2021年度ガス主任技術者試験(乙種)に出題された過去問を、解説付きで試験と同様全15問をクイズ形式でご用意しました。
ぜひ最後までチャレンジしてみてください。
問1 実在気体の臨界現象に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。
⑴ 臨界温度及び臨界圧力を超えた温度及び圧力のガスを超臨界ガスと呼ぶ。
⑵ 気体が等温で圧縮され、液化が始まり、気体と液体が共存するときの圧力を飽和蒸気圧という。
⑶ メタンの臨界温度は約-83°Cであるから、メタンを液化するにはこの温度以下にする必要がある。
⑷ 二酸化炭素は臨界温度が比較的高いので、常温で圧力を加えるだけで液化する。
⑸ 臨界温度より高い温度の気体であっても、圧力を上げれば液化することができる。
答え5
臨界温度より高い温度の気体は、圧力を上げても液化することができない。
問2 プロパン22kgを27°C、100kPaで完全に気化させた場合の体積(m^3)として、最も近い値はどれか。ただし、プロパンは理想気体とし、気体定数は8.3J/(mol•K)とする。
⑴10 ⑵12 ⑶16 ⑷20 ⑸34
答え2
PV=nRT
V=nRT/P
プロパン22kgは500mol
V=500×8.3×(27+273)/(100×10^3)
V=12.45 m^3
V≒12 m^3
問3 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。
⑴ 50:50
⑵ 54:46
⑶ 60:40
⑷ 70:30
⑸ 82: 18
答え2
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
問4 カルノーサイクルにおいて、次の温度条件のうち、熱効率が最大になるものはどれか。
⑴ 高温熱源：1000K、低温熱源：400K
⑵ 高温熱源：1000K、低温熱源：500K
⑶ 高温熱源：1200K、低温熱源：300K
⑷ 高温熱源：1200K、低温熱源：500K
⑸ 高温熱源：1400K、低温熱源：500K
答え3
(1200-300)/1200
=0.75
上記が設問の中で最大値になる。
問5 気体の熱力学に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。
⑴ 熱も仕事もエネルギーの一形態である。
⑵ カルノーサイクルを用いると、仕事は熱に、熱は仕事に完全に変えることができる。
⑶ 等温、定圧で2種の理想気体を混合すると、エントロピーは増加する。
⑷ 理想気体を可逆的に断熱膨張させた場合、気体の温度は低下する。
⑸ 断熱系における理想気体の自由膨張では、気体の温度は変化しない。
答え2
カルノーサイクルとは、理論上の最大効率を示すものであって、現実的にカルノーサイクルを持つ熱機関を作ることは不可能である。比較対象の基準となるサイクルとして用いられる。
問6 化学反応と化学平衡に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。
⑴ 電気化学反応は、化学反応を電子の授受を介して行うもので、電子を放出する反応をアノード反応という。
⑵ 燃焼では、発熱を伴う激しい物質の化学反応が起こる。
⑶ ル・シャトリエの原理は、平衡状態にある反応系で、その状態に対して何らかの変動を加えたとき、平衡が移動する方向を示す原理のことである。
⑷ 酸化反応は、対象とする物質が電子を受け取る化学反応のことである。
⑸ 一次電池とは、直流電力の放電のみができ、充電ができない電池のことである。
答え4
酸化反応は、対象とする物質が電子を失う化学反応のことである。
問7 次の反応の標準反応熱(kJ/mol)として、最も近い値はどれか。
CO2+4H2→CH4+2H2O
ただし、すべての物質は気体状態とし、各成分の標準生成熱(kJ/mol)は次の値とする。
CH4:-75 CO2:-394 H2O:-242 H2:0
⑴-165 ⑵-77 ⑶2 ⑷77 ⑸165
-75+(-242)×2-(-394)×0×4
=-65kJ/mol
問8 水素2m^3を空気6m^3で完全燃焼させた。空気比として最も近い値はどれか。ただし、水素及び空気は標準状態(0°C、101325Pa)とし、空気は窒素と酸素が体積比4:1で混合したものとする。
⑴0.8 ⑵1.0 ⑶1.2 ⑷2.4 ⑸3.0
答え3
2H2+O2→2H2O
