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基礎科目・エネルギー

LNGの体積比

高校◎取りやすい

3問H23・H29・R5

0℃・1気圧のメタンを密度425kg/m³のLNGにすると体積が何分の1になるかを計算します。

よく出る形

  • 0℃，1気圧の天然ガス（すべてメタンの理想気体）を，密度約425kg/m3のLNGにすると，体積は何分の1になるかを選ぶ
  • 令和5年度・平成29年度・平成23年度で，ほぼ同じ条件で出ている
  • 条件も数字もほぼ同じで，くり返し出る。体積と密度の関係は同じ

覚えること

  • 同じ重さ（質量）なら，体積は密度に反比例。体積比 ＝ 気体の密度 ÷ 液体の密度
  • 理想気体は0℃・1気圧で，1molが22.4L（＝0.0224m3）。気体の密度 ＝ 分子量 ÷ 22.4（kg/m3）
  • メタンCH4の分子量は 12 ＋ 1 × 4 ＝ 16。1molは16g。プロパンC3H8は 44
  • LNGは約－162℃で液体になり，体積は天然ガスの約1/600。この数字はよく出る
  • 水素は約－253℃で液体になり，体積は約1/800
  • 温度が変わったら，1molの体積は 22.4L × (絶対温度 ÷ 273) で直す（絶対温度 ＝ セルシウス温度 ＋ 273）。25℃なら約24.45L
  • 気体の体積 ＝ (質量 ÷ 分子量) × 1molの体積
  • 気体には臨界温度があり，それより高い温度では，圧力をかけても液体にならない
  • メタンの臨界温度は約－83℃と低いので，常温の加圧だけでは液体にならず，冷やす必要がある。LNGは冷やして運ぶ
  • LPG（プロパン・ブタン）は臨界温度が高く，常温でも加圧で液体になる。家庭用ボンベに使われる。体積は約1/250〜1/280
  • LNGのタンクには熱が少しずつ入り，一部が気化する。このガス（ボイルオフガス）はLNG船の燃料などに使われる

解き方

  • 1molの質量（分子量）と体積（22.4L）を，kgとm3の単位にそろえる
  • 気体の密度を出し，液体の密度で割って体積比を求める
  • 例：メタン 0.016 ÷ 0.0224 ≒ 0.714kg/m3。0.714 ÷ 425 ≒ 1/595 → いちばん近い1/600
  • 液体を気体にする時：液体の質量 → mol → 気体の体積（温度で直す）の順に求める

ひっかけ

  • 1/800（水素の値）や1/1000を選ばない
  • 分子量をまちがえない（メタンは16）。g と kg，L と m3 の単位をそろえ忘れない
  • 25℃のガスの体積を，0℃の22.4Lのまま計算しない
  • メタンは常温の加圧だけでは液体にならない。LNGを「冷やさず高い圧力で運ぶ」としない
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想定問題：1・2・3

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