假設空氣中的氧占整體重量的 23%，欲使 1 公斤的丁烷完全燃燒時，需要多少理論空氣量？

本題考點

碳氫化合物完全燃燒的化學計量配平，以及換算理論空氣量時須以空氣含氧重量比 23% 相除的步驟。

正解理由

丁烷完全燃燒式為 C4H10＋6.5O2→4CO2＋5H2O，每 1 莫耳（分子量 58）丁烷需 6.5 莫耳氧氣；換算後 1 公斤丁烷需氧約 3.59 公斤，再除以空氣含氧重量比 0.23，得理論空氣量約 15.6 公斤，與選項 15.7 kg 相符，故選 C。

逐項排除

1. (A)

   3.6 kg 為理論「氧氣」量，未再除以 0.23 換算成空氣，是典型陷阱值。

2. (B)

   10.9 kg 來自把 23% 誤當體積（莫耳）比算出的空氣體積約 10.9 m³，所得為體積而非重量。

3. (C)

   15.7 kg 與 3.586÷0.23＝15.59 相符，也符合丁烷理論空氣量約為自身重量 15～16 倍，為本題應選者。

4. (D)

   27.8 kg 約為正解的 1.8 倍，以 23% 重量比計算的任何路徑都導不出此值，屬放大型干擾項。

演算步驟

1. 配平 C4H10＋6.5O2→4CO2＋5H2O；
2. M(C4H10)＝58、M(O2)＝32 g/mol → 理論氧量＝6.5×32÷58＝3.586 kg-O₂／kg → 理論空氣量＝3.586÷0.23＝15.59 kg，對應選項 15.7 kg。

記憶點

理論空氣量（theoretical air／stoichiometric air）指使燃料完全氧化所需的最少空氣量，是燃燒計算的骨幹，也是空氣燃料比（AFR）的分母。計算固定三步：①寫出完全燃燒反應式並配平，碳全變 CO₂、氫全變 H₂O，通式為 CxHy＋(x＋y／4)O₂→xCO₂＋(y／2)H₂O，丁烷 x＝4、y＝10 代入即得 6.5 莫耳氧；②以分子量把莫耳換成重量；③除以空氣含氧率換成空氣。第③步是失分重鎮：空氣含氧「重量比」約 23%（部分教材寫 23.2%），「體積（莫耳）比」約 21%，兩者不可混用——要算重量就用 23%，要算體積就用 21%。

常見燃料的理論空氣量（每公斤燃料所需空氣公斤數）可整理成記憶表：甲烷約 17.2、乙烷約 16.1、丙烷約 15.7、丁烷約 15.5、汽油約 14.7、乙醇約 9.0、木材約 6。這張表通常以空氣含氧重量比 23.2% 計，才會把丙烷列 15.7、丁烷列 15.5；本題指定 23%，丁烷精算為 3.586÷0.23＝15.59，選項所列 15.7 kg 係對精算值 15.59 取近似值（改以 23.2% 計為 15.46，離 15.7 更遠）;與記憶表中丙烷的 15.7 只是數字相同、來源不同，勿因看到 15.7 就往丙烷去想。規律是分子中氫比例越高、含氧官能基越少，單位重量需氧量越大；含氧的醇、酮、醚類因分子自帶氧，需氧量明顯下降。

與此相連的觀念是當量比 φ＝實際燃料空氣比／化學計量燃料空氣比：φ＜1 為貧燃（空氣過剩，接近完全燃燒），φ＞1 為富燃（空氣不足，一氧化碳與煙粒大增）。建築物火災在閃燃後多處於富燃的通風控制狀態，這是 CO 中毒與複燃（backdraft）的成因，也是通風控制題與本題常被併在同一份考卷的原因。

延伸考點三類：①由理論空氣量反推燃燒生成氣體量（含過剩空氣時須加計），可用於推估排煙量；②氧消耗量熱法以「每消耗 1 g 氧約釋放 13.1 kJ」估算熱釋放率，正是本題計量關係的應用；③理論空氣量與燃燒下限、燃燒熱互相關聯，同一份試卷常以配平為共同起點，再分別考換算與燃燒界限。