燃焼範囲・自然発火等の一問一答

危険物乙4「基礎的な物理学及び基礎的な化学」から、燃焼範囲・自然発火等に関する4択問題を10問。「答えと解説を見る」を開くと、正解とその理由がその場で読めます。会員登録は不要です。

上から順に解いてみてください。答えは各問の下で確認できます。

問13-10

可燃性蒸気の濃度が燃焼範囲の上限値を超えた場合に起こることとして、正しいものはどれか。

①蒸気が濃いため、点火源がなくても自然に爆発を起こす
②蒸気が濃すぎて酸素が不足するため、点火しても燃焼しない
③濃度が高いほど燃えやすくなるため、最も危険な状態になる
④蒸気が液体に戻ってしまい、危険性がまったくなくなる

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正解 ②蒸気が濃すぎて酸素が不足するため、点火しても燃焼しない

解説

燃焼範囲（爆発範囲）とは、可燃性蒸気が空気中でどれだけの濃度のときに燃えるかを示す範囲です。ガソリンでは約1.4〜7.6vol%です。
・下限値未満…蒸気が薄すぎて燃えない
・範囲内…燃焼・爆発する
・上限値超え…蒸気が濃すぎて（相対的に酸素が足りず）燃えない
ただし上限値を超えた状態は決して安全ではありません。空気が流入したり蒸気が拡散したりして濃度が下がると、必ず燃焼範囲を通過するため、その瞬間に引火する危険があります。

【試験の罠】
「濃ければ濃いほど危険」ではありません。逆に「濃すぎるから安全」でもありません。タンク内の気相部が過濃状態でも、開放して空気が入れば爆発する、という事故事例が実際にあります。

問23-10

引火点と燃焼範囲の関係に関する記述として、最も適切なものはどれか。

①引火点とは、液面付近の蒸気濃度が燃焼範囲の下限値に達したときの液温
②引火点とは、蒸気濃度が燃焼範囲の上限値に達するときの液温をいうもの
③引火点とは、液体が沸騰を始めて蒸気を出し始めるときの液温をいうもの
④引火点と燃焼範囲の間には、まったく関係性が存在しないとされている

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正解 ①引火点とは、液面付近の蒸気濃度が燃焼範囲の下限値に達したときの液温

解説

液温が上がると蒸気圧が高くなり、液面付近の蒸気濃度が上がります。この濃度が燃焼範囲の下限値に到達すると、点火源があれば引火するようになります。この時の液温が引火点です。
つまり引火点と燃焼範囲は同じ現象を「温度」で見るか「濃度」で見るかの違いにすぎません。ガソリンの引火点がマイナス40℃以下と極端に低いのは、その温度でもすでに蒸気濃度が下限値1.4vol%に達してしまうからです。

【試験の罠】
引火点は「沸点」とは無関係の別概念です。液体が沸騰しなくても蒸発は起こっており、引火点は沸点よりはるかに低い温度にあります。また下限値と上限値の取り違えにも注意してください。

問33-10

自然発火の原因となる発熱の種類と、その具体例の組み合わせとして、誤っているものはどれか。

①酸化熱による発熱 ―――― 乾性油のしみ込んだ布
②分解熱による発熱 ―――― セルロイド、ニトロセルロース
③気化熱による発熱 ―――― 液体が蒸発するときの熱の放出
④発酵熱による発熱 ―――― 堆積した干し草、たい肥

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正解 ③気化熱による発熱 ―――― 液体が蒸発するときの熱の放出

解説

自然発火とは、外部から火を近づけなくても物質が自ら発熱し、その熱が蓄積して発火点に達して燃え出す現象です。原因となる発熱には次の種類があります。
1. 酸化熱…乾性油、原油、石炭、金属粉など
2. 分解熱…セルロイド、ニトロセルロースなど
3. 発酵熱（微生物による）…干し草、たい肥、ごみ
4. 吸着熱…活性炭、木炭など
5. 重合熱…酸化プロピレンなど
いずれも「熱の発生」と「熱の蓄積」の両方がそろって初めて自然発火に至ります。

【試験の罠】
気化熱（蒸発熱）は液体が気体になるときに周囲から吸収する熱であり、冷却消火の原理そのものです。発熱ではなく吸熱なので、自然発火の原因とは正反対の概念です。

問43-10

物質が自然発火を起こしやすい条件として、誤っているものはどれか。

①細かく分割されており、空気と接する表面積が大きいこと
②積み重ねられていて、発生した熱が内部にこもりやすいこと
③周囲の温度が高く、熱が逃げにくい環境に置かれていること
④薄く広げられていて、発生した熱がすぐに放散されること

