平成25年度 問28

100 kPa、27℃の空気で充満されている100 m³の密閉した室内で、純度100%の硫黄96 gを完全燃焼させた。室内の二酸化硫黄濃度の増加に最も近い値はどれか。
ただし、気体定数R＝8.3 m³ Pa K^-1 mol^-1、硫黄の原子量は32、酸素の原子量は16とし、室内の温度上昇は無視できるものとする。

1. 22 volppm
2. 267 volppm
3. 249 volppm
4. 747 volppm
5. 22,400 volppm

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解答解説

正答は4番です。

硫黄の原子量は32であり、純度100%の硫黄96gは3molです。また硫黄1molが燃焼する時、1molの二酸化硫黄が生成します。
S + O₂ = SO₂

理想気体の状態方程式PV=nRTより、生成する二酸化硫黄の体積を求めます。
V＝nRT/P＝3 mol × 8.3 m³ Pa K^-1 mol^-1 × 300 K / 100×10³ Pa＝0.0747 m³

100 m³の密閉した室内に対して燃焼する硫黄96gは微小量ですので、燃焼時の体積や温度への影響は無視すると考えます。空気100 m³に対し二酸化硫黄0.0747 m³のため0.0747/100＝0.000747（747×10^-6）、ppmオーダーで表すため1,000,000（10⁶）で割ると747volppmです。