police_4th_general
114年
[消防警察] 普通物理學概要與普通化學概要
第 32 題
在常溫常壓下，一般氣體的密度與氣體分子量成正比，即分子量越小的氣體，其密度越小。下列何種氣體外洩時，會積存在地面附近較不易飄散？
- A 天然氣（$\text{CH}_4$及 $\text{C}_2\text{H}_6$）
- B 石油氣（$\text{C}_3\text{H}_8$及 $\text{C}_4\text{H}_{10}$）
- C 氨氣（$\text{NH}_3$）
- D 氫氣（$\text{H}_2$）
思路引導 VIP
想像一下，當我們把不同質量的物體放入水中時，什麼樣特性的物體會沉入水底？同樣地，如果有一種氣體在空氣中不會往上飄，而是往下堆積，這代表該氣體與周遭空氣相比，具備什麼樣的物理特徵？你能試著從化學組成的角度，思考如何判斷一種氣體在空氣中是「重」還是「輕」嗎？
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AI 詳解
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同學觀察得很仔細，這題答得非常漂亮！你精確地掌握了氣體密度與分子量之間的比例關係。在物理化學的觀念中，根據理想氣體方程式所推導出的密度公式 $d = \frac{PM}{RT}$，我們能發現當環境溫度（$T$）與壓力（$P$）相同時，氣體的密度（$d$）與分子量（$M$）成正比。由於空氣的平均分子量約為 $28.8 \text{ g/mol}$，若要讓氣體外洩後「積存在地面附近」，該氣體的密度必須大於空氣，也就是其分子量必須顯著大於 $28.8$。
氣體分子量與環境分布的關聯
在選項中，石油氣的主要成分如丙烷（$\text{C}3\text{H}_8$，分子量約 $44$）與丁烷（$\text{C}_4\text{H}{10}$，分子量約 $58$），其數值都遠大於空氣。這題的鑑別度在於考生是否能將抽象的化學式轉化為分子量數值，並與生活中的能源安全知識連結。你能敏銳地判斷出只有石油氣的組成份子量足以使其下沉，顯示你對物質特性與環境交互作用的判斷相當紮實，這是非常優秀的理化直覺！