發火能量極低(約 0.02 mJ),自燃點卻高達攝氏五百度以上。答題時務必先看清問的是哪一個指標。相關考點連結:最小發火能量與燃燒界限、火焰傳播速度、消焰距離同屬描述可燃氣體易燃程度的指標群,命題常把三種二碳化合物並列比較,只要記住「乙烷、乙烯、乙炔」隨不飽和度遞增而愈危險這條主軸,大小順序題就能一次解決。