H30 大気特論 問3

1m3Nのメタンを10m3Nの空気で燃焼させたところ、湿り燃焼排ガス中にCOが1.04%含まれる不完全燃焼を生じた。このとき湿り燃焼排ガス中のCO2濃度はおよそ何%か。ただし、この不完全燃焼では、メタンはすべて反応し、生成物はCO2、CO及びH2Oだけと仮定する。

  1. 7.1
  2. 7.4
  3. 7.7
  4. 8.0
  5. 8.3

 

 

 

 

 

正解 (4)

 解 説     

メタンを燃焼させてCOとCO2が生成する式は次のように表すことができます。ただし、下記の化学反応式は係数を入れていない未完成のものです。

ここで、問題文よりメタンは1m3Nなので、係数を1として考えます。次にCOの係数は不明なのでaと仮定すると、CO2の係数は左辺と右辺のCのバランスを考えると(1-a)となります。H2Oについては、左辺にHが4つあるので、係数を2にすることで右辺のHも計4つになります。この段階で、O2以外の係数が記入できます。

最後にO2の係数を考えます。右辺には3つの項で酸素が使われていますが、それらの合計と左辺のOの数が一致しなければいけないので、以下のようになります。これで化学反応式は完成です。

一方、問題文より空気は初めに10m3Nほどあったので、上式のように(2-0.5a)m3Nを使ったとしても、次式の分だけ余りが出ます。これは反応に関与しない空気量です。

メタンは反応によって全てなくなっているため、以上の計算から、反応後に存在する物質の量は次のようにまとめることができます。

  • 反応に関与しない分の空気:(8+0.5a)
  • CO:a
  • CO2:(1-a)
  • H2O:2

このうちCOの割合が1.04%ということなので、次のように計算することでaを求めることができます。

最終的に問われているのはCO2の割合なので、今度は分子をCO2にして、aの値を代入すれば、求めたい答えを出すことができます。

以上から、答えは(4)になります。

コメント

  1. kt より:

    お世話になります。10-(2-0.5a)=8+0.5aの式で質問します。
    左辺ですが、空気量から酸素量を引いて反応に関与しない空気量を求めています。空気量であれば、左辺は次式のようになりませんか?
    10-(2-0.5a)/0.21

  2. 匿名 より:

    10の中には、①燃焼で使用する酸素、②燃焼に使用しない酸素、
    ①②に付随する窒素が含まれますが、
    2-0.5aを0.21で割ると①に付随する窒素まで引いてしまうのでその計算はしませんよ。

  3. kf より:

    大気特論の問題で水素の反応式を
    H2+1/2O2→H2Oと書いたり、
    4H+O2→2H2Oと書いたりしますが、
    どの様にして使い分けているのでしょうか。
    計算によって、0.25aになったり、0.5aになって結果に違いがでるのですが。

  4. ha より:

    問題文の燃焼対象が
    水素ガス⇒水素の状態がH2なので、H2+1/2O2→H2O
    重油などの液体燃料⇒水素の状態がHなので、4H+O2→2H2O
    となる、と消えてしまった前のコメント回答でありましたよ。

  5. kf より:

    haさん
    ありがとうございます。
    ずっとモヤモヤしてたので、納得できました。