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正解 ④薄く広げられていて、発生した熱がすぐに放散されること

解説

自然発火には「発熱速度が放熱速度を上回る」ことが必要です。したがって次の条件がそろうほど危険になります。
1. 表面積が大きい（粉末状、繊維にしみ込んだ状態）→ 発熱が速い
2. 堆積・山積みされている → 内部の熱が逃げない
3. 周囲温度が高い、断熱性の高いものに包まれている → 放熱しにくい
4. 通風が悪い場所に置かれている
油のしみ込んだウエス（ぼろ布）を丸めて放置すると発火するのはこのためで、逆に洗って乾かし、広げて風通しのよい場所に置けば熱が逃げて発火しません。

【試験の罠】
「危険を防ぐ方法」がそのまま誤りの選択肢として紛れ込んでいます。薄く広げる・水に浸す・密閉容器に入れるといった措置は、自然発火の防止策であって発生条件ではありません。

問53-10

粉じん爆発の特徴に関する記述として、誤っているものはどれか。

①同じ物質でも、粉じんは塊のときより着火しやすくなる
②最初の爆風で堆積粉が舞い上がり、二次爆発を起こすことがある
③酸素の供給が不足しやすく、一酸化炭素が発生することがある
④粉じんの粒子が大きく粗いものほど、爆発の危険性は高くなる

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正解 ④粉じんの粒子が大きく粗いものほど、爆発の危険性は高くなる

解説

粉じん爆発とは、可燃性の固体が微粉となって空気中に浮遊し、着火して爆発する現象です。粒子が細かいほど同じ質量あたりの表面積が大きくなり、酸素と接する面積が増えるため、着火しやすく燃焼も速くなります。
特徴としては次の点が重要です。
1. ガス爆発に比べ、燃焼速度は遅いが発生する総エネルギーは大きい
2. 不完全燃焼を起こしやすく、有毒な一酸化炭素が発生する
3. 最初の爆発の風圧で床や梁の堆積粉じんが舞い上がり、二次爆発・三次爆発と連鎖する
小麦粉、砂糖、でんぷん、金属粉、石炭粉などが原因になります。

【試験の罠】
「粒子が大きいほど危険」は逆です。表面積の考え方は自然発火とも共通しており、細かく分かれているほど反応が速くなると理解しておけば両方に応用できます。

問63-10

燃焼の形態と、その代表的な例の組み合わせとして、誤っているものはどれか。

①蒸発燃焼 ―― ガソリン、灯油などの引火性液体の燃焼
②分解燃焼 ―― 木材、石炭などが熱分解して燃える燃焼
③表面燃焼 ―― 木炭、コークスが炎を出さずに燃える燃焼
④内部燃焼 ―― プロパンガスが空気と混合して燃える燃焼

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正解 ④内部燃焼 ―― プロパンガスが空気と混合して燃える燃焼

解説

燃焼の形態は次のように整理されます。
1. 蒸発燃焼…液体が蒸発して生じた蒸気が燃える。第4類危険物、硫黄、ナフタレンなど。
2. 分解燃焼…固体が加熱で熱分解して可燃性ガスを出し、それが燃える。木材、紙、石炭など。
3. 表面燃焼…固体の表面が炎を出さずに赤熱して燃える。木炭、コークス、金属粉など。
4. 内部燃焼（自己燃焼）…物質自身が分子内に酸素を含み、内部から燃える。ニトロセルロースなど第5類危険物。
第4類危険物は液体そのものが燃えるのではなく、蒸発した蒸気が燃えている点が最重要です。

【試験の罠】
内部燃焼（自己燃焼）は第5類危険物の特徴です。分子内に酸素を持つため窒息消火が効かず、大量注水による冷却消火が基本になる、という点とセットで問われます。

問73-10

液温が引火点未満であっても引火の危険が生じる場合として、正しいものはどれか。

①液体が容器の中で完全に静止し、密閉されている場合
②液体が霧状（ミスト）となって空気中に噴霧されている場合
③液体が水で希釈され、濃度が半分以下になっている場合
④液体が冷却されて、周囲の気温より十分に低くなっている場合

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正解 ②液体が霧状（ミスト）となって空気中に噴霧されている場合

解説

引火点は「静かな液面から蒸気が発生する」ことを前提にした値です。ところが液体が霧状の微細な粒子となって空気中に浮遊すると、表面積が飛躍的に大きくなり、また粒子そのものが空気と混合した可燃性の雲を作るため、引火点より低い温度でも着火して爆発することがあります。
実際に、引火点が70℃以上ある重油や潤滑油であっても、配管の亀裂から高圧で噴出して霧状になった場合には常温でも引火した事故例があります。

