燃焼汚染物質：生成物を予測し、制御方法を評価する
導入済み| English | 意味 |
|---|---|
| incomplete combustion/ɪŋkəmˈpliːt kəmˈbʌstʃn/ | 不完全燃焼 |
| particulates/pəˈtɪkjʊleɪts/ | 微粒子 |
| global dimming | グローバルディミング |
| acid rain/ˈæsɪd reɪn/ | 酸性雨 |
無硫黄燃料はすべてのエンジン排出物質を除去するか？
- 硫黄の除去は二酸化硫黄を標的とする。高温のエンジンに入る空気には窒素と酸素が含まれており、燃料に炭素が含まれている可能性もある。
- 全ての反応源と条件から生成物を予測せよ。その後、各排出物質をその影響と、実際にそれを標的とする対策にそれぞれ対応させる。
燃料元素と酸素供給から始める
- 純粋な炭化水素が十分な酸素で完全燃焼すると、二酸化炭素と水が生成される。酸素が限られていると不完全燃焼を引き起こし、二酸化炭素や水に加えて一酸化炭素や黒煙が発生する。
- 純粋な水素と酸素は水を生じ、二酸化炭素は生じない：これらの反応物には炭素原子は含まれない。燃料中の硫黄は二酸化硫黄として燃焼し、高温では空気中の窒素と酸素が反応して窒素酸化物を生じる。
| 与えられた燃料または条件 | 支持される生成物の予測 |
|---|---|
| 純粋な水素と酸素 | 水；炭素源なし |
| メタン、十分な酸素 | 二酸化炭素と水 |
| メタン、限られた酸素 | 一酸化炭素および／または黒煙の可能性あり |
| 空気中で燃焼する硫黄不純物 | 二酸化硫黄 |
| 高温エンジン、窒素フリー燃料 | 空気由来の窒素酸化物は依然として発生する可能性あり |
純粋な水素と酸素のみが完全燃焼によって反応すると何が生じるか？
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
水は反応 2H₂ + O₂ → 2H₂O で生じる。炭素原子が供給されていないため、これらの反応物だけでは二酸化炭素、一酸化炭素、または黒煙を作ることができない。
有毒ガスと粒子を分離する
- 一酸化炭素は有毒で無色無臭である。血液による酸素運搬能力を低下させ、無臭だからといって存在しないとは限らない。
- 粒子には炭素粒子や未燃焼炭化水素が含まれる。健康に悪影響を与え、地表に到達する日光を減少させて地球暗黒化を引き起こす。粒子フィルターは、一酸化炭素のようなガスを必ず除去するわけではない。
不完全燃焼によって生じる、有毒で無色・無臭の炭素を含む気体名を答える。
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
一酸化炭素は血液中の酸素運搬を低下させ、臭いでは排除できない。二酸化炭素はこのトピックにおける別の役割を持つ別個の気体である。
窒素および硫黄酸化物の影響を説明する
- 二酸化硫黄および窒素酸化物は呼吸器障害や酸性雨を引き起こす。酸性雨は水生生態系、樹木、一部の石材・建造物に損傷を与える。
- 燃料に窒素が含まれていなくても、高温の空気から窒素酸化物が生成されることがある。硫黄フリー燃料では二酸化硫黄を削減できるが、窒素酸化物の発生源そのものを排除するわけではない。
各汚染物質または影響を正しい説明と対応させよ。
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COは温室効果ガスであるCO₂₂とは異なる。粒子状物質は入射日光を減らすが、温室効果ガスは地表からの赤外放射に影響を与える。
提案された処理法を原子数で検証する
- 提供された反応物を用いる場合、 $CaO+SO_2\rightarrow CaSO_3$ ：生成物は亜硫酸カルシウムである。これらの反応物だけで $CaSO_4$ が生成されると主張すると酸素保存則に反し、硫酸塩には追加の酸素が必要となる。
- 提供された変換反応は $2CO+2NO\rightarrow2CO_2+N_2$ である。両辺ともに炭素2個、窒素2個、酸素4個の原子がある。一酸化炭素と一酸化窒素を除去するものの、二酸化炭素を生成するため、温室効果ガスの影響を完全に消除するものではない。
酸素供給を増やすことで不完全燃焼生成物を減らすことはできるが、完全燃焼における二酸化炭素を除去するわけではない。特定の汚染物質の減少と、すべての排出物の減少を常に区別すること。
2CO + 2NO → 2CO₂ + N₂ において、両辺に表される酸素原子の数はいくつか？
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反応物の酸素 = 2×1 (CO由来) + 2×1 (NO由来) = 4個。生成物の酸素 = 2×2 (CO₂由来) = 4個。N₂には酸素を含まないため、方程式は原子を保存している。
適切な放射線モデルを用いて対策を評価する
- 粒子フィルターと硫黄フリー燃料は、粒子および二酸化硫黄の影響を低減できる。残る懸念事項には、炭素燃料由来の二酸化炭素、不完全燃焼時の一酸化炭素、高温空気由来の窒素酸化物が含まれ、同等の条件下で各関連排出量を測定すること。
- 地球暗黒化の懸念は、粒子が入射日光を減少させることにある。温室効果温暖化の懸念は、気体が地表からの赤外線を吸収し、あらゆる方向へ放射することにある。これらは異なるプロセスであり、暗黒化が温暖化を安全に相殺すると仮定してはならない。
「粒子フィルターで全ての気候問題と呼吸器問題は解決される」という主張は誤りである。フィルターは粒子に焦点を当てるものであり、残存するガスは異なる発生源、化学的性質、影響を持つ。
燃料要素＋酸素供給＋温度が可能な生成物を決定する。汚染物質、その影響、適切な対策を明記し、処理法の主張を受け入れる前に反応の原子数を確認すること。
粒子フィルターはエンジン排気からすべての気候問題と呼吸器系の問題を取り除く。
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粒子を対象とする。炭素燃料の燃焼によりCO₂が残る可能性がある、不完全燃焼によりCOが形成される、高温空気によりNOₓが形成される。これらガスは異なる化学的性質と影響を持つ。
排気制御に関する主張を正しく制限する説明は2つあるか？
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窒素は空気中に存在し、気体は粒子捕集装置を通過できる。十分な酸素があればCOや煤は減少するが、炭素燃料の完全燃焼でもCO₂₂は生成される。