Q24.
CH4+2O2→CO 2+2H2O，其中是以32g 的甲烷與32g 的氧作用。請問反應中限制試劑為何者？（原子量: H=1，C=12，O=16）
化工 · 丙級 · 質能均衡 · Q24
難易度分析
3 / 5
本題要求將給定的質量轉換為莫耳數，並結合化學方程式的係數比進行定量分析，需經過多步驟推理才能得出結論，屬於需要掌握基礎計算能力的應用題型。
正確答案：②O2
② O2:O₂（氧氣）為限制試劑。32g O₂ 等於 1 mol，而 32g CH₄ 等於 2 mol。依反應式之莫耳比 CH₄:O₂ = 1:2，完全反應 2 mol CH₄ 需 4 mol O₂，但實際僅有 1 mol O₂，因此 O₂ 先耗盡，決定反應產量上限。
錯誤選項解析
- ① CH 4:CH₄（甲烷）並非限制試劑。32g CH₄ 的莫耳數為 32/16 = 2 mol，而 32g O₂ 僅為 1 mol。依據反應式 CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O 的化學計量比 1:2，1 mol O₂ 僅需 0.5 mol CH₄ 即可完全反應，故 CH₄ 為過量試劑。
- ③ CO2:CO₂（二氧化碳）為反應產物，非反應物，因此不可能作為限制試劑。限制試劑僅能從參與反應的起始反應物中判斷。
- ④ H2O:H₂O（水）同樣為反應產物，非反應物，不可能是限制試劑。限制試劑的定義為最先耗盡的起始反應物，產物不在此定義範圍內。
Learning Tip
"此類質能均衡題型的常考陷阱在於混淆「限制試劑」與「過量試劑」的判斷。解題關鍵為：先將各反應物質量換算為莫耳數，再依據平衡反應式之化學計量比比較實際莫耳比與理論莫耳比，比值較小者即為限制試劑。另外需注意產物（如 CO₂、H₂O）絕非限制試劑，此為常見干擾選項。實務上於化工製程中，限制試劑直接決定理論產量與反應器設計參數。"
學員答題分佈
①CH 40%
②O20%
③CO20%
④H2O0%
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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