令和3年度 問31

　メタノール（CH₃OH）を完全燃焼させるのに必要な理論空気量（m³／kg）に最も近い値はどれか。燃焼は0℃、101.3 kPaの条件下で実施され、反応は次式による。
　　CH₃OH+（3/2）O₂⟶CO₂+2H₂O
　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3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。

メタノールの分子量は32です。1kgでは31.3mol（1,000g/32）です。メタノール1kg（31.3mol）に対して必要な酸素の量は31.3×(3/2)＝47.0mol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47.0mol×22.4L/mol＝1053L（1.05m³）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、1.05m³×100/21＝5m³の空気が必要だと分かります。なお、実際には不完全燃焼を防ぐため5×1.1＝5.5m³程度の空気量を流すことになります。