2020년 위험물산업기사실기 3회

①: 메탄(CH₄)
②: $\frac{16}{29} = 0.55$ → 0.55
③: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
④: 5~15%
⑤: $H = \frac{15 - 5}{5} = 2$ → 2

[해설]

탄화알루미늄은 물과 반응해 메탄(CH₄)을 발생시킨다.
Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄

증기비중은 분자량을 공기의 평균분자량 29로 나눈 값이다.
16 ÷ 29 = 0.55

메탄이 완전연소하면 이산화탄소와 물이 생긴다.
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

메탄의 연소범위는 5~15%이고, 위험도는 (연소상한 − 연소하한) ÷ 연소하한으로 구한다.
H = (15 − 5) ÷ 5 = 2

증기비중이 1보다 작으므로 새어 나온 메탄은 천장 쪽에 모인다.

①: CH₃CHO
②: 1.53
③: 15℃ 이하
④: 위험도 = $\frac{57-4.1}{4.1}$ = 12.9
⑤: 초산(아세트산), CH₃COOH

[해설]

아세트알데하이드는 제4류 특수인화물이다. 시성식은 메틸기에 알데하이드기(-CHO)가 붙은 CH₃CHO이며, 분자량은 44다.

증기비중은 분자량을 공기의 평균분자량으로 나눈 값이다.
증기비중 = 44 ÷ 28.84
≒ 1.53

압력탱크가 아닌 옥외·옥내·지하저장탱크에서는 위험물안전관리법 시행규칙 별표 18에 따라 15℃ 이하로 유지한다.

위험도는 연소범위의 폭을 연소하한값으로 나눈 값이다.
H = (U − L) ÷ L = (57 − 4.1) ÷ 4.1
≒ 12.9

공기 중에서 산화되면 초산(아세트산) CH₃COOH가 된다.
2CH₃CHO + O₂ → 2CH₃COOH

혼동 주의: 다이에틸에터·산화프로필렌은 같은 조건에서 30℃ 이하로 유지한다.

2Na₂O₂ + 2H₂O → 4NaOH + O₂
O₂ 몰수 = (1000 ÷ 78) × 1/2 = 6.41mol
V = $\frac{6.41 \times 0.082 \times 623}{1}$ = 327.477L (R = 0.08205 적용 시 327.68L)

[해설]

과산화나트륨(Na₂O₂, 분자량 78)은 물과 반응해 산소를 내며, 2mol이 반응하면 O₂ 1mol이 생긴다.
2Na₂O₂ + 2H₂O → 4NaOH + O₂

O₂ 몰수는 아래와 같다.
n = (1000 ÷ 78) × 1/2 = 6.41mol

부피는 이상기체 상태방정식(V = nRT/P)에 T = 350 + 273 = 623K, P = 1atm을 넣어 구한다.
V = 6.41 × 0.082 × 623 ÷ 1
V ≒ 327.48L

기체상수를 0.08205로 쓰면 327.68L가 되며, 반올림 차이일 뿐 둘 다 정답이다.

①: 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O
②: 2NaHCO₃ → Na₂O + 2CO₂ + H₂O
③: 2KHCO₃ → K₂CO₃ + CO₂ + H₂O

[해설]

제1종 분말은 탄산수소나트륨(NaHCO₃), 제2종 분말은 탄산수소칼륨(KHCO₃)이 주성분이다.

제1종의 1차 열분해(270℃)에서는 탄산나트륨·이산화탄소·물이 생긴다.
2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

제1종의 2차 열분해(850℃)에서는 더 높은 온도에서 산화나트륨까지 분해된다.
2NaHCO₃ → Na₂O + 2CO₂ + H₂O

제2종의 1차 열분해는 제1종과 같은 꼴이며 나트륨만 칼륨으로 바뀐다.
2KHCO₃ → K₂CO₃ + CO₂ + H₂O

생성된 CO₂와 수증기가 질식·냉각 효과를 내어 불을 끈다.

[해설]

위험물안전관리법령에서 탱크 용량은 내용적에서 공간용적을 뺀 값이다. 이 문항은 공간용적을 10/100으로 정해 주었다.

내용적 = πr²(L + (L₁+L₂)/3)
= π × 3² × (8 + (2+2)/3)
= 84π ≈ 263.89 m³

용량 = 263.89 − (263.89 × 0.1)
= 237.50 m³

혼동 주의: 볼록한 경판 부분은 원통 길이처럼 전부 더하지 않고 길이의 1/3만 더한다.

