基礎理論【乙種】混合気体の性質、熱・仕事・エネルギー、熱容量 全4問

混合気体の性質

1.


真空にした金属容器にメタン32g、酸素32gを入れたところ、全圧が3.0MPaとなった。メタンの分圧(MPa)として最も近い値はどれか。

  • ⑴0.5
  • ⑵1.0
  • ⑶1.5
  • ⑷2.0
  • ⑸2.5

正解!正解!

不正解!不正解!

⑷2.0

CH4:32g=2mol
O2:32g=1mol
分圧はモル比に比例するので
3.0×2/(1+2)
=2.0

2.


メタンとプロパンをある体積比で混合したところ、同一温度、同一圧力の空気と密度が等しくなった。メタンとプロパンの体積比として、最も近い値はどれか。ただし、空気は、窒素と酸素が体積比4:1で混合したものとし、物質はいずれも理想気体とする。

  • ⑴50:50
  • ⑵54:46
  • ⑶60:40
  • ⑷70:30
  • ⑸82:18

正解!正解!

不正解!不正解!

⑵54:46

空気1molは、窒素(N2)80%、酸素20%なので
28×0.8+32×0.2
=28.8g
メタンの体積比をaとし、プロパンの体積比を(a-1)とする
16×a+44(1-a)=28.8
a=0.54
プロパンの体積比は、1-0.54より0.46になる
よって、メタンとプロパンの体積比は54:46

熱・仕事・エネルギー

3.


圧力100kPaの理想気体10m^3を定圧膨張させて12m^3にした。このとき、理想気体がした仕事(kJ)として最も近い値はどれか。ただし、外気の圧力は100kPaとする。

  • ⑴10
  • ⑵20
  • ⑶50
  • ⑷120
  • ⑸200

正解!正解!

不正解!不正解!

⑸200

仕事W=P•(V2-V1)
=100×(12-10)
=200 (KJ)

熱容量

4.


容積一定の容器に入れた温度20°Cの窒素1.0kmolを、120°Cになるまで加熱した。このとき窒素に加えた熱量(kJ)として、最も近い値はどれか。ただし、加えた熱はすべて窒素の温度上昇に用いられるものとし、窒素の定積比熱容量 Cv=0.75kJ/(kg•K)とする。

  • ⑴500
  • ⑵1100
  • ⑶2100
  • ⑷2500
  • ⑸3200

正解!正解!

不正解!不正解!

⑶2100

Q=mCvΔT
m:空気の質量
Q=28×0.75kJ/(kg/K)×(120-20)℃
Q=2100 kJ