【試験の罠】
「引火点以上でなければ絶対に燃えない」と単純に暗記していると、この霧状（ミスト）や、布にしみ込んで表面積が増えた場合の危険性を見落とします。冷却や密閉は危険を下げる措置であり、危険が生じる場合ではありません。

問83-10

燃焼範囲に関する数値の記述として、正しいものはどれか。

①ガソリンの燃焼範囲は、およそ1.4〜7.6vol%とされる
②ガソリンの燃焼範囲は、およそ30〜70vol%とされている
③灯油の燃焼範囲の下限値は、およそ20vol%とされている
④燃焼範囲は温度によって変わらず、常に一定の値をとる

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正解 ①ガソリンの燃焼範囲は、およそ1.4〜7.6vol%とされる

解説

燃焼範囲は物質ごとに決まっており、第4類危険物では下限値が数vol%程度と低いものが多いのが特徴です。ガソリンは約1.4〜7.6vol%で、空気中にわずか1.4%混ざるだけで爆発する危険があることを意味します。
一方、特殊引火物であるジエチルエーテルや酸化プロピレンなどは燃焼範囲が非常に広く、爆発の危険が及ぶ濃度の幅が大きいため、より危険とされます。
なお燃焼範囲は温度や圧力の影響を受け、一般に温度が高くなるほど下限値が下がり、範囲は広がります。

【試験の罠】
石油類の燃焼範囲の下限値は「数％」のオーダーであり、20％や30％といった大きな値ではありません。桁が1つ違う選択肢が並ぶことが多いので、代表値としてガソリンの1.4〜7.6vol%を基準に判断すると確実です。

問93-10

自然発火を防止するための措置として、誤っているものはどれか。

①油のしみ込んだ布は、通風のよい場所で広げて乾燥させる
②使用後の布は水に浸すか、密閉した金属容器に入れて処分する
③布を山積みにして毛布で覆い、保温した状態で保管しておく
④貯蔵する場所は換気を行い、直射日光や熱源を避けて管理する

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正解 ③布を山積みにして毛布で覆い、保温した状態で保管しておく

解説

自然発火の防止は「熱を発生させない」か「発生した熱を蓄積させない」かのいずれかです。具体的には次の措置が有効です。
1. 通風・換気をよくして放熱させる
2. 積み重ねず、薄く広げる
3. 直射日光や暖房器具など、外部からの加熱を避ける
4. 使用済みのウエスは水に浸すか、ふた付きの不燃性容器に入れて速やかに廃棄する
特に乾性油（アマニ油、キリ油など）を扱った布は放置すると数時間で発火することがあり、実際の火災原因として多く報告されています。

【試験の罠】
「毛布で覆う」「山積みにする」は断熱と蓄熱を招く最悪の措置です。防止策と危険な行為を入れ替えた選択肢が典型的な出題パターンなので、熱がこもるかどうかで判断してください。

問103-10

ガス爆発と粉じん爆発を比較した記述として、最も適切なものはどれか。

①粉じん爆発はガス爆発に比べ、燃焼速度は遅いが発生エネルギーは大きい
②粉じん爆発はガス爆発に比べ、燃焼速度も発生エネルギーも小さいとされる
③粉じん爆発は必ず完全燃焼するため、有毒ガスは一切発生しないとされる
④粉じん爆発は金属粉でのみ起こるとされ、食品の粉では発生しない

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正解 ①粉じん爆発はガス爆発に比べ、燃焼速度は遅いが発生エネルギーは大きい

解説

ガス爆発では可燃性ガスが空気と分子レベルで均一に混ざるため、一瞬で燃え広がり燃焼速度が非常に速くなります。これに対し粉じん爆発は、固体粒子が表面から順に燃えるため燃焼速度は相対的に遅くなります。
しかし単位体積あたりに含まれる可燃物の量は粉じんのほうがはるかに多いため、燃焼が続く時間が長く、放出される総エネルギーと破壊力は大きくなります。さらに二次爆発の連鎖によって被害が拡大しやすい点も特徴です。

【試験の罠】
粉じん爆発は酸素が行き渡りにくく不完全燃焼になりやすいため、有毒な一酸化炭素が発生します。「完全燃焼するから無害」は誤りです。また小麦粉、砂糖、でんぷん、飼料など身近な食品の粉でも実際に爆発事故が起きています。