平成30年度 問28

100kPa、27℃の空気で充満されている100 m²の密閉した室内で、純度100%の硫黄80 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。

• 22 volppm
• 249 volppm
• 623 volppm
• 22400 volppm
• 56000 volppm

解答解説

正答は3番です。

硫黄の原子量は32であり、純度100%の硫黄80gは2.5mol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＝2.5 mol × 8.3 m³ Pa K^-1 mol^-1 × 300 K / 100×10³ Pa＝0.0623 m³

100 m³の密閉した室内に対して燃焼する硫黄80g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0.0623 m³のため0.0623/100＝0.000623（747×10^-6）、ppmオーダーで表すため1,000,000（10⁶）で割ると623volppmです。