공기는 부피 기준으로 질소(약 78%)와 산소(약 21%)가 대부분을 차지하며, 평균분자량 29는 이 두 성분의 존재비를 가중평균하여 얻어진 값이다.

$M_{avg} \approx 0.78 \times 28(\mathrm{N_2}) + 0.21 \times 32(\mathrm{O_2}) \approx 29$

탄소나 수소는 공기의 주성분이 아니므로 이 평균분자량 계산과는 관련이 없다.

함께 석출되는 Ag의 질량은 432g이다.

패러데이 법칙에 의하면, 동일한 전기량(즉 동일한 전자의 몰수)이 흐를 때 각 이온이 석출되는 몰수는 이온가수(전자를 받는 수)에 반비례하여 정해진다.

Cu의 원자량은 63.5이므로 석출된 Cu 127g은
$\dfrac{127}{63.5}=2\,\mathrm{mol}$
에 해당한다.
$\mathrm{Cu^{2+}}+2e^- \rightarrow \mathrm{Cu}$
반응에서 Cu 2mol을 석출시키려면 전자 4mol, 즉 4F의 전기량이 필요하다.

이와 동일한 전기량 4F를
$\mathrm{Ag^+}+e^- \rightarrow \mathrm{Ag}$
반응에 흘려주면, Ag는 1mol당 전자 1mol만 필요하므로 4mol의 Ag가 석출되며
$4\,\mathrm{mol}\times108\,\mathrm{g/mol}=432\,\mathrm{g}$
이 되어, 석출되는 Ag의 양은 432g임을 알 수 있다.

108g은 전기량을 1F로 잘못 본 값, 216g은 이온가수 차이를 반영하지 않고 Ag도 2mol만 석출된다고 본 값, 127g은 주어진 Cu의 질량을 그대로 답한 값이다.

$sp^3$과 가장 관련 깊은 것은 $\mathrm{CH_4}$이다.

중심원자의 혼성궤도 종류는 (시그마 결합 수 + 비공유전자쌍 수)로 판단한다. $\mathrm{CH_4}$의 중심 탄소는 4개의 시그마 결합만 가지고 비공유전자쌍이 없어 정사면체 구조를 이루는 $sp^3$ 혼성의 전형적인 예이다.

$\mathrm{BeCl_2}$의 Be은 결합 2개로 직선형($sp$), $\mathrm{BF_3}$의 B는 결합 3개로 평면삼각형($sp^2$)이며, $\mathrm{HF}$는 $\mathrm{H-F}$ 단일 시그마 결합으로 된 이원자분자로 혼성궤도 개념을 별도로 적용하지 않는 것이 일반적이다.

물질의 화학적 조성(성분)이 유지된 채 상태·형태만 바뀌면 물리적 변화이고, 원래와는 다른 새 물질이 만들어지면 화학적 변화로 구분한다.

끓는점 차이로 혼합물을 나누는 증류, 기체가 액체로 바뀌는 액화, 액체가 고체로 바뀌는 응고는 모두 성분은 그대로인 채 상태·형태만 달라지는 물리적 변화다.

반면 발효는 효모·미생물의 작용으로 당(글루코스)이 에탄올·이산화탄소 등 전혀 다른 물질로 바뀌는 반응이어서 화학적 변화에 해당한다.

양쪽성 산화물에 해당하는 것은 $\mathrm{Al_2O_3}$이다.

양쪽성 산화물은 산과도 반응하고 염기와도 반응하는 산화물로, Al₂O₃, ZnO, SnO, PbO 등이 대표적이다.

$\mathrm{Al_2O_3}$는 산과 반응해 $\mathrm{Al}^{3+}$ 염을 생성하고, 강염기와 반응해 알루민산이온($\mathrm{AlO_2^-}$)을 생성하므로 양쪽성 산화물에 해당한다.

$\mathrm{NO_2}$는 산성 산화물(비금속 산화물), $\mathrm{MgO}$와 $\mathrm{Na_2O}$는 각각 전형적인 염기성 산화물(금속 산화물)이므로 양쪽성에 해당하지 않는다.

HCl 분자의 개수는 $6.02\times10^{24}$개이다.

HCl의 분자량은
$1+35.5=36.5$
이다.

