下列高壓氣體之爆炸界限（%），何者最寛？

本題考點

常見可燃氣體的爆炸（燃燒）界限數值比較，題目問的是上下限之間的範圍最寬者。

正解理由

爆炸界限指可燃氣體在空氣中能形成可燃混合氣的濃度區間，下限與上限之差愈大者範圍愈寬。四種氣體在常溫常壓下的界限約為：氫氣 4％至 75％、乙炔 2.5％至 100％、硫化氫 4.3％至 45％、甲烷 5％至 15％。乙炔的下限最低而上限可達 100％，區間寬度約 97.5 個百分點，居四者之首，故選 B。

逐項排除

1. (A)

   氫氣界限約 4％至 75％，寬度約 71 個百分點，雖屬相當寬廣，仍不及乙炔。

2. (B)

   乙炔界限約 2.5％至 100％，即使在幾乎沒有空氣的情況下仍可自行分解放熱而傳播火焰，故上限達 100％，範圍最寬，為正解。

3. (C)

   硫化氫界限約 4.3％至 45％，寬度約 40.7 個百分點，明顯窄於乙炔與氫氣。

4. (D)

   甲烷界限約 5％至 15％，寬度僅約 10 個百分點，是四者中最窄者。

記憶點

爆炸界限之所以存在下限與上限，是因為濃度太低時燃料不足、放出的熱量不夠把鄰近未燃氣體加熱到著火溫度，濃度太高時則氧氣不足，兩種情形火焰都無法自行傳播。乙炔是這條通則的著名例外：它的碳碳三鍵生成熱為正值，屬於吸熱化合物，即使完全沒有氧氣，受衝擊或受熱也能分解為碳與氫並放出熱量，火焰因而能在純乙炔中傳播，這就是上限得以達到 100％的原因，也是乙炔鋼瓶不以高壓純氣體形式儲存，而是溶於丙酮並吸附在多孔物質中的理由。

數值的量化比較可用危險度指數 H＝(U－L)／L，式中 U 為上限、L 為下限。代入本題四種氣體：乙炔約為(100－2.5)／2.5＝39，氫氣約為(75－4)／4≒17.8，硫化氫約為(45－4.3)／4.3≒9.5，甲烷則為(15－5)／5＝2。這個指數同時反映了「下限低」與「範圍寬」兩件事，比單看寬度更能表達危險程度，也是考試常見的計算型變化題。

影響爆炸界限的因素同樣是高頻考點：溫度升高時分子動能增加，下限降低而上限升高，區間變寬；壓力升高對上限的擴張效果通常大於對下限的影響；混入氮氣、二氧化碳等惰性氣體會使區間收窄，直到上下限相交於某一氧濃度，該點即為最低氧濃度；反之，把空氣換成純氧時下限變化有限，上限則大幅提高。

混合可燃氣體的界限則以勒沙特列公式估算，其形式為 100／L＝Σ(Vi／Li)，式中 Vi 為各成分的體積百分比、Li 為各成分的下限。易混淆概念對照：爆炸界限描述的是濃度條件，閃火點描述的是液體表面蒸氣達到下限時的溫度，兩者是同一件事在不同座標上的表達；而著火溫度則與濃度無關，屬於能量條件，三者常被併在同一題中辨析。