国家公務員総合職（化学・生物・薬学）R5年 問37解説

　問 題　　　　　

純度が 96.0 wt ％ の硫黄を 100 kg・h^-1 の質量流量で投入し、空気で燃焼する。このとき、反応器入口からは水も一緒に供給する。この出口ガスから H₂SO₄ と水を除去した生成ガスの分析結果は、SO₂ が 17.0 mol ％、O₂ が 3.0 mol ％、残りが N₂ であった。このとき生成した SO₂ の量として最も妥当なのはどれか。

ただし、空気の組成は O₂ が 21.0 mol ％、残りが N₂ とする。また、供給されたS のうちの一部は SO₃ にまで酸化され、水と反応して H₂SO₄ となり生成ガスの分析結果には表れない。なお、H，O，S の原子量はそれぞれ 1.0，16.0，32.0 とする。

1． 10.8 kg・h^-1
2． 91.5 kg・h^-1
3． 96.0 kg・h^-1
4． 183 kg・h^-1
5． 192 kg・h^-1

 

 

 

 

 

　解 説　　　　　

投入されるのは、96kg/h の S です。
mol に直しておくと 96 ÷ 32 = 3mol/h の S が投入されます。

S + O₂ → SO₂ …(1) です。S 1mol から SO₂ が 1 mol 生成されます。一部が SO₃ まで酸化され、これは水と反応して硫酸として処理されています。

出口ガスの組成が
SO₂ 17%、O₂ 3%、N₂ 80% ということなので、ほぼ空気の組成 (O₂ 21%、N₂ 79%) における O₂ が SO₂ になっています。つまり、投入した ほとんどの S が (1) の反応で SO₂ になり、反応分だけ 空気中の O₂ が減少しているとわかります。

もしも投入された S が全て SO₂ になると 3mol の SO₂ が出来ます。この時 192 kg/h 生成されます。実際は、これよりわずかに少ない量とわかるので、選択肢を見れば 183 kg/h が妥当です。

以上より、正解は 4 です。