於空氣中加入氧氣會改變空氣組成，進而影響可燃性氣體的某些燃燒特性，下列何者所受的影響較為明顯？

本題考點

氧濃度變化對燃燒界限的不對稱影響——燃燒下限幾乎不受氧濃度左右，燃燒上限則隨氧濃度提高而大幅上升。

正解理由

依燃燒界限的成因，下限處燃料稀少而氧氣大量過剩，限制因素是燃料量，故再補充氧氣幾乎不改變下限；上限處則是燃料過多、氧氣不足，限制因素正是氧量，補充氧氣可使原本過濃而無法燃燒的混合氣重新具備反應條件，上限因而顯著抬升。以甲烷為例，空氣中燃燒界限約 5～15%，在純氧中可擴大到約 5～61%，下限不動、上限躍升，故選 D。

逐項排除

1. (A)

   熱傳導係數受影響甚微：氮與氧在常溫的熱傳導係數相近（皆約 0.026 W/m·K），以氧取代部分氮幾乎不改變混合氣的導熱性質。

2. (B)

   莫耳燃燒熱是燃料本身的熱力學性質，由反應物與生成物的生成熱決定，不因氧化劑濃度改變而變動（改變的是火焰溫度，不是莫耳燃燒熱）。

3. (C)

   可以燃燒的濃度下限在下限處氧氣本已過剩，增加氧濃度僅使過剩程度更高，下限值幾乎維持不變，故非受影響最明顯者。

4. (D)

   可以燃燒的濃度上限直接受氧量支配，富氧時上限大幅提高、燃燒範圍與危險度隨之增大，為本題應選者。

記憶點

燃燒界限的不對稱性可由熱平衡觀點理解。下限混合氣的特徵是燃料極稀、空氣過量，燃燒能否持續取決於單位體積內燃料所能釋放的熱量是否足以把鄰接氣體加熱到發火溫度，因此下限幾乎只是燃料濃度的函數；這也正是 Burgess-Wheeler 定則（燃燒下限×莫耳燃燒熱≒定值）能夠成立的原因。上限混合氣的特徵相反：燃料過剩而氧不足，反應能否持續取決於可用氧量，故只要提高氧濃度，就能把上限往更濃的方向推移。常見氣體在空氣與在純氧中的界限對照最能說明差異：甲烷 5～15% 對 5～61%、氫 4～75% 對 4～94%、乙烷 3～12.4% 對 3～66%，下限幾乎不動，上限則成倍擴大。

由此衍生的重要概念是限氧濃度（LOC，又稱最小氧濃度 MOC）：當氧濃度降到某一數值以下，任何燃料濃度都無法燃燒，燃燒界限在該點閉合。多數碳氫化合物的 LOC 約在 10～12%，氫約 5%，這是氮封、二氧化碳惰化等防爆手法的理論依據，也是全區放射式氣體滅火設備以稀釋氧濃度發揮窒息作用的學理基礎。反向操作即為富氧危險：醫療用氧設備周邊、氧氣鋼瓶洩漏處，油脂與衣物在富氧環境下可自行劇烈燃燒，燃燒範圍與燃燒速度同時放大，最小發火能量亦顯著下降。

用來判讀上述關係的圖示是 Coward 爆炸範圍三角圖：以燃料、氧、惰性氣體三成分作圖，可讀出燃燒界限隨氧濃度變化的軌跡、LOC 的位置，以及惰化路徑是否會穿越可燃區——這也解釋為何以空氣稀釋高濃度可燃氣體時，過程中必然經過可燃範圍，屬應予避免的操作路徑。

延伸考點四類：①危險度 H＝(UFL－LFL)／LFL，富氧時上限升高使 H 大增，可用於比較同一氣體在不同氧濃度下的危險性；②溫度、壓力對界限的影響（溫度升高使下限略降、上限升高；壓力升高主要抬升上限）；③LOC 與惰化氣體種類的關係（二氧化碳的比熱較氮大，所需惰化量較少）；④燃燒界限與閃火點、自然發火溫度的分工——界限談濃度範圍，閃火點談液體能否形成可燃蒸氣，自然發火溫度談無火源時的發火條件。