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危険物取扱者試験 乙4の過去問/予想問題「第23699問」を出題

問題

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11.2gの一酸化炭素が完全燃焼するときの酸素量は、標準状態 (0°C、1気圧 (1.013×105 Pa)で何リットルか。ただし、標準状態1molの気体の体積は22.4リットルとし、原子量はC=12、O=16とする。
   1 .
1.12 リットル
   2 .
2.24 リットル
   3 .
4.48 リットル
   4 .
8.96 リットル
   5 .
11.2 リットル
( 危険物 乙4の過去問/予想問題 問109 )

この過去問の解説 (4件)

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一酸化炭素が完全燃焼して酸素と結びつくと、二酸化炭素が出来ます。
それを化学式で表すと 次のようになります。

2・CO + O2 = 2・CO2

式の左側をみると、
一酸化炭素2つで、酸素1つと結びつくことがわかります。

数で考えると、完全燃焼するときの酸素は
一酸化炭素の「半分の数」 ということになります。

----

まず、COの分子量を求めます。

分子量 C=12、 O=16より、
CO=12+16=28

COの分子量が28 ということは、
CO(一酸化炭素)を 28g 集めると 1mol になる、ということです。

11.2g の一酸化炭素は、0.4mol です。
(11.2 ÷ 28 = 0.4 より)

完全燃焼するとき、一酸化炭素の「半分の数」の酸素が必要なので
必要な酸素は 0.2mol です。

1mol の気体の体積は 22.4リットルなので、

0.2 × 22.4 =4.48 より
求める酸素量は、4.48リットル となります。


※mol は、原子、分子の数を表すようなものです。
 原子、分子はとても小さく、たかだか1gでも、非常に多くの数になります。
 そのため、実際の数を表すと不便なため、mol を使います。
 1mol は 6×10^23 個 で、分子量は1mol になる質量を表しています。
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一酸化炭素の化学式はCOなので一酸化炭素1molの重さは28g(12 + 16)で、
完全燃焼する際の化学式は
2CO + O2 → 2CO2
と分かります。

11.2gの一酸化炭素は0.4mol(11.2 ÷ 28)で、
燃焼に必要な酸素は0.2mol(0.4 ÷ 2)です。

標準状態1molの気体の体積は22.4リットルなので
22.4×0.2=4.48

より4.48リットルです。
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一酸化炭素の完全燃焼の式は、2CO + O2→2CO2、
11.2gの一酸化炭素は、11.2÷28=0.4より、0.4 molです。この一酸化炭素が完全燃焼する時、完全燃焼の式より、0.2molの酸素を消費します。
よって、酸素の消費量は、22.4×0.2=2.24より、4.48リットルです。

化学の基本法則
① 質量保存の法則
化学変化の前後では、物質全体の質量の総和は変化しません。

② 倍数比例の法則
異なる2種の元素からなる化合物では、一方の元素の一定質量と化合する他の元素の質量は、簡単な整数比になります。

炭素24gと酸素が反応し二酸化炭素になる場合、64gの酸素が反応し、88gの二酸化炭素が生成します。
この場合、炭素と酸素の質量比は、24:64=3:8になります。

③ 定比例の法則
同じ化合物であれば、化合物を構成する元素の質量比は常に一定です。

④ アボガドロの法則
すべての気体1molは、標準状態で22.4リットル、気体分子数は6.02×1023個です。

化学式
① 分子式
分子を構成している原子数を元素記号の右下に付けて表します。

② 組成式
化合物を構成する原子やイオンの数の割合を最も簡単な整数比で示した式です。

③ 示性式
分子式の中から特定の官能基を抜き出して表した化学式です。

④ 構造式
分子内での原子の結合のしかたを直線で表した化学式です。
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まずは化学反応式を書きましょう。
2 CO + O2 → 2CO2
反応する一酸化炭素と酸素のモル比は2:1であることが分かります。

次に、一酸化炭素CO(分子量28*)の物質量は
11.2 g / 28 g mol^-1 =0.4 mol

反応に用いた酸素はこの1/2モルだから
0.4 mol / 2 = 0.2 mol

条件より1 molの気体(標準状態)の体積は22.4 Lであるから
0.2 mol × 22.4 L mol^-1 = 4.48 L 【答】
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