R7年 大気特論 問3 問題と解説

　問 題　　　　　

プロパンを完全燃焼させたとき、乾き燃焼排ガス中のCO₂濃度が11.82%となった。空気比と乾き燃焼排ガス中のO₂濃度の組合せとして、正しいものはどれか。

• 空気比　　O₂濃度(%)

1. 1.10　　　　2.07
2. 1.12　　　　2.43
3. 1.12　　　　2.63
4. 1.15　　　　2.76
5. 1.15　　　　2.96

 

 

 

 

 

　解 説　　　　　

まず、プロパンの燃焼は以下の化学反応式で示すことができます。

ここで、空気中の成分のうち酸素の割合は21%なので、空気を化学式で表すとすると「O₂＋3.76N₂」となります(3.76は、窒素79%と酸素21%の比である79/21です)。

よって、空気比をλとすると、上記の化学反応式は次のように書き換えることができます。

上式の右辺を見ると、燃焼後の排ガス成分の比がわかりますが、今回は「乾き燃焼排ガス」について考えるため、H₂Oはカウントせず、残りの成分で計算を行います。つまり、燃焼後の各物質のモル数は以下のように表されます。

• CO₂：3 [mol]
• O₂：5λ－5 [mol]
• N₂：18.8λ [mol]

そして、問題文よりCO₂濃度が11.82%とのことなので、次のように方程式を解くことによって、空気比λを算出することができます。

続いて、O₂濃度は乾き燃焼排ガス全体におけるO₂の割合を計算すればよいので、空気比λ＝1.150を使うと次のように計算できます。

以上から、

• 空気比：1.15
• O₂濃度(%)：2.96

となるので、正解は(5)です。