令和元年度 問29

　プロパン1 kgを14.5 m³の空気で完全燃焼させたときの空気比に最も近い値はどれか。プロパンガス、燃焼ガスはともに0℃、101.3 kPaの条件下にあり、反応は次の式による。
　　C₃H₈＋5O₂→3CO₂＋4H₂O
　ただし、空気中の酸素濃度、窒素濃度はそれぞれ21.0 vol%、79.0 vol%とし、各元素の原子量は、H=1、C=12、O=16とする。

解答解説

正答は2番です。

空気比とは、燃料を完全に燃焼させるために理論的に必要な空気量（理論空気量）と実際に燃焼用として送り込まれた空気量との比です。燃焼において酸素が足りない状態だと不完全燃焼となりCOが発生してしまうため若干空気比を1より高めに設定します。

プロパンの分子量は44です。1kgでは22.7mol（1,000g/44）です。プロパン1kg（22.7mol）に対して必要な酸素の量は22.7×5＝113.5molです。標準状態（0℃、1気圧）のとき気体は22.4L/molであるため、必要な酸素の量は113.5mol×22.4L/mol＝2,542L（2.54m³）です。

空気中の酸素濃度、窒素濃度はそれぞれ21.0 vol%、79.0 vol%であることから、2.54m³×100/21＝12.1m³の空気が必要だと分かります。燃焼に使用した空気量が14.5m³であるため、空気比は14.5÷12.1＝1.2倍となります。