出典：公益社団法人 日本技術士会「技術士第一次試験 過去問題」
メタン、メタノール、エタン、エチレン、エタノールを同じ質量だけ完全燃焼させたとき、二酸化炭素の生成量が最大となる有機化合物を、分子量と炭素原子数から選ぶ問題。
同じ質量の有機化合物を完全燃焼させたとき、二酸化炭素の生成量が最大となるものを選ぶ問題。
① 同じ質量で比べるCO₂の量は「炭素原子の数÷分子量」に比例
② メタン1/16≒0.063、メタノール1/32≒0.031、エタン2/30≒0.067、エチレン2/28≒0.071、エタノール2/46≒0.043
③ 最大はエチレン(④)
完全燃焼で生成するCO₂の物質量は、化合物1分子中の炭素原子の数(n)に比例する。同じ質量w(g)の化合物の物質量はw/M(Mは分子量)なので、生成するCO₂の物質量はn×w/Mとなる。したがってn/Mが最大のものを選べばよい。①CH₄:1/16=0.0625、②CH₃OH:1/32=0.031、③C₂H₆:2/30=0.0667、④C₂H₄:2/28=0.0714、⑤C₂H₅OH:2/46=0.0435。最大は④エチレン(n/M≒0.0714)である。
■ 炭素の数とCO₂の数
有機化合物を完全燃焼させると、分子の中の炭素原子1個が、CO₂1個になります。例えばエチレンC₂H₄は炭素を2個含むので、1分子からCO₂が2個できます。
■ 「同じ質量」で比べるときの考え方
分子量は分子1個分(1molあたり)の重さです。同じ質量の中に含まれる分子の数は「質量÷分子量」なので、同じ質量から出るCO₂の量は「1分子中の炭素原子の数÷分子量」に比例します。
同質量の完全燃焼でのCO₂生成量は、(炭素原子数)÷(分子量)に比例する。すなわち、質量当たりの炭素の割合(炭素含有率)が高い化合物ほどCO₂の生成量が多い。エチレンは炭素:水素の比が高く、炭素含有率が高い。
キーワード: 完全燃焼、二酸化炭素の生成量、分子量、有機化合物、物質量、材料・化学・バイオ
同じ問題が計2回出題されています(平成27年度、令和2年度)。