[해설]

질산칼륨(KNO₃)은 제1류 위험물(산화성 고체) 중 질산염류에 속한다.

• 지정수량 — 질산염류는 300kg이다.
• 위험등급 — 지정수량이 300kg인 제1류 품명(브로민산염류·질산염류·아이오딘산염류)은 II등급이다.
• 주의사항 게시판 — 제1류에서는 알칼리금속의 과산화물만 "물기엄금"을 게시하므로 질산칼륨은 게시할 주의사항이 없다.

가열하면 아질산칼륨과 산소로 분해되고, 이때 나온 산소가 주변 가연물의 연소를 돕는다.
2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂

혼동 주의: 운반용기 외부 표시는 별도 기준이어서 질산칼륨에도 "화기·충격주의, 가연물접촉주의"를 적는다.

①: 농도가 36wt% 이상인 것
②: 없음
③: 비중이 1.49 이상인 것

[해설]

제6류 위험물(산화성 액체)은 지정수량이 모두 300kg이며, 위험물로 보는 한계 기준이 품명마다 다르다.

· 과산화수소: 농도 36wt% 이상인 것만 위험물
· 과염소산: 농도·비중 제한이 없어 전부 위험물
· 질산: 비중 1.49 이상인 것만 위험물

[해설]

알킬알루미늄은 제3류 자연발화성·금수성 물질이다. 물과 만나면 알킬기가 수소를 받아 가연성 탄화수소 가스가 되고, 알루미늄은 Al(OH)₃가 된다.

• 트리메틸알루미늄과 물 — 메틸기(CH₃) 3개가 메탄(CH₄) 3분자가 된다.
• 트리메틸알루미늄의 연소 — 2분자 기준으로 C 6개는 6CO₂, H 18개는 9H₂O, Al 2개는 Al₂O₃가 되며 O₂는 12분자가 필요하다.
• 트리에틸알루미늄과 물 — 에틸기(C₂H₅) 3개가 에탄(C₂H₆) 3분자가 된다.
• 트리에틸알루미늄의 연소 — 2분자 기준으로 C 12개는 12CO₂, H 30개는 15H₂O가 되며 O₂는 21분자가 필요하다.

채점 포인트는 연소식의 산소 계수(12, 21)이다. 1분자 기준으로 풀면 계수가 분수가 되므로 알킬알루미늄을 2분자로 놓고 맞춘다.

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준의 이산화탄소 소화설비 기준으로, 상온 고압으로 저장하는 고압식과 저온 저압으로 저장하는 저압식의 수치를 구분한다.

• 분사헤드 방사압력은 고압식 2.1MPa 이상, 저압식 1.05MPa 이상이다.
• 저압식 저장용기의 압력경보장치는 2.3MPa 이상 또는 1.9MPa 이하의 압력에서 작동해 이상 압력을 알린다.
• 저압식 저장용기의 자동냉동기는 용기 내부를 영하 20℃ 이상 영하 18℃ 이하로 유지해 액화 상태를 지킨다.

혼동 주의: 경보압력은 높은 값 2.3이 상한 이상 경보, 낮은 값 1.9가 하한 이하 경보이며 정상 범위는 그 사이다.

[해설]

물에 잘 녹으려면 분자에 극성 작용기(카보닐기·하이드록시기)가 있고 탄소수가 적어야 한다.

• 아세트알데하이드는 알데하이드기(-CHO)를 가진 작은 분자라 물과 잘 섞인다.
• 아세톤은 카보닐기를 가진 케톤으로 물과 어떤 비율로든 섞인다.
• 메틸알코올은 하이드록시기(-OH)가 물과 수소결합을 해 잘 녹는다.

휘발유·벤젠·톨루엔·클로로벤젠은 비극성 탄화수소·방향족이라 물에 녹지 않는다.

①: 이황화탄소
②: 100
③: 20
④: 휘발유
⑤: 21
⑥: 70
⑦: 200
⑧: 250

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 1은 제4류 인화성 액체를 1기압에서의 인화점 등으로 구분한다.

