Spalanie całkowite i zupełne metanu opisuje równanie stechiometryczne:
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
Z równania wynika, że na 1 "część" (np. 1 m3) metanu potrzeba 2 "części" tlenu, jeżeli proces przebiega stechiometrycznie (czyli dokładnie tyle utleniacza, ile wynika z reakcji). W treści zadania ta informacja jest podana wprost: dla 1 m3 metanu wymagane są 2 m3 tlenu, zawarte w 10 m3 powietrza.
W praktyce spalania często stosuje się nadmiar powietrza, aby zapewnić dopalenie paliwa i ograniczyć powstawanie produktów niecałkowitego spalania. Opisuje to współczynnik nadmiaru powietrza λ, z definicji równy stosunkowi ilości (strumienia) powietrza rzeczywistego do powietrza teoretycznie potrzebnego (stechiometrycznego). Gdy λ=1,1, oznacza to 10% nadmiaru powietrza względem wartości teoretycznej.
Jeżeli powietrze (a więc także tlen będący jego składnikiem) podajemy w ilości większej o 10%, to ilość tlenu doprowadzonego do procesu także rośnie 1,1 raza w porównaniu do zapotrzebowania stechiometrycznego:
- tlen stechiometryczny: 2 m3
- tlen przy λ=1,1: 2 · 1,1 = 2,2 m3
Dlatego poprawna jest odpowiedź "2,2 m3".
Pozostałe wartości są niepoprawne, bo wynikają z typowych pomyłek:
- "9,0 m3" oraz "11,0 m3" mogą brać się z błędnego manipulowania liczbą 10 m3 powietrza z treści (np. 10±1) zamiast pracy na objętości tlenu.
- "10,0 m3" to najczęściej utożsamienie wymaganej ilości tlenu z ilością powietrza stechiometrycznego, mimo że powietrze jest mieszaniną i zawiera jedynie część tlenu.
Na egzaminie warto zapamiętać prostą regułę: gdy znasz zapotrzebowanie stechiometryczne i masz λ, to dla tlenu/ powietrza rzeczywistego zwykle stosujesz mnożenie przez λ.
