Q11.
燃燒100g 的甲烷(M=16g/mol)，在STP 之下需要多少空氣？
化工 · 丙級 · 質能均衡 · Q11
難易度分析
4 / 5
此題目要求進行多步驟的數值換算，包含化學計量比、氣體莫耳體積以及空氣成分比例的綜合應用，計算過程較為複雜且需精確掌握多個物理常數，因此判定為較高難度。
正確答案：①1.4m 3
① 1.4m 3:甲烷燃燒反應為 CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O，100g 甲烷等於 6.25 mol，需氧氣 12.5 mol。於 STP 條件下（0°C、1 atm），1 mol 氣體體積為 22.4 L，故需氧氣體積為 280 L。因空氣含氧約 21%，所需空氣體積為 280/0.21 ≈ 1333 L ≈ 1.33 m³，最接近 1.4 m³。
錯誤選項解析
- ② 1.0m 3:此數值低估了所需空氣量。錯誤可能來自未正確計算化學計量比（CH₄:O₂ = 1:2），或誤將空氣含氧比例當作 100% 計算，忽略空氣中僅 21% 為氧氣的事實。
- ③ 2.2m 3:此數值高估了所需空氣量。可能誤用摩爾數計算（如將甲烷分子量算錯），或在單位換算時將 STP 體積常數誤用，導致結果偏大。
- ④ 3.5m3:此數值嚴重高估。可能完全誤解燃燒反應的化學計量，或將甲烷質量與摩爾數換算錯誤（如未除以分子量 16 g/mol），造成計算結果偏差過大。
Learning Tip
"質能均衡計算核心在於正確建立燃燒反應方程式並掌握化學計量比。常考陷阱包含：①忽略空氣僅含 21% 氧氣，直接用氧氣體積作答；②STP 條件下莫耳體積為 22.4 L/mol（非 24 L/mol）；③單位換算時注意 1 m³ = 1000 L。實務上需確認是否為完全燃燒，不完全燃燒會產生 CO 而非 CO₂。"
學員答題分佈
①1.4m 30%
②1.0m 30%
③2.2m 30%
④3.5m30%
此答題分佈是根據學員在 LongePass 模擬考等實際作答紀錄計算而成。與考友分享這道歷屆試題與詳細解析！
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