次の文中の 内に入れるAからCまでの数値の組合せとして、正しいものは(1)~(5)のうちどれか。
なお、気体の体積は、標準状態(0℃、101.325kPa)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、次式で表すことができる。
O=22.4/A・c+22.4/B・(h-o/C)+22.4/32・s」
A B C
正答3
解説
正解は3です。
液体燃料1kgの理論酸素量を、炭素・水素・硫黄の燃焼反応式から導く問題です。
原本の式は、O=(22.4/A)c+(22.4/B)(h-o/C)+(22.4/32)s という分数の形です。
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、炭素12kgが酸素22.4m3と反応するので、A=12です。
水素の燃焼は2H2+O2=2H2Oで、水素4kgが酸素22.4m3と反応するので、B=4です。
燃料中の酸素oは、水素と結合して水になっているとみなします。
水H2Oでは水素2kgに酸素16kgが結合するので、酸素okgと結合している水素はo/8kgです。
したがって、燃焼に使える水素はh-o/8となり、C=8です。
硫黄の燃焼はS+O2=SO2で、硫黄32kgが酸素22.4m3と反応するので、最後の項の分母は32です。
【選択肢別解説】
1:× Bは4、Cは8が正しく、2・2の組合せは誤りです。
2:× AとBは正しいものの、Cは2ではなく8です。
3:○ A=12、B=4、C=8の組合せが正しいので、これが正解です。
4:× Aは炭素の原子量12で、14は窒素の原子量です。
BとCも誤りです。
5:× BとCは正しいものの、Aは14ではなく12です。
【ポイント】
分母は「炭素12、水素4、硫黄32、燃料中の酸素の補正は8」とセットで覚えます。
h-o/8は「有効水素」と呼ばれ、理論空気量の式でも同じ形で使われます。