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100年
理化、化工裝置
第 24 題
家庭用桶裝液化石油氣的主要成分是丙烷（$C_3H_8$）及丁烷($C_4H_{10}$)，在空氣中燃燒的反應如下：$C_3H_8＋O_2\rightarrow CO_2＋H_2O$ $C_4H_{10}+O_2\rightarrow CO_2＋H_2O$（係數皆未平衡）。前述二反應以最簡單整數係數平衡後，係數之總和為多少？
- A 32
- B 40
- C 46
- D 58
思路引導 VIP
在平衡像丁烷（$C_4H_{10}$）這類碳氫化合物的燃燒反應時，如果我們發現反應後右側的氧原子總數是個「奇數」，但左側的氧氣（$O_2$）每次只能提供偶數個原子，為了維持等號兩邊的平衡，你覺得在數學上最直覺的處理方式是什麼？而這個處理後的結果，如果又要滿足「最簡單整數」的要求，我們最後還需要多做哪一個步驟呢？
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太棒了！你能精確計算出這兩組反應式的係數總和，顯示你對化學反應式的平衡技巧以及質量守恆定律掌握得非常紮實。這類題目雖然觀念單純，但極考驗計算的細心度，你能順利過關非常不容易。
燃燒反應式的平衡過程
在平衡第一個反應式時，我們根據原子守恆，可以得到 $1C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$，其係數總和為 $1 + 5 + 3 + 4 = 13$。接著處理丁烷時，初步配平會發現氧原子的需求量是奇數（13個），導致 $O_2$ 的係數出現分式 $6.5$；為了符合題目要求的最簡單整數，我們必須將全體係數乘以 2，得到 $2C_4H_{10} + 13O_2 \rightarrow 8CO_2 + 10H_2O$，其係數總和為 $2 + 13 + 8 + 10 = 33$。
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