下列那一種混和氣體組成，其產生爆轟速度最高？

本題考點

爆轟速度受氧化劑濃度與惰性氣體稀釋程度支配，須比較四組混合氣的組成。

正解理由

爆轟是以震波壓縮未燃氣體引發反應、再由反應放熱維持震波的傳播模式，其速度取決於單位體積的放熱量與燃燒產物的音速。混合氣中若摻入氮氣，氮氣本身不反應卻要分攤反應熱，使波後溫度與傳播速度下降；產物若含水蒸氣，因分子量小而音速高，有利於提高波速。選項 (D) 的丙烷與純氧混合，完全沒有惰性氣體稀釋，放熱集中且產物含大量水蒸氣，四者中爆轟速度最高，故選 D。

逐項排除

1. (A)

   乙烯與氧之外另摻入八莫耳氮氣，氮氣占全部氣體逾七成，反應熱被稀釋分攤，波後溫度降低而使爆轟速度下降。

2. (B)

   一氧化碳與氧雖為化學計量比且無惰性氣體，但產物只有二氧化碳、不生成水蒸氣，產物分子量大、音速低，爆轟速度在四者中偏低。

3. (C)

   戊烷與八莫耳氧的配比恰為完全燃燒所需之化學計量比，卻另摻二十四莫耳氮氣，氮氣比例與 (A) 相當，同樣受稀釋抑制。

4. (D)

   丙烷以純氧為氧化劑且無任何惰性氣體，放熱最集中、產物含水蒸氣，波速最高，為正解。

記憶點

爆轟與爆燃的分野是本科的基本盤。爆燃靠熱傳導與擴散把反應區往未燃側推進，傳播速度低於未燃氣體中的音速，壓力上升平緩；爆轟則是震波走在前面，以絕熱壓縮把未燃氣體瞬間加熱到自燃溫度，反應放熱再回頭支撐震波，傳播速度高於未燃氣體音速，壓力比可達十餘倍。查普曼與朱給的理論指出，穩態爆轟波的速度是使反應產物相對波面恰好達到音速的那一個解，因此爆轟速度可視為由產物的溫度與平均分子量決定：溫度愈高、平均分子量愈小，產物音速愈大，爆轟速度也愈大。

這正是本題四個選項的設計邏輯。氮氣不參與反應卻要吸收反應熱，等於把同樣的熱量分給更多莫耳數的氣體，波後溫度隨稀釋比例升高而降低；一氧化碳與氧的組合雖無稀釋，但產物二氧化碳的分子量達四十四，音速偏低，且反應中沒有氫參與，難以生成分子量僅十八的水蒸氣。碳氫化合物與純氧的組合則兩項條件兼具，放熱量大且產物同時含二氧化碳與水蒸氣。

影響爆轟速度的其他因素在考題中也常單獨出現：初始壓力愈高、初始溫度愈低（密度愈大）者爆轟速度愈高；管徑小於臨界值時，管壁的散熱與動量損失會使爆轟無法維持而衰退為爆燃；相反地，管內若有障礙物產生紊流，則可能促成由爆燃轉為爆轟的過渡現象，這是可燃氣體管線與製程設備爆炸調查的重要概念。

易混淆概念對照：爆炸界限談的是「能不能反應」，爆轟速度談的是「反應波跑多快」，兩者是不同的量；化學計量比附近爆轟速度通常最高，但本題的比較主軸是稀釋與否，不是誰更接近化學計量比。相關考點還包括爆轟壓力與爆燃壓力的差距、密閉容器內壓力上升速率，以及爆轟胞格尺寸作為敏感度指標的用法。