上記の水素の反応式より、水素2m^3を完全燃焼させるのに必要な酸素は1m^3
問題文より、空気は窒素と酸素が体積比4:1で混合したものということなので
酸素は1m^3に対し窒素は4m^3になるので、水素2m^3を完全燃焼するのに必要な理論空気量は5m^3となる。
6m^3÷5m^3
=1.2
問9 燃料の発熱量に関する次の記述について、「 」の中の(イ)~(ホ)にあてはまる語旬の組合せとして最も適切なものはどれか。
発熱量の定義には、水蒸気の潜熱を含む場合の発熱量である「イ」と、含まない場合の発熱量である「ロ」の二種類が設けられている。「イ」は、「ハ」、「ロ」は、「ニ」と呼ばれることもある。供給ガスの発熱量は一般に「ホ」で表す。
⑴(イ)総発熱量 (ロ)真発熱量 (ハ)HHV (ニ)LHV (ホ)総発熱量
⑵(イ)総発熱量 (ロ)真発熱量 (ハ)HHV (ニ)LHV (ホ)真発熱量
⑶(イ)総発熱量 (ロ)真発熱量 (ハ)LHV (ニ)HHV (ホ)総発熱量
⑷(イ)真発熱量 (ロ)総発熱量 (ハ)LHV (ニ)HHV (ホ)真発熱量
⑸(イ)真発熱量 (ロ)総発熱量 (ハ)HHV (ニ)LHV (ホ)真発熱量
答え1
(イ)総発熱量 (ロ)真発熱量 (ハ)HHV (ニ)LHV (ホ)総発熱量
問10 流体が内径0.1mの直円管内を流れている。平均流速が1m/sのとき、質量流量(kg/s)として最も近い値はどれか。ただし、流体の密度は1000kg/m^3とする。
⑴8 ⑵10 ⑶16 ⑷31 ⑸100
答え1
連続の式より
Q=ρ•π•d^2•υ / 4
内径：d 平均流速：υ 質量流量：Q 密度：ρ
Q=1000×π×0.1^2×1/4
Q≒8
問11 内径200mmの直円管の一端を円錐状に絞り内径10mmの直円管をつなげ、一定の流量のガスを流している。内径200mmの直円管部分における平均流速が1.0m/sのとき、内径100mmの直円管部分における平均流速(m/s)として、最も近い値はどれか。ただし、管内でガスの密度は一定とする。
⑴0.25 ⑵0.5 ⑶2.0 ⑷4.0 ⑸8.0
答え4
d1^2×υ1=d2^2×υ2
200×1.0=100×υ2
υ2=4
問12 平板の熱伝導に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。ただし 、平板内の熱伝導率は一定とし、熱伝導は定常な状態とする。
⑴ 伝熱量は、単位時間あたりに平板を通過するエネルギー量である。
⑵ 平板を通過する熱流束は、単位面積あたりの伝熱量である。
⑶ 平板を通過する熱流束は、両面の温度差に比例する。
⑷ 平板を通過する熱流束は、平板の厚みに比例する。
⑸ 平板を通過する熱流束は、平板の熱伝導率に比例する。
答え4
平板を通過する熱流束は、平板の厚みに反比例する。
問13 平均熱伝導率2W/(m•K)、厚さ20cmの耐火レンガにおいて、高温側の表面の温度が800°C、熱流束が6kW/m^2であるとき、低温側の表面の温度(°C)として、最も近い値はどれか。
⑴40 ⑵100 ⑶200 ⑷650 ⑸799
答え3
q=k(T1-T2)/L
Q：熱流束 k：平均熱伝導率 T：温度差 L：厚さ
6000=2×(800-T2)/0.2
T2=200
問14 炭素鋼に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。
⑴ 炭素鋼は、鉄に主な合金元素として炭素を含む鋼であり、少量の不純物を含んでいる。
⑵ 炭素含有割合によって炭素0.30%以下は低炭素鋼、0.45%以上は高炭素鋼と呼ばれる。
⑶ 引張強さが490MPa未満の炭素鋼が一般に用いられ、490MPa以上の炭素鋼は高張力鋼と呼ばれる。
⑷ 不純物としてリンは硬さや引張強さを増し、伸びを減らすが、延性-ぜい性の遷移温度を高める。
⑸ 炭素鋼は炭素量が増加するに従い引張強さは減少し、伸びは増す。
答え5
炭素鋼は炭素量が増加するに従い引張強さは増加し、伸びは減少する。
問15 延性材料からなる円柱状の試験片に対し常温で引張試験を行った。降伏点での引張力が40000N、引張応力が200MPaであったとき、試験片の原断面積(m^2)として、最も近い値はどれか。
⑴2×10^-5
⑵2×10^-4
⑶4×10^-4
⑷8×10^-4
⑸2×10^-3
答え2
原断面積 = 引張力/引張応力
1N/mm^2=1MPaより
1N/m^2=1MPa×10^6
原断面積=40000/200×10^6
=2×10^-4