365g을 몰수로 환산하면
$n=\dfrac{365\,\text{g}}{36.5\,\text{g/mol}}=10\,\text{mol}$
이고, 아보가드로수($6.02\times10^{23}$개/mol)를 곱하면
$10\,\text{mol}\times6.02\times10^{23}\,\text{개/mol}=6.02\times10^{24}\,\text{개}$
가 된다.

감광성은 빛을 받아 분해되기 쉬운 성질로, 할로젠화은 계열 화합물이 대표적으로 감광성이 크다. $\mathrm{AgCl}$ 은 빛에 의해 은과 염소로 분해되는 반응이 활발해 사진 감광판·필름 등에 이용되어 왔다.

$\mathrm{HgO}$ , $\mathrm{CuO}$ , $\mathrm{NaNO_3}$ 는 일상적인 빛 조건에서 $\mathrm{AgCl}$ 만큼 두드러진 감광성을 보이지 않는다. 따라서 감광성이 가장 큰 것은 $\mathrm{AgCl}$ 이다.

정답: 7

염소(Cl)의 원자번호는 17이며 전자배치는 $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$이다. 최외각인 n=3 껍질에 3s²3p⁵, 즉 2+5=7개의 전자가 있으므로 최외각 전자는 7개이다.

희석시킨 용액의 pH는 6과 7 사이의 값이 된다.

단순히 생각하면 산성 용액을 1,000배 희석했을 때 $[\mathrm{H^+}]$가 $10^{-4}$에서 $10^{-7}$로 줄어 pH가 7이 될 것 같지만, 이는 물 자체의 자동이온화($K_w=10^{-14}$, 순수한 물도 $[\mathrm{H^+}]=10^{-7}$을 가짐)를 무시한 계산이다.

실제로는 용액을 희석할수록 물 자체의 이온화가 상대적으로 더 크게 기여하게 되어, 산성 용액을 아무리 희석해도 순수한 물의 액성(pH=7)에 한없이 가까워질 뿐 7을 넘어 알칼리성이 될 수 없다.

따라서 원래 pH=4보다는 크고 7보다는 작은, 즉 희석시킨 용액의 pH는 6과 7 사이의 값이 된다.

염산의 농도는 0.50N이다.

중화점에서는 산의 당량수와 염기의 당량수가 같다($N \times V = N' \times V'$).

$N_{HCl} \times 100\,\text{mL} = 0.2\,\text{N} \times 250\,\text{mL}$
$N_{HCl} = \dfrac{0.2 \times 250}{100} = 0.50\,\text{N}$

올레핀계 탄화수소에 해당하는 것은 $CH_2=CH_2$(에틸렌)이다.

올레핀계 탄화수소는 탄소-탄소 이중결합을 1개 가지는 사슬형 불포화탄화수소(알켄, $\mathrm{C_nH_{2n}}$)를 말한다.

$CH_4$는 메테인으로, 이중·삼중결합이 없는 포화탄화수소(알케인)이다.
$CH_2=CH_2$는 에틸렌으로, 이중결합 1개를 가지는 대표적 올레핀계(알켄)이다.
$CH\equiv CH$는 아세틸렌으로 삼중결합을 가지는 알카인이다.
$CH_3CHO$는 아세트알데하이드로 카보닐기(C=O)를 가지는 알데하이드이다.

몰수 비를 구해 정하는 이 화합물의 실험식은 P_2O_3이다.

질량 백분율을 각 원자량으로 나누어 몰수를 구하고, 그 비를 가장 간단한 정수비로 나타낸다.

인과 산소의 몰수를 구하면
$n_P = \dfrac{56.4}{31} = 1.819\,\mathrm{mol}, \quad n_O = \dfrac{43.6}{16} = 2.725\,\mathrm{mol}$
이 몰수 비를 정수비로 나타내면
$P:O = 1.819:2.725 \approx 1:1.5 = 2:3$

따라서 실험식은
$\mathrm{P_2O_3}$
이다. $\mathrm{P_2O_5}$는 인의 대표적인 산화물이라는 선입견에서, $\mathrm{PO_2}$와 $\mathrm{PO_3}$는 몰수비를 정수비로 고치는 과정의 착오에서 나오는 값이다.

