甲種危険物取扱者の過去問と解説(化学・物理)

【正答3】

1.　メタノール、アルミニウム・・・✕

メタノールは液体であり蒸発燃焼をします。

アルミニウム粉は固体であり、金属粉は表面燃焼をします。

2.　エタノール、ガソリン・・・✕

エタノールもガソリンも液体であり蒸発燃焼をします。

3.　木炭、アルミニウム粉・・・○

木炭、アルミニウム粉はともに固体であり、表面燃焼する物質です。

4.　木炭、木材・・・✕

木炭、木材はともに固体ですが、木材は分解燃焼する物質です。

木炭と木材は字面が似ていますので注意が必要です。

5.　木材、ガソリン・・・✕

木材は分解燃焼する固体、ガソリンは蒸発燃焼する液体でした。

【正答4】

まずはメタノールが完全燃焼するときの化学反応式を確認しましょう。

メタノールの分子式はCH₃OHです。

燃焼では酸素が結合するため、基本的に二酸化炭素と水が生成されます。

化学反応式の書き方

まず左辺に反応物、右辺に生成物を書き→で繋ぎます

CH₃OH＋O₂→CO₂＋H₂O

次に係数をつけます

2CH₃OH＋3O₂→2CO₂＋4H₂O

つまり、メタノール(CH_３OH)２分子が反応するのに必要な酸素分子(O₂)は3 分子ということがわかります。

今回メタノールが3 molあるため、酸素は9/2 mol必要ということになります。

また、アボガドロの法則に従うと、0℃、１気圧での1 mol(6.0×10²³個)の分子が占める体積は22.4 Lです。

よって、燃焼に消費される酸素量は以下のように計算されます。

22.4 (L/mol)×9/2 (mol)=100.8 (L)

ただし、今回は20℃、1気圧での体積ですので、ここから更にボイル・シャルルの法則で計算をしていきます。

ボイル・シャルルの法則は、気体の温度、体積、圧力に関する方程式でした。

PV=zT(zは定数)

この式のうち、圧力Pは1気圧で一定です。

よって以下の式が成り立ちます。

V＝z/P×T(z/Pは一定＝k) → V=kT

ここまで式を変換すると体積Vと温度Tは比例することがわかります。

また、この法則で気をつけなければいけないことは、温度Tは絶対温度(ケルビン)であるということでした。

これを踏まえると、0℃(273K)のとき体積が100.8 L、では20℃(293K)のときの体積は？となります。

よって、答えは以下のようになります。

273：293＝100.8：X

X＝108.2 (L)

【正答5】

1.　可燃性液体表面の蒸気濃度が燃焼範囲の下限値を示すときの液温をいう。・・・✕

これは引火点に関する記述です。

引火点は点火源があると着火する温度でもあります。

2.　可燃性液体表面の蒸気濃度が燃焼範囲の上限値を示すときの液温をいう。・・・✕

この温度に特有の名称はありません。

3.　可燃物を燃焼させるのに必要な熱源の温度をいう。・・・✕

この記述は熱源側についての記述のため、燃焼点とは関係がありません。

4.　可燃物を空気中で加熱した場合、他から点火されなくても自ら発火する最低の温度をいう。・・・✕

これは発火点に関する記述です。

発火点は可燃物が点火源なしで燃焼を始める温度です。

5.　可燃性液体が連続的に燃焼するときの液体の最低温度をいう。・・・○

この記載が燃焼点となります。

【正答3】

二酸化炭素消火剤は空気中の酸素と置き換わることで支燃性ガスを排除し、燃焼を止める機能があります。

また空気中の酸素がなくなるため、消火担当者の窒息の恐れがあることには注意が必要です。

A 空気より軽いので、密閉された場所でしか消火に使用できない。・・・✕

二酸化炭素は空気より重たい気体です。

また、窒息の危険性があるため密閉された場所での使用はできません。

B 空気中に放出すると、酸素濃度を低下させるので窒息消火の効果がある。・・・○

記載は正しい。

C 油火災や電気火災の消火に適している。・・・○

油火災や電気火災に二酸化炭素消火剤の使用は適しています。

対して、水消火は油火災を悪化させたり電気火災で感電する可能性があります。

D 二酸化炭素は、密閉された場所で放出しても人体の危険はなく安心して使用できる。・・・✕

酸欠の可能性があるため、密閉された場所での使用は禁止です。

【正答4】

物質は大きくは純物質と混合物にわかれます。

また、純物質は単体と化合物にわかれます。

単体：硫黄(S)、鉄(Fe)、リン(P)、ナトリウム(Na)