특수인화물은 이황화탄소·다이에틸에터가 대표적이며, 발화점 100℃ 이하이거나 인화점 영하 20℃ 이하·비점 40℃ 이하인 것이다. 제1석유류는 아세톤·휘발유가 대표적이며, 인화점 21℃ 미만인 것이다.

석유류의 인화점 경계는 21 → 70 → 200 → 250℃ 순이며, 앞 류의 상한이 곧 다음 류의 하한이 된다.

혼동 주의: 인화점 250℃ 이상인 기름은 제4류 위험물에서 빠지며, 동식물유류도 인화점 250℃ 미만인 것만 해당한다.

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 8(지하탱크저장소 기준)에 정해진 수치를 그대로 묻는 문항이다.

• 탱크전용실의 벽·바닥·뚜껑은 두께 0.3m 이상의 철근콘크리트로 한다.
• 통기관 끝부분은 지면에서 4m 이상 높이에 두어 인화성 증기가 지표 근처에 머물지 않게 한다.
• 누유검사관(탱크 주위에 세워 기름이 새는지 확인하는 관)은 4개소 이상 설치한다.
• 탱크 주위 빈 공간은 마른 모래나 입자 지름 5mm 이하의 마른 자갈분으로 채운다.
• 탱크 윗부분은 지면으로부터 0.6m 이상 아래에 묻는다.

혼동 주의: 탱크와 전용실 안쪽 벽 사이는 0.1m 이상 띄우는데, 이 수치를 벽 두께 0.3m 와 바꿔 쓰지 않도록 한다.

[해설]

세 물질 모두 물과 반응해 수소 또는 산소를 발생시키므로 주수소화가 금지되는 물질들이다.

$\mathrm{2K_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 4KOH + O_2}$는 무기과산화물 특유의 반응으로, 발생한 산소가 화재를 확대시킬 위험이 있다.

$\mathrm{Mg + 2H_2O \rightarrow Mg(OH)_2 + H_2}$, $\mathrm{2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2}$는 각각 마그네슘·나트륨이 물과 반응해 수소가스를 발생시켜 폭발 위험을 만드는 반응이다.

㉠ 불활성가스 소화설비: ②, ④ (제2류 위험물 중 인화성 고체, 제4류 위험물)

㉡ 옥외소화전설비: ②, ③, ⑤, ⑥ (제2류 위험물 중 인화성 고체, 제3류 위험물(금수성 물질 제외), 제5류 위험물, 제6류 위험물)

㉢ 포소화설비: ②, ③, ④, ⑤, ⑥ (제2류 위험물 중 인화성 고체, 제3류 위험물(금수성 물질 제외), 제4류 위험물, 제5류 위험물, 제6류 위험물)

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17의 소화설비 적응성 기준으로, 설비의 소화 원리가 위험물 성질과 맞아야 적응성이 있다.

• 불활성가스 소화설비는 질식소화만 하므로 제2류 인화성 고체와 제4류 위험물에 적응한다.
• 옥외소화전설비는 물로 냉각하므로 인화성 고체·제3류(금수성 제외)·제5류·제6류에 적응하지만, 제4류는 물 위로 기름이 떠 번지므로 제외된다.
• 포소화설비는 냉각과 질식을 함께 하여 옥외소화전 대상에 제4류까지 더해 적응 범위가 가장 넓다.

혼동 주의: 제1류 알칼리금속의 과산화물은 물과 반응해 산소를 내므로 세 설비 모두 적응성이 없고, 마른모래·팽창질석 등으로 소화한다.

①: 10배
②: 0.3m
③: 6m
④: 4m
⑤: 3m
⑥: 55℃

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 18에 나오는 옥내저장소 저장기준이다.

• 자연발화 우려가 있는 위험물을 다량 저장할 때는 지정수량의 10배 이하마다 나누고 서로 0.3m 이상 간격을 둔다.
• 기계로 하역하는 구조의 용기만 겹쳐 쌓을 때는 6m를 넘지 않는다.
• 제3석유류·제4석유류·동식물유류 용기만 겹쳐 쌓을 때는 4m를 넘지 않는다.
• 그 밖의 경우에는 3m를 넘지 않는다.
• 용기에 담아 저장하는 위험물의 온도는 55℃를 넘지 않게 한다.

외우는 요령: 쌓는 높이는 기계 하역 6m → 인화점 높은 석유류 4m → 그 밖 3m 순으로 낮아진다.