환원제(자신은 산화되면서 다른 물질을 환원시키는 물질)는 일반적으로 다음 성질을 갖는다: 수소를 발생시키기 쉬운 물질, 전자를 잃기(내놓기) 쉬운 물질, 산소와 결합하기 쉬운 물질(자기 자신이 산화되어 산화물이 됨). 반면 "발생기의 산소를 내놓는(방출하는) 물질"은 다른 물질에게 산소를 공급해 그것을 산화시키는 성질이므로 이는 산화제의 특징이다. 따라서 환원제가 될 수 없는 물질은 발생기 산소를 방출하는 물질이다.

이 용액의 pH는 5이다.

당량 관계식 $N_1V_1=N_2V_2$를 적용하면
$0.1\,N\times0.1\,\mathrm{mL} = N_2\times1000\,\mathrm{mL}$
$N_2 = \dfrac{0.1\times0.1}{1000} = 1\times10^{-5}\,N$

HCl은 1가산이므로 $[\mathrm{H^+}]=1\times10^{-5}\,\mathrm{M}$이며, 이 값은 물의 자체 이온화 농도($10^{-7}\,\mathrm{M}$)보다 충분히 크므로 근사적으로
$\mathrm{pH} = -\log(1\times10^{-5}) = 5$

부틸알코올의 이성질체는 다이에틸에터이다.

부틸알코올(부탄올, $\mathrm{C_4H_9OH}$)의 분자식은 $\mathrm{C_4H_{10}O}$이다. 이성질체는 분자식은 같지만 구조나 작용기가 다른 화합물을 말한다.

다이에틸에터($\mathrm{C_2H_5-O-C_2H_5}$)의 분자식도 $\mathrm{C_4H_{10}O}$로 부틸알코올과 동일하며, 작용기가 하이드록시기(-OH) 대신 에터 결합(-O-)이므로 관능기 이성질체 관계에 있다.

메틸알코올($\mathrm{CH_3OH}$), 아세트산($\mathrm{CH_3COOH},\,\mathrm{C_2H_4O_2}$), 아세트알데하이드($\mathrm{CH_3CHO},\,\mathrm{C_2H_4O}$)는 분자식 자체가 달라 이성질체가 될 수 없다.

몰랄농도(m)를 매개로 어는점 내림을 나타내는 식 $\Delta T_f = K_f \times m$ 을 이용한다. 여기에 수치를 대입하면
$m = \dfrac{1.95}{3.90} = 0.500\,\mathrm{mol/kg}$ 이 얻어진다.

용매로 쓰인 초산의 질량 100.0g을 kg 단위로 바꾸면 0.100kg이므로, 녹아있는 용질의 몰수는
$n = 0.500 \times 0.100 = 0.0500\,\mathrm{mol}$ 이 된다.

따라서 분자량은
$M = \dfrac{6.0\,\mathrm{g}}{0.0500\,\mathrm{mol}} = 120\,\mathrm{g/mol}$
로 구해져 이 시료의 분자량은 120에 가장 가깝다. 나머지 보기인 30, 60, 90은 $K_f$ 와 $\Delta T_f$ 의 자리를 뒤바꾸거나 용매 질량의 g→kg 환산 과정에서 착오가 있었을 때 나오는 값이다.

정답: MnO4⁻의 Mn

산소는 −2, 수소는 +1로 놓고 이온 전체 전하와 맞도록 밑줄 원소의 산화수를 구한다.

$\mathrm{NH_4^+}$: $x+4(+1)=+1 \Rightarrow x=-3$

$\mathrm{NO_3^-}$: $x+3(-2)=-1 \Rightarrow x=+5$

$\mathrm{MnO_4^-}$: $x+4(-2)=-1 \Rightarrow x=+7$

$\mathrm{Cr_2O_7^{2-}}$: $2x+7(-2)=-2 \Rightarrow x=+6$

따라서 산화수가 가장 큰 것은 MnO4⁻의 Mn(+7)이다.

95wt%, 비중 1.84인 황산의 몰농도를 구하는 문제이다. 몰농도 공식은 다음과 같다. $M = \dfrac{1000 \times d \times \%}{\text{분자량}}$ (d: 비중, %: 질량백분율을 소수로 표시) 황산의 분자량은 98이므로, $M = \dfrac{1000 \times 1.84 \times 0.95}{98} = \dfrac{1748}{98} \approx 17.8\,\mathrm{mol/L}$ 따라서 이 황산의 몰농도는 약 17.8이다.

