カルノーサイクル
1.
温度T1の高温熱源から熱Q1を吸収し、温度T2の低温熱源に熱Q2を放出するカルノーサイクルがある。T1=800K、T2=200Kのとき、放熱量と吸熱量の比(Q2/Q1)として最も近い値はどれか。
- ⑴0.25
- ⑵0.75
- ⑶1.3
- ⑷3.0
- ⑸4.0
正解！
不正解！
⑴0.25
200/800
=0.25
2.
温度T、の高温部で熱Q1を受け取り、温度T2の低温部で熱Q2を放出するカルノーサイクルがある。T1=1,000K、T2=400Kのとき、熱効率ηとして最も近い値は、次の⑴〜⑸のどれか。
- ⑴0.2
- ⑵0.4
- ⑶0.6
- ⑷0.8
- ⑸1.5
正解！
不正解！
⑶0.6
カルノーサイクル(熱効率η):(T1-T2)/T1より
(1000-400)/1000
=0.6
反応熱
3.
気体のメ夕ンとプロパンを体積比1:1で混合したガス1molを完全燃焼したときに発生する熱(kJ)として、最も近い値はどれか。ただし、燃焼に関わる物質の標準生成熱(kJ/mol) は以下のとおりとし、(g)は気体状態を、(L)は液体状態を示す。
CH4(g)：-75 C3H8(g)：-104 O2(g)：0
CO2(g)：-394 H2O(L)：-286
- ⑴900
- ⑵1200
- ⑶1600
- ⑷2400
- ⑸3200
正解！
不正解！
⑶1600
反応熱=(生成物の生成熱の和)-(反応物の生成熱の和)なので
メタンの燃焼の化学反応式
CH4+2O2→CO2+2H2O
反応熱は、
-394+(-286)×2-(-75)+0×2
=-891
プロパンの燃焼の化学反応式
C3H8+5O2→3CO2+4H2O
-394×3+(-286)×4-(-104)-0×5
=-2222
体積比1:1で混合したガス1molなので
891×0.5+2222×0.5
=1556.5kJ
≒1600kJ
4.
メタン及び水素が完全燃焼する反応(気体状態)の標準反応熱を、それぞれ -801kJ/mol、-242kJ/molとするとき、以下に示す反応の標準反応熱(kJ/mol)として、最も近い値はどれか。ただし、(g)は気体状態を示す。
CH4(g)+2H2O(g)→CO2(g)+4H2(g)
- ⑴559
- ⑵-167
- ⑶167
- ⑷559
- ⑸1043
正解！
不正解！
⑶167
CH4+2O2=CO2+2H2Oは、標準反応熱-801kJ/mol
H2+1/2O2=H2Oは、標準反応熱-242kJ/mol
となるので、4H2+2O2=4H2Oは、-242×4=-968kJ/mol
CH4をa
O2をb
CO2をc
H2Oをd
H2をe
としてCH4+2O2=CO2+2H2Oから4H2+2O2=4H2Oを引くと
a+2b=c+2d
-(4e+2b=4d)となり
a+2d=c+4eとなる
問題文のCH4+2H2O→CO2+4H2と同じ式になるので
-801-(-968)
=167kJ/molとなる。
エントロピー変化
5.
温度27°C、圧力150kPaにおいて、100の理想気体を等温で20ℓまで可逆的に膨張させたときのエントロピー変化(J/K)として最も近い値はどれか。ただし、気体定数R＝8.3J/(mo1 •K)、ln2 =0.70とする。
- ⑴-1.0
- ⑵1.4
- ⑶3.5
- ⑷7.0
- ⑸70
正解！
不正解！
⑶3.5
気体の状態方程式 PV=nRTより
n=PV/RT
n=150kPa×(20-10)ℓ / R×300
n=5/R
ΔS=n×R×ln(V2/V1)
ΔS=5/R×R×0.7
ΔS=3.5
6.
標準大気圧下で、水180gを温度100°Cで蒸発させた。このときのエントロピー変化(kJ/K)として最も近い値はどれか。ただし、水の蒸発熱は40kJ/molとする。
- ⑴1.1
- ⑵2.2
- ⑶3.3
- ⑷4.4
- ⑸5.5
正解！
不正解！
⑴1.1
H2Oは1mol=18gなので
180gは10mol
エントロピー変化：ΔS=ΔQ/T
(ΔQ=n×蒸発潜熱)
ΔS=10×40/(273+100)
=1.07 kJ/K
≒1.1 kJ/K