令和4年度 問29

一酸化炭素1kgを空気比1.1で完全燃焼させるときに必要な空気量［m³］に最も近い値はどれか。空気、一酸化炭素、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。
　2CO+O₂→2CO₂
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、1 mol当たりの質量は、C：12 g/mol、O：16 g/mol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。

一酸化炭素の分子量は28です。1kgでは35.7mol（1,000g/28）です。一酸化炭素1kg（35.7mol）に対して必要な酸素の量は35.7÷2＝17.9mol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17.9mol×22.4L/mol＝401L（0.401m³）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、0.401m³×100/21＝1.9m³の空気が必要だと分かります。空気比を1.1に設定しているため、空気量は1.9m³×1.1＝2.1m³となります。