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実際に解いてみる
(実際の試験では15問出題中10問を選択して、解答すること)

問1 次の記述のうち、誤っているものはどれか。(平成13年度)
(1) 一つの物質が液体から気体に変化するときには必ず熱エネルギーを吸収し、逆に気体から液体に変化するときには気化と同量の熱エネルギーを放出する。
(2) PV=nRTは、nモルの気体の圧力P、体積V、温度Tの間の関係を表す式で、気体の状態方程式といい、この式を満足する気体を理想気体という。
(3) 気体分子運動論における理想気体では、分子間でおこる衝突は完全弾性衝突であり、運動量保存則とエネルギー保存則が成立する。
(4) N2、H2、O2の水に対する溶解度は、通常ヘンリーの法則に従うものとして計算できる。
(5) 定圧比熱(Cp)と定容比熱(Cv)の比 γは、断熱係数といい、常に1より小さい値である。


【解答欄】

   ○(1)  ○(2)  ○(3)  ○(4)  ●(5)


断熱係数γは定圧比熱Cpと定積比熱Cvの比であり、常に1より大きく、1.3 ~1.4の値をとる気体が多い。定圧でガスを加熱する場合には、ガスの温度が 上昇するための熱の他に、ガスが膨張して外部に仕事をするエネルギーを加える必要がある。

--------------------------------------------------------

問2 次の記述のうち、誤っているものはどれか。(平成13年度)
(1) 一般に気体は、低圧になるほど、また高温になるほど理想気体に近づく。
(2) 体積一定で気体を熱するとその与えられた熱エネルギーは気体分子の速度増加に使われる。
(3) CO2、NH3、SO2などは、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ことができる。
(4) 臨界圧力は、臨界温度で液化するのに必要な最小の圧力である。
(5) 分子間引力が大きい気体は、凝縮して液体になりにくい。


【解答欄】

  ○(1)  ○(2)  ○(3)  ○(4)  ●(5)


分子間引力が大きい気体は、凝縮して液体になりやすい。

------------------------------------------------------

問3 熱化学に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。(平成13年度)

(1) 化学反応が定容のもとでおこるとき、反応熱は内部エネルギーの変化に等しい
(2) 化学反応が定圧のもとであこるとき、反応熱はエンタルピーの変化に等しい。
(3) 燃料を完全に燃焼する際の反応熱を燃焼熱という。
(4) 反応の初めと終わりにおける系の条件が与えられても、途中の経路が異なると反応熱は違った値となる。
(5) 反応熱の温度による変化は、通常キルヒホッフの式で表す。



【解答欄】

  ○(1)  ○(2)  ○(3)  ●(4)  ○(5)


化学反応に伴う熱は、その反応の始めと終りにおける系の条件が与えられれば、その途中にかかわりなく一定の値をもつ。(ヘスの法則)

-------------------------------------------

問4 気体の熱力学に関する次の記述のうち、誤っているものの組合せは(1)~(5)のどれか。(平成13年度)
イ エンタルピーHは、H=E-PVで示される。
 ただし、Eは内部エネルギー、Pは圧力、Vは体積となる。
ロ 定圧比熱Cpと定容比熱Cvの関係は、Cp+Cv=R で示される。
  ただし、Rはガス定数とする。
ハ 断熱変化における圧力Pと体積Vの関係は、PVγ=一定で示される。
  ただし、γは断熱係数とする。
ニ 等温変化における仕事Wは、W=RTnで示される。
  ただし、Rはガス定数、Tは絶対温度、
  V1は初めの体積、V2は終わりの体積とする。

ホ 定圧比熱Cpは、実験式としてCp=a+bT+cT2で示される。
  ただし、a、b、cは定数、Tは絶対温度とする。


【解答欄】

     ● (1)イ、ロ    ○ (2)ロ、ハ    ○ (3)ハ、ニ
     ○ (4)ニ、ホ    ○ (5)イ、ハ


イ × エンタルピーはH=E+PV
ロ × Cp=Cv+R Cp/Cv(=γ)は常に1より大きい。
ハ ○
ニ ○
ホ ○ 

------------------------------------------------

問5 熱力学に関する次の記述について、[   ]の中の(イ)~(ホ)にあてはまる語句の組合せとして正しいものは(1)~(5)のどれか。(平成13年度)
 熱力学の[(イ)]は、エネルギーの保存則であり、Qの熱量を吸収してWの仕事をした場合の内部エネルギー変化⊿Eは、⊿E=[(ロ)]で表される。
 熱力学の[(ハ)]は、熱のすべてを仕事に変えることができないことを示している。理想気体を用いた可逆熱機関である[(ニ)]サイクルにおいて熱効率 ηは、η=[(ホ)]で表される。ただし、T1は高熱源温度、T2は低熱源温度とする。

