令和7年度 大気特論 問3は、プロパンの完全燃焼に関する計算問題です。乾き燃焼排ガス中のCO2濃度から、空気比とO2濃度の組合せを求めます。
プロパン C3H8 を完全燃焼させると、CO2・H2O が生じ、過剰に入れた空気の分だけ排ガス中にO2とN2が残ります。乾き排ガスは水蒸気を除いた成分なので、CO2濃度が分かれば「排ガス全体に対してCO2が薄まっている度合い」から過剰空気の量、すなわち空気比が逆算できます。空気比が決まれば余分なO2も計算でき、O2濃度が出ます。分かれ目は、過剰空気で増えるのはO2だけでなくN2も一緒に増える点を見落とさないことです。
※ 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(5)
| 選択肢 | 各選択肢の判定 | 解説 |
|---|---|---|
| (1) | ×（誤り） | 空気比1.10、O22.07%。CO2=11.82%と整合しません。 |
| (2) | ×（誤り） | 空気比1.12、O22.43%。計算値と一致しません。 |
| (3) | ×（誤り） | 空気比1.12、O22.63%。空気比・O2とも合いません。 |
| (4) | ×（誤り） | 空気比1.15、O22.76%。空気比は合いますがO2濃度が一致しません。 |
| (5) | ○（正しい） | 空気比1.15、O2約2.96%。CO2=11.82%から求めた値と一致します。 |
プロパンの燃焼は C3H8 ＋ 5O2 → 3CO2 ＋ 4H2O です。燃料1molあたり理論酸素量は5mol、理論空気中のN2は 5×(79/21)≒18.81mol。空気比を m とすると、乾き排ガスの内訳は CO2＝3、N2＝18.81m、過剰O2＝5(m−1) です。乾き排ガス合計は 3＋18.81m＋5(m−1)＝21.81＋23.81(m−1)。
CO2濃度＝3／〔21.81＋23.81(m−1)〕＝0.1182 を解くと、分母＝3／0.1182≒25.38 となり、m≒1.15（空気比1.15）が得られます。このときの過剰O2は 5×(1.15−1)＝0.75mol で、O2濃度＝0.75／25.38≒2.96%。よって正解は空気比1.15・O2約2.96%の(5)です。過剰空気でN2も増える分を分母に入れ忘れると(4)のようなO2値になります。
乾き燃焼排ガスとは何を除いたガスのこと？
水蒸気（H2O）を除いた排ガスです。CO2・O2・N2などの乾いた成分で濃度を考えます。
空気比を求めるとき、過剰空気で増えるのはO2だけ？
いいえ。過剰空気にはN2も含まれるので、O2とN2の両方が増えます。乾き排ガス量の計算で見落とさないようにします。
出典
※ この記事の確認日：2026年6月