제시된 성질에 해당하는 물질의 명칭은 아닐린이다.

제시된 세 가지 성질은 모두 아닐린($C_6H_5NH_2$)의 특징적 성질이다. 아닐린은 염기성 아민이므로 HCl과 반응해 아닐린염산염($C_6H_5NH_3Cl$)을 생성하고, 나이트로벤젠($C_6H_5NO_2$)을 환원시키면 아닐린이 얻어지며, 표백분($CaOCl_2$) 수용액과 만나면 특유의 붉은 보라색 정색반응을 나타내는데 이는 아닐린의 검출 반응으로 널리 알려져 있다.

나머지 페놀·톨루엔·벤젠술폰산은 질소를 포함하지 않거나(페놀·톨루엔) 위 세 성질을 동시에 만족하지 않아 해당하지 않는다.

어떤 액체가 끓는다는 것은 그 증기압이 외부 압력과 같아지는 순간을 뜻한다. 따라서 외부 압력이 낮아지면 더 낮은 온도에서도 증기압이 외부 압력 수준에 도달하게 되어 끓는점 역시 낮아진다(고지대에서 물이 더 낮은 온도에서 끓는 것과 같은 원리이다).

반면 밀폐된 용기 안에서 끓이면 내부 압력이 오히려 상승해 끓는점이 높아지며, 불의 세기를 세게 하면 끓기까지 걸리는 시간이 짧아지고 증발이 빨라질 뿐 끓는점 자체는 달라지지 않는다. 또한 설탕과 같은 비휘발성 용질을 녹이면 끓는점은 오히려 올라간다(끓는점 오름 현상).

처마의 높이가 6m 이상인 단층건물에 설치된 옥내저장소의 소화설비로 고려하기 어려운 것은 옥내소화전설비이다.

위험물안전관리법 시행규칙 별표17의 소화난이도등급Ⅰ 기준에 따르면, 처마높이가 6m 이상인 단층건물(또는 다른 용도 부분이 있는 건축물)에 설치한 옥내저장소에는 스프링클러설비 또는 이동식 외의 물분무등소화설비(물분무소화설비·포소화설비·불활성가스소화설비·할로젠화합물소화설비·분말소화설비 등 고정식 자동소화설비)를 설치하도록 요구한다.

이러한 고소 적재·대형 저장창고는 화재 확산 속도가 빠르고 인명 접근이 어려워 사람이 직접 조작하는 옥내소화전설비만으로는 방수 도달거리와 신속 대응 면에서 한계가 있으므로, 이 유형의 필수 소화설비로 고려되지 않는다.

탄산수소나트륨($NaHCO_3$)의 열분해 반응식은 다음과 같다.

$2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O + CO_2$

$NaHCO_3$의 분자량은 $23+1+12+48=84\,\mathrm{g/mol}$이므로 10kg(10,000g)의 몰수는 다음과 같다.

$n(NaHCO_3) = \dfrac{10000}{84} = 119.05\,\mathrm{mol}$

반응식에서 $NaHCO_3$ 2mol당 $CO_2$ 1mol이 생성되므로,

$n(CO_2) = \dfrac{119.05}{2} = 59.52\,\mathrm{mol}$

이상기체상태방정식 $PV=nRT$를 이용해 1기압, 270℃(=543.15K) 조건에서의 부피를 구하면 다음과 같다.

$V = \dfrac{nRT}{P} = \dfrac{59.52 \times 0.082 \times 543.15}{1} \approx 2652\,\mathrm{L} = 2.65\,\mathrm{m^3}$

따라서 정답은 2.65이다.

자연발화가 일어나기 위한 조건으로 옳은 것은 열전도율이 작아야 한다는 것이다.

자연발화는 물질이 스스로 발열반응(산화·분해·흡착 등)을 일으키고, 그 열이 방출되지 못한 채 축적되어 발화점에 도달할 때 일어난다.

열이 축적되려면 열전도율이 작아야(열이 잘 빠져나가지 못해야) 하며, 반대로 주위 온도가 높을수록, 표면적(공기와의 접촉면)이 클수록, 발열량이 클수록 열 축적이 촉진되어 자연발화가 쉬워진다.

