平成２７年度 技術検定実施日 甲種化学講習に係る 技術検定の解答のポイント 平成２７年 ５ 月３１日 ・模範解答ではありません。 ・問題を解くための主なポイントを示したものです。 ・電話等での解答に関する質問にはお答えできません。 学識 問１ (1) 理想気体では、分子は大きさをもたず、分子同士の相互作用はないものと仮定して いるが、実在気体では分子は大きさをもち、分子間に引力が働いている。 定数 b は分子 1 モルが占める体積（排除体積）を表す。実在気体のモル体積 Vｍ か ら b を減じた Vｍ － b が理想気体の示す体積になるとした。 一方、分子間に働く引力の大きさは、分子の濃度の 2 乗に比例すると考えられるた め、a / Vｍ２ で表した。分子間に引力が働けば、圧力は引力が働かない場合よりも小さ くなるので、実在気体の圧力を p とすると、 p ＋ a / Vｍ２ が理想気体の示す圧力になる とした。 (2) 式(1-2)に 3 / Vｍ,ｃ を掛け、これに式(1-3)を加えると、 2 R Tｃ ３ （ Vｍ,ｃ － b ） － 3 R Tｃ ２ Vｍ,ｃ （ Vｍ,ｃ － b ） ＝0 これを整理すると、2 Vｍ,ｃ － 3（ Vｍ,ｃ － b ）＝ 0 b ＝ (3) V ｍ,ｃ 3 臨界点において、式(1-1)は次式のように表される。 R Tｃ － Vｍ,ｃ － b pｃ ＝ 上式に、 a ＝ pｃ ＝ a Vｍ,ｃ ２ Vｍ,ｃ 9 R Tｃ Vｍ,ｃ 、 b＝ を代入すると、 3 8 3 R Tｃ 9 R Tｃ 3 R Tｃ － ＝ 2 Vｍ,ｃ 8 Vｍ,ｃ 8 Vｍ,ｃ Vｍ,ｃ ＝ 3 R Tｃ 8 pｃ 平成２７年度 技術検定実施日 甲種化学講習に係る 技術検定の解答のポイント 平成２７年 ５ 月３１日 ・模範解答ではありません。 ・問題を解くための主なポイントを示したものです。 ・電話等での解答に関する質問にはお答えできません。 学識 問２ (1) 等温膨張過程ではボイルの法則が成り立つため、p１ V１ ＝ p２ V２ となる。 したがって、 p２ / p１ ＝ V１ / V２ ＝（ 2 V０ ）/（ 6 V０ ）＝ 1/3 (1)より p１ ＝ p２ × 3 ＝ 1.26 × 3 ＝ 3.78 ＭＰａ (2) 断熱過程では、pV ＝ 一定 が成り立つので、p０V０ ＝ p１V１ となる。 V１ ＝ 2 V０ であるから、 p０ ＝ p１ × （ 2 V０ / V０ ）１．４ ＝ 3.78 × 2１．４ ＝ 9.98 ＭＰａ また、体積 V０ は状態方程式より、 V０ ＝ n R T０ / p０ ＝ 1.00×10３ × 8.31 × （ 273 ＋ 227 ）/(9.98 × 10６ ) ＝ 0.416 ｍ３ (3) 断熱膨張後の気体の温度を T１ とすると状態方程式より、 T１ ＝ p１V１ / （ nR ）＝ 3.78 × 10６ × 2 × 0.416 / ( 1.00 ×10３ × 8.31 ) ＝ 378 Ｋ 一方、等温膨張前後での体積比は（ V２ / V１ ）で題意より 3 であり、また、等温膨張過 程における吸熱量は気体が外部にした仕事と等しいから、 Q ＝ W ＝ n R T１ ln（ V２ / V１ ） ＝ 1.00 ×10３ × 8.31 × 378 × ln 3 ＝ 3.45×10６ Ｊ ＝ 3.45 ＭＪ 平成２７年度 技術検定実施日 甲種化学講習に係る 技術検定の解答のポイント 平成２７年 ５ 月３１日 ・模範解答ではありません。 ・問題を解くための主なポイントを示したものです。 ・電話等での解答に関する質問にはお答えできません。 学識 問３ p (Ｎ２Ｏ４ ) [ p(ＮＯ２)]２ (1) Kp ＝ (2) 全圧 100 ｋＰａ において、p（ ＮＯ２ ） ＝ 30 ｋＰａ 、p( Ｎ２Ｏ４ )＝ 70 ｋＰａ なので、 Kp ＝ 70 / 30２ ＝ 0.078 ｋＰａ－１ (3) 「注射器を(Ａ)の方向から見たときの色の濃さ」 ＮＯ２ の分圧がおよそ 30 ｋＰａ から 20 ｋＰａ に減少するので薄くなる。 「注射器を(Ｂ)の方向から見たときの色の濃さ」 ル・シャトリエの法則により、ＮＯ２ の総量が増加するので濃くなる。 (4) 温度上昇により平衡が左に偏るので、発熱反応である。 (5) ＮＯ２ のモル分率は、全圧 100 ｋＰａ では 0.50 で、すべての圧力で 298 Ｋ の場合より ＮＯ２ モル分率〔－〕 大きい。また全圧が低下するにつれて、1.0 に漸近する。よって、下図のようになる。 全圧〔ｋＰａ〕 平成２７年度 技術検定実施日 甲種化学講習に係る 技術検定の解答のポイント 平成２７年 ５ 月３１日 ・模範解答ではありません。 ・問題を解くための主なポイントを示したものです。 ・電話等での解答に関する質問にはお答えできません。 学識 問４ エチレンの燃焼反応および燃焼熱 QＣ は、 Ｃ２Ｈ４ ＋ 3 Ｏ２ → 2 ＣＯ２ ＋ 2 Ｈ２Ｏ QＣ ＝（＋ 53 ）－（－ 394 × 2 － 242 × 2 ）＝ 1325 ｋＪ/ｍｏｌ エチレンのモル質量は 0.028 ｋｇ/ｍｏｌ であるので、ＴＮＴ 当量 Wｅｑ は、 Wｅｑ ＝ 1000 1325 0.028 4190 0.089 ＝ 1005 ｋｇ 換算距離 は、 １/３ ＝ 200 / (1005) ≒ 200 / 10.0 ＝ 20.0 ｍ/ｋｇ１/３ 換算距離 20.0 ｍ/ｋｇ１/３ のときの爆風ピーク過圧 p は、換算距離と爆風ピーク過圧の 関係のグラフより、 p ≒ 5.5×10３ Ｐａ ＝ 5.5 ｋＰａ 平成２７年度 技術検定実施日 甲種化学講習に係る 技術検定の解答のポイント 平成２７年 ５ 月３１日 ・模範解答ではありません。 ・問題を解くための主なポイントを示したものです。 ・電話等での解答に関する質問にはお答えできません。 学識 問５ (1) ガス名 ガス名 イ アセチレン ホ メタン ロ アンモニア ヘ 硫化水素 ハ 二酸化炭素 ト 一酸化炭素 ニ ブタジエン (2) ① 分子式 Ｃ２Ｈ４Ｏ エチレングリコールの原料 ② 用 途 エタノールアミンの原料 ③ 容器に充てん する場合 充てん容器内に窒素または二酸化炭素を加え希釈する。 ④ 容器から取り 出す場合 液相から取り出す。 平成２７年度 技術検定実施日 甲種化学講習に係る 技術検定の解答のポイント 平成２７年 ５ 月３１日 ・模範解答ではありません。 ・問題を解くための主なポイントを示したものです。 ・電話等での解答に関する質問にはお答えできません。 学識 問６ (1) 飽和蒸気圧および沸点 十分多量の液体が一定温度で限られた空間と接している場合、平衡状態に達すると 液体が蒸発して発生した蒸気の圧力は一定になる。この状態を飽和といい、そのとき の圧力を飽和蒸気圧または蒸気圧という。飽和蒸気圧は温度が上昇すると高くなる。 大気圧下において液体が加熱されて、飽和蒸気圧が大気圧に等しくなると、液体内 部からもさかんに気泡が生じるようになる。この現象を沸騰といい、このときの温度 を沸点という。 (2) 閉じた系における熱力学の第一法則 閉じた系ではエネルギーの出入りは可能であるが、物質の出入りはできない。閉じ た系に熱量 Q が流入するとき、Q は内部エネルギーの増加 U と外界への仕事 W の 和に等しい。これを式で表せば、 Q ＝ U ＋ W となる。これを熱力学の第一法則またはエネルギー保存則という。 (3) 総括化学反応式と素反応 例えば、水素ガスと酸素ガスの燃焼反応は、全体として、 2 Ｈ２ ＋ Ｏ２ → Ｈ２Ｏ のように表される。このように反応全体を表した式を総括化学反応式という。ただし、 実際の化学反応は総括反応が直接起こっているのではなく、種々のラジカル、原子、 分子がかかわる多くの反応が同時に進行している。それらの反応を素反応という。 総括化学反応式は、多くの素反応の総和としての収支を表す式であるということが できる。 (4) 固体吸着剤における吸着の原理 気体または液体の分子が固体の表面に付着する現象を吸着という。また、表面で吸 着を生じる固体を吸着剤、吸着される気体や液体を吸着質という。吸着剤には、一般 に多孔質で表面積が大きい物質が用いられる。吸着には、ファン・デル・ワールス力、 静電気力あるいは水素結合によって生じる物理吸着と、化学変化によって生じる化学 吸着がある。物理吸着は、吸着剤の温度や雰囲気の圧力を変化させることで吸着分子 を吸脱着させて吸着と再生を繰り返すことができるので、吸着分離操作では主に物理 吸着が利用される。
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