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・エチレン・エタン・メタノール・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ものを求める問題。分子量と炭素原子数の比から単位質量当たりのCO2生成量を計算する必要がある。
メタン・エチレン・エタン・メタノール・エタノールという5つの有機化合物のうち、同じ質量を完全燃焼させたときに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、エチレン2/28≒0.071、エタン2/30≒0.067、メタノール1/32≒0.031、エタノール2/46≒0.043
③ 最大はエチレン(②)
同じ質量(例えば1g)の化合物を完全燃焼させたときのCO2生成量(モル数)は、その化合物1分子中の炭素原子数を分子量で割った値に比例する。この比を計算すると、メタン(CH4)は1/16≒0.0625、エチレン(C2H4)は2/28≒0.0714、エタン(C2H6)は2/30≒0.0667、メタノール(CH4O)は1/32≒0.0313、エタノール(C2H6O)は2/46≒0.0435となる。この中で最も大きい値はエチレンの0.0714であるため、②が正しい。
■ 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。
同じ質量の有機化合物を完全燃焼させたときのCO2生成量を比較する際は、各化合物の「炭素原子数÷分子量」の比(炭素の質量割合に相当)を計算して比較すればよい。水素や酸素を含む分だけ分子量が大きくなる化合物ほど、同じ質量当たりの炭素の割合が小さくなる点に注意する。
キーワード: 完全燃焼、分子量、有機化合物、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)。