假設定量乙醇(C2H5OH)與理論空氣量混合後產生完全燃燒，其後將燃燒廢氣冷卻至常溫，則其中二氧化碳的濃度約為多少%？

本題考點

完全燃燒的化學計量與乾燥燃燒廢氣中二氧化碳濃度的計算。

正解理由

乙醇完全燃燒式為 C2H5OH＋3O2 → 2CO2＋3H2O。理論空氣量以氧佔 21%、氮佔 79% 計，需氧 3 莫耳時伴隨氮 3×(79／21)＝11.29 莫耳。廢氣冷卻至常溫後 3 莫耳水蒸氣凝結為液態而退出氣相，乾燥廢氣為 CO2 2 莫耳與 N2 11.29 莫耳，合計 13.29 莫耳，二氧化碳濃度＝2÷13.29＝15.1%，故選 C。

逐項排除

1. (A)

   12.3% 是把 3 莫耳水蒸氣一併計入氣相（2÷16.29）的濕基濃度，與冷卻至常溫的條件不符。

2. (B)

   14.0% 介於濕基 12.3% 與乾基 15.1% 之間，無對應的計量關係。

3. (C)

   正確：乾燥廢氣只計 CO2 與 N2，2÷13.29 約為 15.1%。

4. (D)

   16.2% 對應乾燥廢氣總量約 12.3 莫耳，較實際的 13.29 莫耳少算約 1 莫耳氮，與 79 比 21 的空氣組成不符。

記憶點

理論空氣量（化學計量空氣量）的計算流程固定：先寫平衡的燃燒方程式求出理論需氧莫耳數，再以空氣中氧佔 21%、氮佔 79% 換算。乙醇的完全燃燒式為 C2H5OH＋3O2 → 2CO2＋3H2O，每莫耳乙醇需氧 3 莫耳，伴隨的氮為 3×(79／21)＝11.29 莫耳，理論空氣量即 3×(100／21)＝14.29 莫耳。換算為質量基時，14.29 莫耳空氣約 414 公克，除以乙醇分子量 46 公克，得每公斤乙醇約需 9 公斤空氣，這個數量級可用來快速檢核計算是否合理。

燃燒廢氣的組成有濕基與乾基兩種表示法，這是本題的關鍵分歧點。廢氣在高溫時水以蒸氣存在，總莫耳數為 2＋3＋11.29＝16.29，二氧化碳的濕基濃度為 12.3%；冷卻至常溫後水蒸氣凝結成液態而退出氣相，乾燥廢氣僅剩 2＋11.29＝13.29 莫耳，二氧化碳濃度提高為 15.1%。題幹寫「冷卻至常溫」即指定以乾基計算。

這個「理論最大二氧化碳濃度」是燃料的特徵值，可用於推估燃燒的完全程度。同法計算甲烷，CH4＋2O2 → CO2＋2H2O，伴隨氮為 2×(79／21)＝7.52 莫耳，乾燥廢氣 8.52 莫耳，二氧化碳乾基濃度約 11.7%；燃料中碳氫比愈高，該特徵值愈大。

易混淆概念對照：實際空氣量與理論空氣量之比為空氣比（過剩空氣係數），其超出一的部分即過剩空氣率，實際燃燒必有過剩空氣，會把二氧化碳濃度稀釋到理論值以下；供氣不足時則生成一氧化碳，二氧化碳濃度同樣下降，因此量測值恆低於理論值。延伸考點包括各種燃料理論空氣量與理論廢氣量的計算，以及由廢氣中氧濃度反推空氣比。