問題
炭素、水素および硫黄を含む物質の燃焼生成物に関する次の記述のうち、正しいものはどれか。
(1) 炭素が完全燃焼すると、一酸化炭素だけが生成する。
(2) 水素が完全燃焼すると、水と二酸化炭素が生成する。
(3) 硫黄が燃焼すると、主に二酸化硫黄が生成する。
(4) 炭素を含む物質が不完全燃焼しても、一酸化炭素やすすが生じることはない。
(5) 炭化水素が完全燃焼すると、酸素と水素が生成する。
危険物取扱者乙種４類｜燃焼生成物を解説
物質が燃焼したときに生じる生成物は、燃焼する元素の種類と酸素の供給状態によって決まります。炭素が十分な酸素のもとで完全燃焼すると二酸化炭素が生成し、酸素が不足して不完全燃焼すると一酸化炭素やすすが生じます。水素が完全燃焼すると水が生成し、硫黄が燃焼すると主に二酸化硫黄が生成します。したがって、正しい答えは(3)です。燃焼生成物の問題では、燃える物質に含まれる元素と、その元素が酸素と結び付いたときにできる物質を対応させて覚えることが重要です。
(1) 炭素が完全燃焼すると、一酸化炭素だけが生成する。
不適切です。炭素が十分な酸素の供給を受けて完全燃焼すると、主に二酸化炭素が生成します。化学反応式では、炭素をC、酸素をO₂、二酸化炭素をCO₂として、C＋O₂→CO₂と表されます。一酸化炭素が生成しやすいのは、酸素の供給が不足して不完全燃焼が起こった場合です。一酸化炭素は炭素原子1個と酸素原子1個からなる物質で、無色、無臭でありながら強い毒性を持っています。完全燃焼と不完全燃焼では生成物が異なるため、「完全燃焼すると一酸化炭素が生成する」という部分が誤りです。また、「だけが生成する」という断定にも注意が必要です。実際の燃焼では、燃料に含まれる水素、硫黄、その他の成分によって、水や硫黄酸化物なども生じることがあります。
(2) 水素が完全燃焼すると、水と二酸化炭素が生成する。
不適切です。水素が完全燃焼した場合に生成するのは水です。水素には炭素が含まれていないため、二酸化炭素は生成しません。化学反応式では、2H₂＋O₂→2H₂Oと表されます。二酸化炭素が生成するためには、燃焼する物質に炭素が含まれている必要があります。水素と炭素の両方を含む炭化水素が完全燃焼した場合には、炭素から二酸化炭素が生成し、水素から水が生成します。しかし、水素そのものの燃焼では、炭素が存在しないため二酸化炭素はできません。燃焼生成物を判断するときは、燃焼前の物質にどの元素が含まれているかを確認することが大切です。
(3) 硫黄が燃焼すると、主に二酸化硫黄が生成する。
適切です。硫黄が空気中で燃焼すると、硫黄と酸素が結び付き、主に二酸化硫黄が生成します。化学反応式では、S＋O₂→SO₂と表されます。二酸化硫黄は無色で刺激臭を持つ有毒な気体であり、水に溶けると酸性を示します。硫黄を含む石油類などが燃焼した場合にも、二酸化硫黄が発生することがあります。実際の燃焼条件によっては少量の三酸化硫黄が生じる場合もありますが、危険物取扱者試験では、硫黄の主な燃焼生成物は二酸化硫黄であると覚えます。この記述は、燃焼する元素と主な生成物の対応が正しいため、正解です。
(4) 炭素を含む物質が不完全燃焼しても、一酸化炭素やすすが生じることはない。
不適切です。炭素を含む物質が酸素不足の状態で不完全燃焼すると、一酸化炭素やすすが生じやすくなります。完全燃焼では炭素が十分な酸素と結び付き、二酸化炭素になります。しかし、酸素の供給が足りないと、炭素が十分に酸化されず、一酸化炭素になったり、炭素の微粒子がすすとして残ったりします。一酸化炭素は強い毒性を持つため、換気の悪い場所での燃焼では特に危険です。すすは黒い煙の原因となり、燃料が十分に燃え切っていないことを示します。「生じることはない」という表現は、不完全燃焼の特徴と正反対です。
(5) 炭化水素が完全燃焼すると、酸素と水素が生成する。
不適切です。炭化水素が完全燃焼すると、主に二酸化炭素と水が生成します。炭化水素とは、炭素と水素から構成される物質です。完全燃焼では、炭素が酸素と結び付いて二酸化炭素となり、水素が酸素と結び付いて水となります。例えば、メタンの完全燃焼は、CH₄＋2O₂→CO₂＋2H₂Oと表されます。酸素は燃焼を助ける物質として反応前に消費される側であり、通常は燃焼生成物として生成されるものではありません。また、水素も炭化水素を構成している元素ですが、完全燃焼後には単体の水素として残るのではなく、水として存在します。反応前の物質と反応後の生成物を逆にしないように注意しましょう。
この問題で覚えるポイント
燃焼生成物は、燃焼する物質に含まれる元素と酸素の供給状態から判断します。炭素が完全燃焼すると二酸化炭素が生成し、不完全燃焼すると一酸化炭素やすすが生じます。水素が完全燃焼すると水が生成します。硫黄が燃焼すると主に二酸化硫黄が生成します。炭素と水素からなる炭化水素が完全燃焼した場合は、二酸化炭素と水が生成します。完全燃焼とは、可燃物に対して酸素が十分に供給され、燃焼可能な成分が十分に酸化される燃焼です。不完全燃焼とは、酸素不足などにより酸化が不十分になる燃焼で、完全燃焼よりも発生する熱量が小さくなり、一酸化炭素やすすなどが生じやすくなります。化学反応式では、反応式の左側に燃焼前の物質と酸素を置き、右側に燃焼生成物を置きます。酸素は燃焼を支える物質として消費されるため、通常は生成物にはなりません。試験では、炭素は二酸化炭素、水素は水、硫黄は二酸化硫黄という基本的な対応を確実に覚えたうえで、酸素不足の場合に一酸化炭素やすすが生じることを結び付けて判断する必要があります。
ひっかけポイント
このテーマでは、完全燃焼と不完全燃焼の生成物を入れ替えた記述がよく出題されます。一酸化炭素も二酸化炭素も炭素の酸化物であるため、名称が似ており混同しやすい点が狙われます。完全燃焼では二酸化炭素、不完全燃焼では一酸化炭素やすすが生じるという関係を固定して覚えることが重要です。また、水素が燃焼すると水ができるという正しい内容に、二酸化炭素を付け加えることで誤りにする文章にも注意が必要です。二酸化炭素が生成するには、燃焼する物質に炭素が含まれていなければなりません。炭化水素の完全燃焼について、燃焼前に必要な酸素や燃料中の水素を、燃焼後の生成物として記載する入れ替えも典型的なひっかけです。「主に」「だけ」「必ず」「生じることはない」といった表現にも注目してください。「主に二酸化硫黄が生成する」のように例外を考慮した表現は適切ですが、「一酸化炭素だけが生成する」「すすが生じることはない」のような強い断定は誤りを含みやすくなります。物質名を暗記するだけでなく、燃焼前に含まれる元素が酸素と結び付き、どの生成物になるのかを順番に考えることで、似た形式の問題にも対応できます。
