次に示す 3 種類の有機化合物に共通する一般的な用途として最も妥当なのは次のうちではどれか。

1．香料
2．殺虫剤
3．洗剤
4．染料
5．肥料

　解 説　　　　　

下の化合物 の -N=N- 、ジアゾ基があるところから染料を連想することができるのではないかと思います。

ちなみに
左上が インディゴ
右上はアリザリン
下中央はメチルオレンジです。

以上より、正解は 4 です。

セメントに関する次の記述の ㋐、㋑ に当てはまるものの組合せとして最も妥当なのはどれか。

「一般的に、土木や建築などで用いられるポルトランドセメントでは、 ㋐、粘土、けい石、高炉スラグなどを適切な割合で混合して、焼成を行い、クリンカーをつくる。このクリンカーに、凝結速度を調整するため㋑を加えて、粉砕するとセメントになる。」

　解 説　　　　　

ポルトランドセメントとは、いわゆる普通のセメントのことです。普通のセメントは１：「セメントの原料（石灰石、粘土等）を回転式の釜に入れて焼いた後に急冷」→ ２：「１の結果できたたくさんの小さな塊（クリンカー：焼塊）に適量の石膏を加え粉砕」して作ります。

クリンカーを構成する主要鉱物が ① エーライト (C3S)、 ② ビーライト. (C2S) 、③ アルミネート (C3A)、 ④ フェライト(C4AF) です。C は CaO、S は SiO₂、A は Al₂O₃、F は Fe₂O₃ の略です。

㋐ は「石灰石」です。正解は 1 or 2 です。

㋑ は「セッコウ」です。

以上より、正解は 1 です。

類題　国家公務員高卒技術 2019 no77
https://yaku-tik.com/koumuin/2019-gijyutu-77/

84 wt ％ C と16 wt ％ H からなる燃料油を過剰空気率 20 ％ で燃焼させたところ、燃焼により 90 ％ の C が CO₂ に、10 ％ の C が CO にそれぞれ酸化された。このとき、水蒸気を除いた燃焼ガス中の CO₂ と O₂ のガス組成の組合せとして最も妥当なのはどれか。

ただし、空気は窒素と酸素がモル比で 4.0：1.0 の割合で混合された気体とし、C と H の原子量をそれぞれ 12、1.0 とする。

　解 説　　　　　

【燃料油、空気の組成】
燃料油を 100g とします。
84wt%、16wt% なので、燃料油が 100g あれば、そのうち 84g が C、16g が H であるということです。モルに直しておくと、C 7mol、H₂ 8mol です。

完全燃焼の式は基本知識です。
C + O₂ → CO₂、2H₂ + O₂ → H₂O なので、完全燃焼には、O₂ が 7mol + 4mol = 11mol 必要です。すると空気は 55mol 必要です。過剰空気率が 20% なので、使用する空気は 55 × 1.2 = 66 mol です。空気の内訳は O₂ 13.2 mol、N₂ 52.8 mol です。

【C,H の燃焼】
90% の C が CO₂ に完全燃焼するので
CO₂ が 7 × 0.9 = 6.3 mol できます。使用される O₂ は 6.3 mol です。

10% の C が CO に不完全燃焼するので
CO が 7 × 0.1 = 0.7 mol できます。使用される O₂ は 0.35 mol です。

また、H₂ の燃焼で 4 mol O₂ が使用されます。

【燃焼ガスの組成】
水蒸気を除いた燃焼ガスの組成は、以下のようにまとめることができます。

・N₂ ：52.8 mol
・O₂ ：13.2 – (6.3 + 0.35 + 4) = 2.55 mol
・CO₂ ： 6.3 mol
・CO ：0.7 mol

