次の文中の□に入れるAからCの数字の組合せとして、正しいものは(1)〜(5)のうちどれか。
なお、体積は、標準状態の体積とする。
「液体燃料1kg当たりの理論酸素量O(㎥)は、燃料1kgに含まれる炭素、水素、酸素及び硫黄の量をそれぞれc、h、o及びs(kg)とすれば、次式で表わすことができる。O＝22.4/A×c＋22.4/4×(h－o/B)＋22.4/C×s」
正答4
解説
正解は4です。
液体燃料の理論酸素量の式を、各元素の燃焼反応から組み立てる問題です。
標準状態では、気体1kmolの体積は22.4m³です。
【計算】
炭素の燃焼はC＋O₂＝CO₂です。
炭素12kgが酸素22.4m³と反応するので、炭素1kg当たりの酸素量は22.4/12m³となり、A＝12です。
水素の燃焼は2H₂＋O₂＝2H₂Oです。
水素4kgが酸素22.4m³と反応するので、水素1kg当たりの酸素量は22.4/4m³です。
燃料中の酸素は、すでに燃料中の水素と結合しているとみなします。
水は水素2kgと酸素16kgの割合で結合しているので、酸素okgと結合している水素はo/8kgです。
燃焼に使われる水素はh－o/8となるので、B＝8です。
硫黄の燃焼はS＋O₂＝SO₂です。
硫黄32kgが酸素22.4m³と反応するので、硫黄1kg当たりの酸素量は22.4/32m³となり、C＝32です。
【選択肢別解説】
1：× A＝8、C＝16とする点が誤りです。
炭素の原子量12からA＝12、硫黄の原子量32からC＝32となります。
2：× B＝2、C＝16とする点が誤りです。
水の水素と酸素の質量比は1対8なのでB＝8、硫黄の原子量からC＝32となります。
3：× B＝2とする点が誤りです。
水の水素と酸素の質量比は1対8なので、B＝8となります。
4：○ A＝12、B＝8、C＝32で、すべて燃焼反応式から導いた値と一致します。
5：× A＝14、C＝16とする点が誤りです。
14は窒素の原子量であり、炭素はA＝12、硫黄はC＝32です。
【ポイント】
理論酸素量は、O＝22.4/12×c＋22.4/4×(h－o/8)＋22.4/32×s（m³/kg）です。
理論空気量は、空気中の酸素の体積割合0.21で理論酸素量を割って求めます。