令和2年度 公害防止管理者 大気特論 問4を解説｜メタンとプロパンの体積比
令和2年度 大気特論 問4は、メタンとプロパンを混焼して完全燃焼させ、空気比1.2・乾き排ガス中CO2濃度10 %のときのメタン／プロパンの体積比を求める計算問題です。選択肢からおよその値を選びます。
この問題のポイント
2種類の燃料が混ざっていても、やることは1種類のときと同じで、各燃料の反応式から生成CO2・必要な酸素・持ち込まれる窒素・過剰空気を積み上げて、乾き排ガス全量に対するCO2の割合を式にするだけです。分かれ目は空気比1.2を忘れないこと。過剰の酸素と、空気に付いてくる窒素の量が空気比で変わり、これを入れないとCO2濃度が合いません。未知数はメタンとプロパンのモル数の比だけなので、式は1本で解けます。
※ 問題文そのものは、産業環境管理協会が公開している公式サイトで確認できます。
正解：選択肢(4)（メタン／プロパン≒8）
各選択肢の正誤
| 選択肢 | 各選択肢の判定 | 解説 |
|---|---|---|
| (1) | ×（誤り） | 1ではプロパンの割合が多すぎ、CO2濃度が10 %より高くなります。 |
| (2) | ×（誤り） | 3でもプロパンが多めで、算出されるCO2濃度が10 %に届きません。 |
| (3) | ×（誤り） | 5では正解の比に届かず、条件を満たしません。 |
| (4) | ○（正しい） | 式を解くとメタン／プロパン≒8となり、乾き排ガスCO2濃度が10 %と一致します。 |
| (5) | ×（誤り） | 10ではメタンが多すぎ、CO2濃度が10 %より低くなります。 |
選択肢(4)のポイント（計算の手順）
メタンをa mol、プロパンをb molとします。反応は CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O、C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O。理論酸素量は 2a + 5b、生成CO2は a + 3b です。空気比1.2なので、過剰酸素は 0.2×(2a+5b)、空気に付いてくる窒素は 1.2×(2a+5b)×(79/21) です。乾き排ガス全量はCO2と過剰酸素と窒素の合計で、乾き排ガス中CO2＝(a+3b)÷乾き排ガス全量＝0.10 を立てて整理すると、a／b ≒ 8 が得られます。空気比を過剰酸素と窒素の両方に効かせるのが手順のカギです。
覚え方
- 混焼でも各燃料の反応式を足し合わせるだけ
- 空気比は過剰酸素と窒素の両方に効く
- 乾き排ガス＝CO2＋過剰O2＋N2（水分は除く）
理解度チェック
空気比1.2は計算のどこに効く？
供給空気量が理論量の1.2倍になるため、過剰酸素と、空気とともに入る窒素の量がともに増えます。両方に反映させます。
乾き排ガスに水分を入れないのはなぜ？
「乾き」は水分（H2O）を除いた排ガスを指すためです。CO2・過剰酸素・窒素だけを合計します。
出典
- 一般社団法人 産業環境管理協会「令和2年度 公害防止管理者等国家試験 大気特論 問題・正解」（公式PDF）
※ この記事の確認日：2026年7月