合計：52.8 + 2.55 + 6.3 + 0.7 = 62.35 mol

CO₂ のガス組成は
6.3 ÷ 62.35 × 100 ≒ 10 mol%

O₂ のガス組成は
2.55 ÷ 62.35 × 100 ≒ 4.1 mol% となります。

以上より、正解は 3 です。

類題 R1no37 コークスの燃焼ガス組成
https://yaku-tik.com/yakugaku/km-r1-37/

溶解性ガスを含む気相と吸収液の液相が接触したとき、溶解性ガスが気相から気液界面へと移動し、液相に溶解する。このガス吸収に関して、二重境膜モデルを用いて考える。

気液界面近傍の気相境膜では、気相物質移動係数 k_G と圧力差によって移動速度が決まり、液相境膜では、液相物質移動係数 k_L と濃度差によって移動速度が決まる。液相における溶解性ガスの濃度、気相における溶解性ガスの分圧をそれぞれ C、P としたとき、物質移動速度として最も妥当なのはどれか。

ただし
気液界面では次のヘンリーの法則が成り立つものとし、ヘンリー定数をH とする。

P_i = HC_i
ここで、C_i、P_i はそれぞれ気液界面における溶解性ガスの濃度及び分圧である。

　解 説　　　　　

まず、気相における分圧 が大きくなれば、移動速度も大きくなると考えられるので、P の符号は正と考えられます。これで正解は 2 or 4 or 5 です。

後は二重境膜説における 気相総括移動係数 を K とおくと 1/K = 1/k_G + H/k_L であることを見たことがあれば、選択肢から 選べるのではないでしょうか。

以上より、正解は 5 です。

直径 D₁ の 2 本の円管が合流して直径 D₂ (= 2D₁) の円管となる流路がある。直径 D₁ の円管を流れる流体は同じ平均速度で滑らかに合流する。直径 D₁ の円管を流れる流体のレイノルズ数 Re₁ と直径 D₂ の円管を流れる流体のレイノルズ数 Re₂ の比 Re₁/Re₂ はおよそいくらか。

　解 説　　　　　

円管のレイノルズ数は Re = ud/ν …(1)　です。
u が平均流速、d が内径、ν が動粘度です。これは基礎知識です。

円管が合流すると、直径が 2 倍になっているかわりに、流量が２倍、断面積が ４倍だから連続の式 Q = Av より、v は 1/2 倍になります。

従って
(1) の u が半分、d が 2 倍になるので、レイノルズ数は不変です。Re₁ = Re₂ です。比は 1 です。

以上より、正解は 3 です。

類題 H27 no39 レイノルズ数
https://yaku-tik.com/yakugaku/km-27-39/

A から B が生成する反応は、次の反応式で表され、A についての一次反応である。

この反応を等温回分反応器を用いて、次の条件で行い、B を 1 時間当たり 3.0 × 10⁴ mol 生成したい。

このとき、必要な反応器の体積はおよそいくらか。ただし、log_e 0.2 = -1.6 とする。

1． 1.4 m³
2． 2.8 m³
3． 3.1 m³
4． 5.6 m³
5． 6.2 m³

　解 説　　　　　

一次反応なので、半減期 T_1/2 = ln2/k です。※ ln2 ≒ 0.7 も含め、基礎知識です。問われているのが 1 時間あたりなので、3600 をかけて k の単位を時間あたりに直すと、 k = 1.0 × 10^-4 /s → 0.36 /h です。半減期は 0.7/0.36 ≒ 2 時間とわかります。

反応器の体積が仮に 1m³ とすると、条件より A の濃度が 3.0 × 10⁴ なので、A が 3.0 × 10⁴ mol 存在します。

反応率 80% にいたるのは、大体 「2 半減期」過ぎたころです。つまり大体 4 時間後です。前処理と後処理の 30 分 × 2 を考慮すれば「計 5 時間」反応にかかります。

できあがる B の量は 反応式から「A の 80% × 2」です。5 時間かけて 4.8 × 10⁴ mol 生成なので、1 時間あたり ほぼ 1 × 10⁴ mol 生成です。

1 時間あたり B を「3 × 10⁴」mol ほしいので、必要な体積は 3 倍です。最も近い値を選択肢から選べば 3.1 m³ です。

以上より、正解は 3 です。

ちなみに、log_e0.2 = -1.6 は
[A] = [0.2A] になる時の時間 t を正確に求める場合に用います。

一次反応なので
[A] = [A₀]e^-kt です。ここで [A] = [0.2A] を代入し、両辺 ln 取った時に用いるヒントです。

参考　微分型速度式の積分型速度式への変換
https://yaku-tik.com/yakugaku/bk-4-1-2/