正己烷在空氣中的燃燒下限（LEL）約為多少%？

本題考點

正己烷的燃燒下限數值，並可由化學計量濃度以瓊斯法則推算驗證。

正解理由

燃燒下限是可燃氣體在空氣中能使火焰自行傳播的最低體積濃度。正己烷 C6H14 完全燃燒的反應式需要 9.5 莫耳氧，空氣中氧約占五分之一，故化學計量濃度 Cst＝100÷(1＋9.5×4.76)≒2.16％。依瓊斯法則，烴類的燃燒下限約為化學計量濃度的 0.55 倍，得 0.55×2.16≒1.19％，與實測值約 1.2％相符，故選 D。

逐項排除

1. (A)

   5％是甲烷的燃燒下限，甲烷僅一個碳、化學計量濃度高達約 9.5％，與正己烷的碳數與分子量差距甚大。

2. (B)

   2.1％接近丙烷的燃燒下限，丙烷為三個碳的烷類，需氧量遠少於正己烷，下限因而較高。

3. (C)

   1.8％接近丁烷的燃燒下限，碳數四個，介於丙烷與正己烷之間，仍高於本題算得之值。

4. (D)

   1.2％與化學計量濃度推算所得的約 1.19％及實測值相符，為正己烷的燃燒下限，是正解。

記憶點

燃燒下限的成因是熱量平衡：濃度過低時，火焰陣面放出的熱量不足以把前方未燃混合氣加熱到著火溫度，火焰便無法自行傳播。因此下限的數值本質上反映了「單位體積混合氣能放出多少熱」，這也解釋了為何同一同系列中碳數愈多、分子愈大者下限愈低：每一莫耳分子帶的能量愈多，只需較低的體積濃度就能達到火焰傳播所需的熱量。實務上更精確的說法是，各烴類在下限濃度時單位體積的發熱量大致相同，這稱為柏格斯與惠勒的常數發熱量法則。

瓊斯法則正是這個觀察的量化形式：燃燒下限約為化學計量濃度的 0.55 倍，上限則約為化學計量濃度的 3.5 倍。計算化學計量濃度時要先寫平衡的燃燒反應式，正己烷為 C6H14＋9.5O2 生成 6CO2＋7H2O，再把所需氧莫耳數乘以 4.76 換算成空氣莫耳數，這個 4.76 來自空氣中氧約占 21％的倒數。掌握這個流程，遇到教材未列數值的碳氫化合物也能自行估算，這是本科計算題的高頻工具。

溫度與壓力的修正同屬延伸考點。溫度升高時分子動能增加，下限隨之降低而上限升高，區間變寬；混入氮氣或二氧化碳等惰性氣體則使區間收窄。此外，燃燒下限與閃火點是同一件事的兩種表達：液體表面蒸氣濃度恰好達到燃燒下限時的液溫即為閃火點，正己烷的閃火點在攝氏零下二十度附近，屬第一石油類的典型物質，室溫下即持續蒸發出達到下限的蒸氣。

易混淆概念對照：燃燒下限談的是濃度條件，著火溫度談的是能量條件，兩者互相獨立，不可用下限低就推論著火溫度低。多成分混合氣的下限則以勒沙特列公式估算，形式為 100／L＝Σ(Vi／Li)，這是把本題單一成分的觀念推廣到實際製程氣體的必備工具。