国家公務員総合職（化学・生物・薬学）R3年問26解説

　問題　　　　　

燃料電池に関する次の記述の㋐、㋑、㋒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。

「リン酸型燃料電池では、負極では㋐の反応、正極では㋑の反応が起こる。

また、ある水素－酸素燃料電池を用いた自動車は、水素を外部から供給するベンチテストでは、5.0 kg の水素で 600 km 走行できる。

この燃料電池自動車が 1.0 km 走行する際に排出する水の質量は、およそ㋒ g となる。ただし、水素は全て走行に使われるものとし、水素と酸素の原子量はそれぞれ 1.0 及び 16 とする。」

正解．3

　解説　　　　　

㋐ですが
燃料電池の負極では、水素が電子を放出して水素イオンになります。正解は 3 or 4 です。これにより、㋑は O₂ + 4H⁺ + 4e^– → 2H₂O とわかります。

㋒ですが
まず、㋐、㋑の半反応式を電子の係数をあわせて足せば「2H₂ + O₂ → 2H₂O」です。式の係数から、消費した水素のモル数と水のモル数が等しいとわかります。

5.0kg の水素で 600km 走行なので
1km 走行するには
5.0/600 kg
= 1/120 kg
= 1000/120g (1kg → 1000g)
= 500/120 mol (2g → 1mol) の H₂ が必要です。

同 mol の水は
(500/120) mol × 18 = 75g です。

以上より、正解は 3 です。

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