주위 온도가 낮아야 한다는 것, 표면적이 작아야 한다는 것, 발열량이 작아야 한다는 것은 모두 조건을 반대로 서술해 틀렸다. 따라서 자연발화가 일어나기 위한 조건으로 가장 옳은 것은 열전도율이 작아야 한다는 것이다.

산소의 부피백분율은 약 21%, 질량백분율은 약 23%이다.

공기의 조성은 부피(몰) 기준으로 질소 약 79%, 산소 약 21%이다.

이를 질량 기준으로 환산하면, 공기 1mol을 기준으로
$0.21\times32=6.72\ \text{g}$(산소)
$0.79\times28=22.12\ \text{g}$(질소)
이며, 전체 질량은 $6.72+22.12=28.84\ \text{g}$이다.

따라서 산소의 질량백분율은
$\dfrac{6.72}{28.84}\times100\approx23\%$
이며, 산소는 질소보다 분자량이 커서 부피비보다 질량비가 더 크게 나타난다.

가연성 고체가 미세한 분말 형태로 공기 중에 떠 있으면 넓어진 표면적을 통해 급격한 산화(연소)가 일어나는데, 이것이 분진폭발이며 가연성 물질에서만 나타난다. 마그네슘 분말(가연성 금속분)과 석탄, 설탕 분말은 모두 금속분이거나 가연성 유기물이어서 분진폭발성을 지닌다. 그러나 시멘트 분말은 규산칼슘 등 무기 불연성 성분으로 이루어져 있어 애초에 산화(연소)반응이 일어나지 않으므로, 분진폭발 위험성이 가장 낮은 물질에 해당한다.

표준상태(0℃, 1atm)에서 이상기체 1mol의 부피는 22.4L이므로, 이산화탄소(분자량 44g/mol) 2kg이 전량 기체로 방출될 때의 부피를 구하면 다음과 같다. $n = \dfrac{2000\,g}{44\,g/mol} \approx 45.45\,mol$ $V = n \times 22.4\,L/mol \approx 1018\,L = 1.018\,m^3$ 따라서 방출되는 부피는 1.018m³이다.

각 위험물의 대략적인 비중은 경유 약 0.82~0.85, 아세톤 약 0.79, 이황화탄소 약 1.26, 중유 약 0.90~0.99 수준이다. 이황화탄소는 제4류 특수인화물 중에서도 물보다 무거운 대표적 물질로, 저장 시 물속에 저장하여 가연성 증기 발생을 억제하는 것도 이러한 비중 특성 때문이다. 따라서 비중이 가장 큰 것은 이황화탄소이다.

발화점(착화점)은 외부에서 점화원을 가하지 않아도 가연물 자체에 축적된 열만으로 스스로 발화하는 최저 온도를 말한다. "연소상태가 계속 유지될 수 있는 최저 온도"는 연소점에 대한 설명이고, "점화원과 접촉하여 발화하는 최저 온도"는 인화점에 대한 설명이며, "액체 가연물에서 증기가 발생하는 온도"는 증기 발생과 관련된 서술로 발화점의 정의와는 다르다. 따라서 착화점에 대한 설명으로 가장 옳은 것은 외부 점화원 없이도 스스로 발화하는 최저 온도이다.

고정지붕구조 옥외탱크저장소의 고정포방출구에 해당하지 않는 것은 특형포방출구이다.

이 문제는 위험물안전관리법령(위험물안전관리에 관한 세부기준 — 포소화설비의 기준)에서 규정한 고정포방출구의 형식별 적용 탱크 지붕구조를 묻는 문제이다. 고정포방출구는 Ⅰ형·Ⅱ형·특형·Ⅲ형(표면하주입식)·Ⅳ형(반표면하주입식)으로 구분되며, 각 형식은 적용 가능한 탱크 지붕구조가 법령상 명확히 지정되어 있다.

특형포방출구는 부상지붕구조(Floating Roof) 탱크 전용 방출구이다. 부상지붕의 부상부분 위에 높이 0.9m 이상의 금속제 칸막이를 탱크 옆판 내측으로부터 1.2m 이상 이격하여 설치하고, 탱크 옆판과 칸막이가 형성하는 환상(環狀)부분에 포를 주입하도록 반사판을 갖춘 상부포주입식 방출구이다. 지붕이 액면을 따라 오르내리는 부상지붕 탱크의 실(seal) 부위를 방호하기 위한 것으로, 고정지붕구조에는 해당하지 않는다.

