国家公務員総合職（化学・生物・薬学）R2年問37解説

　問題　　　　　

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。

正解．3

　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/

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