  (イ) (ロ) (ハ) (ニ) (ホ)
(1) 第0法則 Q+W 第1法則 オットー
(2) 第1法則 Q-W 第2法則 カルノー
(3) 第2法則 Q+W 第3法則 オットー
(4) 第1法則 Q-W 第2法則 カルノー
(5) 第1法則 Q-W 第2法則 カルノー



【解答欄】

  ○(1)  ○(2)  ○(3)  ●(4)  ○(5)


熱力学の基本である第1法則、第2法則、カルノーサイクルについて、基本的な事項を問うている。カルノーサイクルの熱効率の式の分母はT2でなく、T1であることに注意したい。

------------------------------------------------
問6 メタンの水蒸気改質反応の一つに次の反応がある。
CH4+H2O CO2+3H2
この反応に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。(平成13年度)
(1) 右方向へは吸熱であり、左方向へは発熱である。
(2) 水蒸気比を上げると右方向へ進む。
(3) 平衡定数は反応圧力の関数であり、反応温度に無関係である。
(4) 反応温度を上げると右方向へ進み、反応温度を下げると左方向へ進む。
(5) 反応圧力を上げると左方向へ進み、反応圧力を下げると右方向へ進む。



【解答欄】

  ○(1)  ○(2)  ●(3)  ○(4)  ○(5)


この反応が右方向に進めば吸熱反応であることを記憶している必要がある。また、左側の2モルが反応すると左側の生成物が4モルになることも大切な着眼点になる。ル・シャトリエの平衡移動の法則を適用すれば(3)の他は正しいことがわかる。

(3) × 平衡定数は反応圧力と反応温度の関数である。

------------------------------------------------

問7 化学反応に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。(平成13年度)
(1) 反応速度は,温度が一定であれば反応物質の濃度のみの関数として表される。
(2) 温度が一定であれば、一次反応の反応速度は反応物質の濃度に比例する。
(3) 反応速度υは、υ=k〔A〕a〔B〕bの形で表わされ、この比例定数kを速度定数という。
(4) 速度定数は、温度一定の条件ではその反応に固有な定数である。
(5) 速度定数は、内部エネルギーと頻度因子を含むアーレニウスの式によって表される。



【解答欄】

  ○(1)  ○(2)  ○(3)  ○(4)  ●(5)


化学反応速度に及ぼす温度の影響を表わしたアーレニウスの式は:
k=A・ e (-E/RT)   ただしk:速度定数  A:頻度因子
E:活性化エネルギー  R:ガス定数  T:絶対温度 である。

(5)× 速度定数は、内部エネルギーと頻度因子を含むアーレニウスの式によって表さ れる。→活性化エネルギー

-------------------------------------------------

問8 可燃性ガスの燃焼範囲に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。(平成13年度)
(1) 可燃性ガスの燃焼範囲は、温度が高くなると広くなる。
(2) 一般に圧力が高くなると燃焼範囲は狭くなるが、一酸化炭素では圧力の増加とともに燃焼範囲が広くなる。
(3) 燃焼範囲内であっても、容器が小さいと器壁の冷却効果を受けて燃焼が維持できなくなる。
(4) 可燃性ガスと空気からなる燃焼性混合ガスに対して不活性ガスを混合すると、燃焼範囲は狭くなる。
(5) 可燃性ガスの爆ごう範囲は、燃焼範囲の内側にある。



【解答欄】

  ○(1)  ●(2)  ○(3)  ○(4)  ○(5)


一般に圧力が高くなると反応が促進されて燃焼範囲は広くなるが、一酸化炭素では圧力の増加とともに燃焼範囲が狭くなる。

-----------------------------------------------

問10 次の記述のうち、誤っているものはどれか。(平成13年度)
(1) 流れの状態が層流か乱流かを判断するにはプラントル数を用いる。
(2) 層流状態の円管内流れにおいては、中心部の最大流速が平均流速の2倍になる。
(3) 円管内を流れる層流の頭損失は、流速に比例する。
(4) 円管内を流れる乱流の頭損失は、管壁面の粗さに大きく影響される。
(5) 継手、弁による頭損失は、直管の相当長さを用いて推定することができる。


【解答欄】

   ●(1)  ○(2)  ○(3)  ○(4)  ○(5)


流れの状態が層流か乱流かを判断するにはプラントル数を用いる。→レイノルズ数

問12にもあるように、流れの状態は一般にレイノルズ数が2,300~2,400程度以下が層流であり、この値以上になると乱流である。
プラントル数は対流や高速流について厳密に考えるときに使う指標であるが、
ガス技術には殆ど関係がない。
ガス工業概要(基礎理論編)113頁には、
「カルマン-プラントルの1/7乗則」が説明されているが、これは別の現象である.

(5)○ 「頭損失」は圧力損失と同義である。
「頭」という語は、水力学をポンプなどに応用するときに用いられる語であって
「流体の圧力を、その流体の重量密度で割って高さに換算した値」である。
この数値を用いるとその流体をどの高さまで汲み上げられるかを
直接に表現することができる。

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ああ、打ち間違いがありそう・・・
あれば教えて下さい

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