H24年 大気特論 問4 問題と解説

炭素86.0%、水素13.5%、硫黄0.5%の重油を13.5m³_N/kgの空気で完全燃焼させた。乾き燃焼ガス中のSO₂濃度(ppm)はおよそいくらか。ただし、重油中の硫黄分はすべてSO₂になるものとする。

1. 175
2. 225
3. 275
4. 325
5. 375

 

 

 

 

 

　解 説　　　　

「重油を13.5m³_N/kgの空気で完全燃焼させた」と問題文にあるので、重油を1kg使うとして計算を進めてみます。

重油1kgで空気を13.5m³_N使いますが、これはリットルに直すと13500Lになります。そのときの物質量は、1molあたり22.4Lなので、

となります。ここで、そのうちの21%が酸素で、残り79%が酸素以外の空気(ほとんど窒素)です。つまり、それぞれの物質量は次の通りです。

一方、重油1kgには問題文より、炭素が860g、水素が135g、硫黄が5g含まれるので、それぞれの物質量は以下のようになります。

続いて、C、H、Sをそれぞれ燃焼させる反応式と、消費するO₂、生成するガスの物質量を示します。

Cが71.67molなので、消費するO₂も生成するCO₂も71.67molとなります。

Hが135molなので、消費するO₂は4で割って33.75molです(生成するH₂Oは67.5molですが、乾き燃焼ガスでは考えなくてよいです)。

Sが0.156molなので、消費するO₂も生成するSO₂も0.156molとなります。

以上から、完全燃焼後に存在するガスの種類と物質量は以下の通りとなります。

よって、最終的なSO₂濃度は、

となります。設問はppmで聞いているため、0.000274を10⁶倍すると、274ppmとなり、最も近い選択肢(3)が正解となります。