• Ⅰ형 방출구 — 고정지붕구조 탱크에 상부포주입법을 이용하는 것으로, 방출된 포가 액면 아래로 몰입되거나 액면을 뒤섞지 않고 액면상을 덮을 수 있도록 통계단(미끄럼판) 등의 설비와 이에 연결되는 포방출구를 갖는 형식이다.
• Ⅱ형 방출구 — 고정지붕구조 또는 부상덮개부착 고정지붕구조(내부부상지붕구조) 탱크에 상부포주입법을 이용하는 것으로, 방출된 포가 탱크 옆판 내면을 따라 흘러내려 액면을 덮을 수 있는 반사판을 갖는 형식이다.
• 표면하주입식 방출구(Ⅲ형) — 고정지붕구조 탱크에 저부포주입법을 이용하는 것으로, 탱크 액면 아래(저부)에 설치된 방출구에서 포를 탱크 내부로 주입하여 포가 부력에 의해 액면으로 떠오르게 하는 형식이다. 부상지붕에는 적용할 수 없고 고정지붕구조 전용이다(참고로 Ⅳ형 반표면하주입식 역시 고정지붕구조용이다).

정리하면 고정지붕구조에는 Ⅰ형, Ⅱ형, Ⅲ형(표면하주입식), Ⅳ형(반표면하주입식)이 적용되고, 부상지붕구조에는 특형이, 내부부상지붕(부상덮개부착 고정지붕)에는 Ⅱ형이 적용된다. 따라서 고정지붕구조에 해당하지 않는 것은 부상지붕 전용인 특형포방출구이다.

IG-55는 질소( $\mathrm{N_2}$ )와 아르곤( $\mathrm{Ar}$ )을 용량비 50 : 50으로 혼합한 불활성가스계 소화약제이다.

참고로 IG-01은 아르곤 100%, IG-100은 질소 100%, IG-541은 질소 52% · 아르곤 40% · 이산화탄소( $\mathrm{CO_2}$ ) 8%로 구성되며, 이산화탄소를 포함한 조합은 IG-55의 조성이 아니다.

따라서 IG-55의 성분과 그 구성비는 질소 : 아르곤 = 50 : 50이다.

수성막포(AFFF)소화약제는 물이 주성분이며 유류 표면에 얇은 수성막을 형성해 질식·냉각소화를 하는 원리이다. 그런데 알코올류(에탄올, 메탄올 등)와 같은 수용성 위험물은 물과 잘 섞이는 성질이 있어, 포에 포함된 수분을 흡수하여 포막을 파괴(파포)시킨다. 그 결과 포가 유면을 덮지 못하고 소멸되어 소화 효과를 내지 못한다. 이 때문에 수용성 위험물 화재에는 내알코올포(수용성용 포소화약제)를 별도로 사용해야 한다. 따라서 수성막포소화약제가 효과를 내지 못하는 가장 타당한 이유는 알코올이 수용성이기 때문에 포를 소멸시켜서이다.

위험물안전관리법령에 따르면 이동탱크저장소는 제외하고, 지정수량 10배 이상의 위험물을 저장·취급하는 제조소등이라면 화재를 즉시 알릴 수 있는 경보설비(자동화재탐지설비 등)를 반드시 갖춰야 한다. 3배는 이 기준에 못 미치는 값이고, 20배·100배는 다른 시설 기준이나 예방규정 대상의 배수와 혼동하기 쉬운 오답이다. 결국 경보설비 설치 의무가 발생하는 기준은 지정수량의 10배 이상이다.

과산화칼륨 화재에 물을 뿌리는 소화방법(주수소화)이 적합하지 않은 이유는 산소가스가 발생하기 때문이다.

과산화칼륨($K_2O_2$)은 위험물안전관리법령상 제1류 위험물(산화성 고체) 중 무기과산화물(알칼리금속의 과산화물)에 해당한다. 제1류 위험물은 일반적으로 주수(냉각)소화가 원칙이지만, 알칼리금속의 과산화물만은 예외로 물과의 접촉을 금하는 금수성 물질이다.

