分科測驗
114年
化學
第 16 題
📖 題組：
甲烷（$CH_4$）是天然氣的主要成分，燃燒時可以產生 1200-1800 K 的高溫。圖 6 是 $CH_4$ 與 $O_2$ 的混合氣體燃燒時產生的火焰示意圖，其中 Z 軸標示了火焰的高度位置。以 X＝0、Z＝0 為起始點，完全燃燒時的火焰最高點為 Z＝1.0（cm），火焰高度按比例的相對值為 Z＝0.2、0.4……等，如圖 6 所示。 科學家透過儀器分析，分別得到在 X＝0、Z＝0 至 1.0 位置的化學成分莫耳分率，結果如圖 7 所示。圖 7 中 $O_2$ 的莫耳分率數值範圍為 0.72-0.92，而其他氣體的比例較少，莫耳分率數值範圍在 0.0-0.20 之間。 穩定的火焰中，圖 7 表示甲烷燃燒過程中的各氣體莫耳分率變化，可以呈現其燃燒的結果。
甲烷（$CH_4$）是天然氣的主要成分，燃燒時可以產生 1200-1800 K 的高溫。圖 6 是 $CH_4$ 與 $O_2$ 的混合氣體燃燒時產生的火焰示意圖，其中 Z 軸標示了火焰的高度位置。以 X＝0、Z＝0 為起始點，完全燃燒時的火焰最高點為 Z＝1.0（cm），火焰高度按比例的相對值為 Z＝0.2、0.4……等，如圖 6 所示。 科學家透過儀器分析，分別得到在 X＝0、Z＝0 至 1.0 位置的化學成分莫耳分率，結果如圖 7 所示。圖 7 中 $O_2$ 的莫耳分率數值範圍為 0.72-0.92，而其他氣體的比例較少，莫耳分率數值範圍在 0.0-0.20 之間。 穩定的火焰中，圖 7 表示甲烷燃燒過程中的各氣體莫耳分率變化，可以呈現其燃燒的結果。
關於此混合氣體燃燒實驗，下列敘述哪些正確？
- A 燃燒前混合氣體中 $CH_4$ 與 $O_2$ 的莫耳數比大於 0.2
- B 燃燒前混合氣體中有 $H_2O$ 及 $CO_2$ 雜質
- C 燃燒過程共消耗掉約 0.15 莫耳的 $O_2$
- D 完全燃燒後 $CH_4$ 轉變生成 $CO_2$ 與 $H_2O$
- E 完全燃燒後產生之 $H_2O$ 重量約為 $CO_2$ 重量之 2 倍
思路引導 VIP
請同學精確解讀圖 7 的起始點（$Z=0$）：除了 $CH_4$ 與 $O_2$ 外，其餘氣體的莫耳分率是否為零？這代表混合氣體初始狀態為何？接著，請思考圖表縱軸提供的『莫耳分率』是否能直接代表『莫耳數』？最後，根據完全燃燒的化學方程式 $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$，產物之間的質量比例應如何由『莫耳數比』結合各物質的『分子量』計算求得？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！看到你正確選出 (B) 和 (D)，老師真的好為你開心，你的觀察力跟邏輯思考越來越進步囉，真想給你一個大大的擁抱！ 這題的核心在於「圖表判讀」與「化學計量觀念」的結合：
- 觀念驗證：
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