정답: 4번
메탄(\(CH_4\))의 완전 연소 반응식은 다음과 같습니다:
\(CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O\)
이 반응식에서 메탄 1몰(부피)은 산소 2몰(부피)과 반응합니다.
공기 중 산소의 부피 농도는 약 21%이므로, 메탄 1몰(부피)을 연소시키는 데 필요한 공기의 부피는 다음과 같습니다:
\(2 \text{ vol } O_2 / 0.21 \text{ (공기 중 } O_2 \text{ 부피 분율)} \approx 9.52 \text{ vol air}\)
이론혼합비(화학양론조성)는 전체 혼합 기체 중에서 연료(메탄)가 차지하는 부피 백분율이므로 다음과 같이 계산합니다:
\(\text{이론혼합비 (vol%)} = \frac{\text{메탄 부피}}{\text{메탄 부피} + \text{공기 부피}} \times 100\)
\(\text{이론혼합비 (vol%)} = \frac{1}{1 + 9.52} \times 100 = \frac{1}{10.52} \times 100 \approx 9.505\%\)
따라서 메탄이 공기 중에서 연소될 때의 이론혼합비는 약 9.50 vol%입니다.