114分科測驗化學 第16題 詳解

甲烷（$\mathrm{CH_4}$）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 $\mathrm{CH_4}$ 與 $\mathrm{O_2}$ 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 $\mathrm{O_2}$ 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 $\mathrm{CH_4}$ 與 $\mathrm{O_2}$ 的莫耳數比大於 0.2
(B) 燃燒前混合氣體中有 $\mathrm{H_2O}$ 及 $\mathrm{CO_2}$ 雜質
(C) 燃燒過程共消耗掉約 0.15 莫耳的 $\mathrm{O_2}$
(D) 完全燃燒後 $\mathrm{CH_4}$ 轉變生成 $\mathrm{CO_2}$ 與 $\mathrm{H_2O}$
(E) 完全燃燒後產生之 $\mathrm{H_2O}$ 重量約為 $\mathrm{CO_2}$ 重量之 2 倍