技術士の過去問
令和2年度（2020年）
基礎科目「材料・化学・バイオに関するもの」 問19

完全燃焼の場合、必ず酸素O₂と反応し、生成する物質は二酸化炭素CO₂と水H₂Oになります。

生成する二酸化炭素のモル数を比較します。

化合物①～⑤それぞれの質量を合わせるため、それぞれ1ｇと仮定すると、二酸化炭素の生成量は（1÷モル数）×二酸化炭素の係数 で算出できます。

①メタンCH₄の場合は、Cがひとつ、Hが4つで構成されています。

CにO₂がひとつでCO₂が1つ、H4個につきO₂が1つでH₂Oが2つ生成します。

燃焼の反応式はCH₄＋2O₂　→　2H₂O＋CO₂になります。

生成される二酸化炭素の係数は1になりますので

二酸化炭素の生成量は　1÷16×1 ＝ 1/16　になります。

同様に②～⑤を計算すると

②C₂H₄＋3O₂　→　2H₂O＋2CO₂

二酸化炭素の生成量は　1÷28×2 ＝ 1/14

③C₂H₆＋7/2×O₂　→　3H₂O＋2CO₂

二酸化炭素の生成量は　1÷30×2 ＝ 1/15

④CH₄O＋3/2×O₂　→　2H₂O＋CO₂

二酸化炭素の生成量は　1÷32×1 ＝ 1/32

⑤C₂H₆O＋3O₂　→　3H₂O＋2CO₂

二酸化炭素の生成量は　1÷46×2 ＝ 1/23

②が最も生成量の数値が高いため、②が正解となります。

有機化合物に関する基礎を問う問題です。技術士試験では頻出です。

まず、一つずつの化合物について、完全燃焼した際の反応式を書いてみましょう。

1.　CH₄＋2O₂→CO₂＋2H₂O

2.　C₂H₄+3O₂→2CO₂＋2H₂O

3.　2C₂H₆+7O₂→4CO₂+6H₂O

4.　2CH₄O+3O₂→2CO₂+4H₂O

5.　C2H₆O+3O₂→2CO₂+3H₂O

この各式を変形して、1分子あたり何分子の二酸化炭素が生成されるかを表すと

1.　CH₄＋2O₂→CO₂＋2H₂O　（そのまま）

2.　C2H₄+3O₂→2CO₂＋2H₂O　（そのまま）

3.　C2H₆+7/2O₂→2CO₂+3H₂O

4.　CH₄O+3/2O₂→CO₂+2H₂O

5.　C2H₆O+3O₂→2CO₂+3H₂O (そのまま)

有機化合物が1gずつあるとすると、それぞれのモル数は、

メタン 1/16 エチレン 1/28 エタン 1/30 メタノール 1/32 エタノール 1/46

となりますから、上の変形した各式のCO₂の係数にそれぞれのモル数をかけると、生成するCO₂のモル数が求まります。

1.　1/16x1=1/16

2.　1/28x2=1/14

3.　1/30x2=1/15

4.　1/32x1=1/32

5.　1/46x2=1/23

で、最大のモル数を持つのは2. のエチレンの場合ですので、

正解は2.となります。

完全燃焼とは酸素O2を加えて水と二酸化炭素を生成することです。

従ってすべて

m（有機化合物）＋nO₂ → p CO₂ + q H₂O

という式にします。（左辺と右辺で分子が一緒になるよう、mnpqを揃えます）

その後、m=1になるようにnpqをmで割ります。

化合物のモル数×二酸化炭素の係数で「二酸化炭素の生成量」を求めます。

①

CH₄+2O₂→2H₂O+CO₂

よって1/16

②

C₂H₄+3O₂→2H₂O+2CO₂

よって2/28=1/14

③

C₃H₆+2/7O₂→3H₂O+2CO₂

よって2/30=1/15

④

CH₄O+3/2O₂→2H₂O+CO₂

よって1/32

⑤C₂H₆O+3O₂→3H₂O+2CO₂

よって2/46=1/23

1/14が最大となるので２が正解となります