空氣氧之重量占整體之 23%，故 1 公斤碳完全燃燒需要多少空氣？

本題考點

碳完全燃燒的化學計量與理論空氣量計算，重點在以重量比換算。

正解理由

依碳完全燃燒反應式 C＋O₂→CO₂，碳原子量 12、氧分子分子量 32，係數比 1:1，故 12 kg 碳完全燃燒需要 32 kg 氧，換算後 1 kg 碳需氧 32/12≈2.67 kg。題目給定空氣中氧的重量占 23%，故所需空氣量為所需氧量除以 0.23，得約 11.6 kg，故選 A。

逐項排除

1. (A)

   正確。2.67 kg 氧除以 0.23 得 11.6 kg 空氣，與反應式及重量比一致。

2. (B)

   錯誤。32 kg 是 12 kg 碳完全燃燒所需的氧重量，既未換算成 1 kg 碳的比例，也未由氧量再換算為空氣量。

3. (C)

   錯誤。23 是題目給定的氧重量百分比數值本身，直接當成空氣重量是把百分比誤當質量。

4. (D)

   錯誤。12 是碳的原子量，屬反應式中的中間數值，不是所需空氣的重量。

演算步驟

1. 反應式：C＋O₂→CO₂，質量比 12 kg C : 32 kg O₂
2. 所需氧量：1 kg C ×（32 kg O₂ ÷ 12 kg C）＝2.667 kg O₂
3. 理論空氣量：2.667 kg O₂ ÷ 0.23 ＝ 11.59 kg ≈ 11.6 kg 空氣

記憶點

理論空氣量計算的根據是燃燒反應式的質量守恆。碳完全燃燒 C＋O₂→CO₂ 的係數比為 1:1:1，以原子量換算即 12:32:44，因此每 1 kg 碳需要 2.67 kg 氧、生成 3.67 kg 二氧化碳，這兩個數字值得直接記起來，後續估算二氧化碳排放量或滅火所需藥劑量時會反覆用到。

把氧量換算為空氣量時，必須先看清題目給的是重量比還是體積比：空氣中氧約占體積 21%、占重量 23%。本題明示重量占 23%，故直接除以 0.23。若題目改以體積比出題，正確路徑是先把質量換算為莫耳數，除以 0.21 得空氣莫耳數，再乘以空氣平均分子量 29 才回到重量，兩條路徑不可混用，這是計算題最常見的失分點。

同樣作法可推得其他燃料的理論空氣量：氫（2H₂＋O₂→2H₂O）每 1 kg 需氧 8 kg，理論空氣量約 34.8 kg；甲烷（CH₄＋2O₂→CO₂＋2H₂O）每 1 kg 需氧 4 kg，理論空氣量約 17.4 kg。含氫比例愈高的燃料所需空氣愈多，單位重量發熱量也愈高。

延伸考點是空氣過剩率（空氣比 m），即實際供給空氣量與理論空氣量之比。實際燃燒必須供給大於理論值的空氣才能燃燒完全，氣體燃料約 1.1 至 1.3、固體燃料更高。空氣不足時碳只能氧化到一氧化碳（C＋½O₂→CO），這正是火場缺氧燃燒時一氧化碳大量生成的化學根源，也把本題與煙毒性、閃燃後通風控制階段串在一起。

此外，由理論空氣量可再推算理論燃燒溫度與燃燒氣體量：燃燒放出的熱量除以生成氣體的總熱容量即得理論火焰溫度，空氣過剩率愈高，生成氣體愈多、溫度愈低，這是同一組公式的常見變形題。