① 건성유: 아마인유, 들기름, 동유

② 반건성유: 쌀겨유, 면실유(목화씨유)

③ 불건성유: 야자유, 땅콩유, 올리브유, 피마자유

※ 기어유·실린더유는 동식물유류가 아닌 제4석유류 → 해당없음

[해설]

동식물유류는 요오드값(유지 100g에 흡수되는 아이오딘의 g수)으로 구분한다. 요오드값이 클수록 불포화도가 높아 자연발화 위험이 크다.

• 건성유(요오드값 130 이상) — 아마인유·들기름·동유.
• 반건성유(요오드값 100~130) — 쌀겨유·면실유(목화씨유).
• 불건성유(요오드값 100 이하) — 야자유·땅콩유·올리브유·피마자유.

기어유·실린더유는 광물성 기름으로 제4석유류에 속하므로 동식물유류 분류에서는 해당없음이다.

①: 황린(P₄)
②: 1,000m²
③: PH₃

[해설]

물과는 반응하지 않아 약알칼리성(pH 9 정도) 물속에 저장하지만, 공기 중에서는 자연발화해 오산화인(P₂O₅) 흰 연기를 내는 제3류 위험물은 황린(P₄)이다.

• 명칭·화학식: 황린이며, 인 원자 4개가 정사면체로 결합해 P₄로 쓴다.
• 옥내저장소 바닥면적: 위험물안전관리법 시행규칙 별표 5에서 황린은 칼륨·나트륨·알킬알루미늄과 같은 묶음이어서 1,000m² 이하로 제한된다.
• 강알칼리 반응: KOH 같은 강알칼리 수용액과 만나면 맹독성 기체인 포스핀(PH₃)이 생긴다.

반응식은 다음과 같다.
P₄ + 3KOH + 3H₂O → PH₃ + 3KH₂PO₂

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 19(운반기준)에서 운반용기 외부 주의사항을 유별·품명의 위험 특성에 맞춰 정한다.

• 제2류 인화성 고체는 불이 붙기 쉬운 증기를 내므로 화기엄금이다.
• 제3류 금수성 물질은 물과 반응해 가연성 가스를 내므로 물기엄금이다.
• 제4류 인화성 액체는 증기가 점화원에 인화하므로 화기엄금이다.
• 제5류 자기반응성 물질은 가열·충격에 폭발하므로 화기엄금에 충격주의가 더해진다.
• 제6류 산화성 액체는 가연물을 태우므로 가연물 접촉주의이다.

혼동 주의: 제2류 중 인화성 고체 외의 것은 화기주의, 철분·금속분·마그네슘은 화기주의와 물기엄금이다.

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 1에서 세 물질은 유별이 서로 달라 지정수량도 각각 다르다.

• 과산화벤조일 (C₆H₅CO)₂O₂은 제5류 유기과산화물이며, 제1종 기준 지정수량은 10kg이다.
• 과망간산암모늄 NH₄MnO₄는 제1류 과망간산염류이며, 지정수량은 1,000kg이다.
• 인화아연 Zn₃P₂는 제3류 금속의 인화물이며, 지정수량은 300kg이다.

외우는 요령: 인화아연은 아연(Zn²⁺) 3개와 인(P³⁻) 2개로 전하를 맞춘 식이다.

①: 조해성 있음 - 오황화인, 칠황화인 / 조해성 없음 - 삼황화인
②: 삼황화인(P₄S₃)
③: P₄S₃ + 8O₂ → 2P₂O₅ + 3SO₂

[해설]

황화인은 제2류 위험물(가연성 고체, 지정수량 100kg)이며, 세 물질은 조해성과 발화점으로 구분한다. 조해성은 공기 중 습기를 빨아들여 스스로 녹는 성질이다.

• 조해성 있음 — 오황화인(P₂S₅)·칠황화인(P₄S₇)은 습기를 흡수하고 물과 반응해 황화수소(H₂S)를 낸다.
• 조해성 없음 — 삼황화인(P₄S₃)은 찬물에 녹지 않아 습기를 흡수하지 않는다.
• 발화점 — 삼황화인이 약 100℃로 황화인 중 가장 낮다.

삼황화인이 완전연소하면 인은 오산화인, 황은 이산화황이 된다.
P₄S₃ + 8O₂ → 2P₂O₅ + 3SO₂