在標準狀態下，下列氣體中何者之爆炸範圍最廣？

本題考點

常見氣體的燃燒（爆炸）界限數值比較，以及氮氣屬不燃性氣體、不具爆炸界限的基本性質。

正解理由

依標準狀態下的燃燒界限數據，氫氣約為 4%～75%,界限跨距約 71 個百分點；甲烷約 5%～15%,跨距約 10 個百分點；氨約 15%～28%,跨距約 13 個百分點；氮氣本身不可燃，沒有爆炸界限可言。四個選項中界限跨距最大者為氫氣，故選 D。

逐項排除

1. (A)

   氮：分子內為三鍵、鍵能高，與氧化合屬吸熱反應，是不燃性（惰性）氣體，不存在爆炸範圍，反而常用於稀釋氧濃度。

2. (B)

   甲烷：約 5%～15%,跨距約 10 個百分點，為天然氣主成分，其下限與跨距均小於氫氣。

3. (C)

   氨：約 15%～28%,跨距約 13 個百分點，下限高達 15%、最小引燃能量也大，危險度指標僅約 0.87。

4. (D)

   氫：約 4%～75%,跨距約 71 個百分點；分子量僅 2、擴散快、最小引燃能量約 0.02 mJ,界限上限可推到 75% 附近，為本題應選者。

記憶點

燃燒界限（爆炸界限）是可燃氣體與空氣混合後仍能維持火焰傳播的濃度區間：低於下限燃料不足，高於上限氧氣不足，兩者之外都無法傳播火焰。界限寬窄取決於分子的反應活性、最小引燃能量與擴散速率。常考數值可整組記下：氫 4～75%、乙炔 2.5～100%、一氧化碳 12.5～74%、乙醚 1.9～48%、二硫化碳 1.3～50%、甲烷 5～15%、丙烷 2.1～9.5%、氨 15～28%。

危險度指標 H＝（上限−下限）÷下限，可把界限寬窄化為單一數字：氫 (75−4)÷4≒17.8、甲烷 (15−5)÷5＝2、氨 (28−15)÷15≒0.87、乙炔 (100−2.5)÷2.5＝39。由此可見乙炔在常見氣體中此值最大，氫次之；氨因下限高達 15%,此值不到 1。

影響界限的因素也是常考點：溫度升高會使下限略降、上限上移，界限範圍擴大；摻入氮、二氧化碳等惰性氣體會使上限下移、下限微升，兩線交會之處即對應最小氧濃度（MOC）,低於該氧濃度時任何燃料濃度都不燃；以純氧取代空氣時下限幾乎不變，上限則大幅上移（甲烷在純氧中上限可達 60% 以上）。混合可燃氣體的下限以勒沙特列公式 100÷LFL＝Σ（Ci÷LFLi）計算。

氮在火災學中的角色恰好相反：它是惰化與封入用氣體，靠稀釋氧濃度到最小氧濃度以下抑制燃燒，本身沒有燃燒界限；助燃性氣體（氧、氯、氟、一氧化二氮）同樣不燃卻供氧，兩者不可混為一談。相關考點還包括由下限推算最小氧濃度、由飽和蒸氣壓推算液體閃火點對應的蒸氣濃度，以及氨雖屬可燃氣體卻因下限高、引燃能量大而常被誤認為不燃的辨識題。