化合物：ベンゼン(C₆H₆)、エタノール(C₂H₅OH)、水(H₂O)、塩素酸カリウム(KClO₃)

混合物：固形アルコール(メタノール＋エタノール)、ラッカー用シンナー(トルエン、酢酸エチル、アセトンなど)、ガソリン(様々な炭素数の炭化水素)、動植物油(様々な脂肪酸)

【正答2】

起電力はイオン化傾向が離れている物質同士を電極とした場合に最も大きくなります。

Alから最もイオン化傾向が離れている物質はAgです。

【正答5】

まずは化学反応式を書きましょう。

CaC₂＋2H₂O→C₂H₂＋Ca(OH)₂

今回発生したアセチレンガスは30 L発生しています。

アボガドロの法則より0℃、1気圧での1 molの体積が22.4 Lですので、発生したアセチレンは30/22.4 molとなります。

つまり、炭化カルシウムも30/22.4 mol存在していたことになります。

また、炭化カルシウムの分子量は64 (g/mol)ですので、存在していた炭化カルシウムの量は下のように計算されます。

64 (g/mol)×30/22.4 (mol)＝85.7 (g)

よって、炭化カルシウムの純度は以下のように計算されます。

85.7 (g)÷100 (g)×100＝86％

【正答2】

1.　ベンゼンの同族体には、トルエンやキシレンなどがある。・・・○

同族体とはR-X(R：官能基)で表される物質に対してR1-(CH₂)_n-Xの構造を持つ誘導体のことです。

ベンゼンはC₆H₆、これをR-XとするとC₆H₅-Hとして表すことができます。

この間に-CH₂-を入れると、C₆H₅-CH₂-H→C₆H₅-CH₃(トルエン)となります。

また、ベンゼンをX-R-XとするとH-C₆H₄-Hとして表すこともできます。

この間にそれぞれ-CH₂-を入れるとH₃C-C₆H₄-CH₃(キシレン)となります。

よってトルエンやキシレンはベンゼンの同族体となります。

2.　ベンゼンは、不飽和炭化水素であり、置換反応を起こしにくく、付加反応を起こしやすい。・・・×

ベンゼンは構造中に不飽和結合(二重結合)を含まれますが、環式化合物であり芳香族化合物であるため不飽和化合物には分類されません。

不飽和炭化水素に分類されるのは鎖状化合物のうち不飽和結合を含むものになります。

また、ベンゼンは置換反応(ニトロ化やスルホン化)を起こしやすく、付加反応を起こしにくい物質です。

3.　ベンゼンを構成する全ての原子は平面上にあり、6この炭素原子は正六角形を形成している。・・・〇

正しい記述です。

炭素同士は一重結合および二重結合で結合しています。

二重結合をしている炭素同士とその炭素に結合している原子は同一平面状に存在します。

ベンゼンの二重結合から見るとすべての炭素が同一平面状になることがわかります。

4.　キシレンは、ベンゼン環の2この水素原子が2個のメチル基(-CH₃)に置換されたものであり、メチル基が結合する位置によって、3種類の構造異性体が存在する。・・・〇

正しい記述です。

結合する場所によってo(オルト)、m(メタ)、p(パラ)と分けられます。

5.　ベンゼン環に濃硫酸を加えて加熱すると、ベンゼンスルホン酸(C₆H₅SO₃H)になる。この反応をスルホン化という。・・・〇

正しい記述です。

スルホン化は濃硫酸を加えて加熱することで反応が進みます。

また、ベンゼン環は置換反応が起こりやすく、付加反応が起こりにくい物質です。

【正答2】

ボイル・シャルルの法則は以下の通りです。

PV＝zT

また、温度(T)が一定のため右辺zTは定数(k)となります。

PV＝ｋ

つまり、圧力と体積は反比例することがわかります。

6気圧で10 Lの酸素を30 Lの容器に入れる(体積3倍にする)と、圧力は1/3倍になるため2気圧となります。

また、1気圧で60 Lの窒素を30 Lの容器に入れる(体積を1/2倍にする)と、圧力は2倍になるため2気圧となります。

今回、酸素と窒素は反応しない(分子数が減らない)ため、圧力は足し算するだけで計算することができます。

よって、答えは2気圧＋2気圧＝4気圧となります。

ちなみに分子数は圧力に比例するため、化学反応により分子数が減る(増える)場合は圧力も変化します。