과산화칼륨은 물과 반응하여 수산화칼륨과 산소를 발생시키며, 이 반응은 다량의 열을 내는 발열반응이다.
$2K_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 4KOH + O_2 \uparrow$

이때 생성된 산소($O_2$)는 스스로 타지는 않지만 다른 물질의 연소를 돕는 조연성(지연성) 가스이다. 따라서 주수소화를 하면 소화는커녕 반응열로 온도가 오르고 산소까지 공급되어 화재가 오히려 확대·격화된다.

수소가스가 발생하기 때문이라는 설명은 틀리다. 수소가스는 과산화물이 아니라 금속칼륨(K) 자체가 물과 반응할 때 발생한다.
$2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2 \uparrow$
과산화칼륨은 과산화이온($O_2^{2-}$)을 가진 화합물이어서 물과 반응할 때 수소가 아니라 산소가 나온다.

가연물이 생성되기 때문이라는 설명도 틀리다. 물과의 반응 생성물은 수산화칼륨(KOH)과 산소($O_2$)이며, 수산화칼륨은 불연성 염기이고 산소는 조연성 가스일 뿐 그 자체가 타는 가연물이 아니다. 문제의 핵심은 '가연물 생성'이 아니라 '연소를 돕는 산소(조연제)의 발생'이다.

금속칼륨이 생성되기 때문이라는 설명도 틀리다. 과산화칼륨이 물과 반응하여 금속칼륨(K)이 생성되지는 않으며, 생성물은 KOH와 $O_2$뿐이다. 이미 산화 상태로 존재하는 칼륨 이온($K^+$)이 물과의 반응으로 금속 상태($K^0$)로 환원될 화학적 근거가 없다.

참고로 무기과산화물 화재는 주수·강화액을 피하고 마른 모래(건조사), 팽창질석·팽창진주암, 탄산수소염류 분말소화약제 등으로 질식소화하는 것이 적응성 있는 소화방법이다.

제5류(자기반응성물질)와 제6류(산화성액체) 위험물의 조합에는 예외 없이 전면적으로 적응성이 인정된다.

위험물안전관리법 시행규칙의 소화설비 적응성 표에서 옥내소화전설비와 같은 물계 소화설비는 다음과 같이 적응성이 구분된다.

• 제1류 위험물 — 알칼리금속의 과산화물등을 제외한 부분에만 조건부로 적응성이 있다.
• 제2류 위험물 — 철분·금속분·마그네슘등을 제외한 부분에만 조건부로 적응성이 있다.
• 제3류 위험물 — 금수성물질을 제외한 부분에만 조건부로 적응성이 있다.
• 제4류 위험물(인화성액체) — 물계 소화설비 사용 시 화재가 확대될 위험이 있어 적응성이 인정되지 않는다.
• 제5류·제6류 위험물 — 제외 조건 없이 전면적으로 적응성이 인정된다.

따라서 제4류가 포함된 조합과 조건부인 제3류가 포함된 조합은 옳지 않고, 예외 없이 전면 적응되는 제5류 위험물과 제6류 위험물을 짝지은 조합이 옳다.

이황화탄소(CS2)는 인화점이 약 -30℃, 발화점이 약 100℃로 매우 위험한 가연성 액체이며, 물보다 비중이 크고(약 1.26) 물에 거의 녹지 않는다.

이러한 성질을 이용해 액면 위에 물을 채워 저장하면 이황화탄소가 공기(산소)와 직접 접촉하는 것을 차단하여 가연성 증기가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이는 자연분해 방지, 물로 소화하기 위함, 불순물을 물에 녹이기 위함이 아니라 증기 발생 억제가 목적이다.

물은 구하기 쉽고, 취급이 간편하며, 기화잠열이 약 539cal/g으로 매우 커서 화재 시 다량의 열을 빼앗아 냉각소화 효과가 뛰어나다. 또한 물의 비열은 1cal/g·℃로 다른 일반 물질에 비해 오히려 큰 편이며, 이 역시 냉각소화에 유리하게 작용하는 물의 장점 중 하나이다. 따라서 물 소화약제의 장점으로 볼 수 없는 것은 비열이 작다는 것이다.

트라이에틸알루미늄은 물과 접촉하면 격렬히 반응하여 수산화알루미늄과 에테인(에탄) 가스를 발생시키며, 다량의 반응열로 자연발화·폭발 위험이 있다. $(C_2H_5)_3Al + 3H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3C_2H_6$ 따라서 물에 의한 소화가 금지되며 마른모래, 팽창질석·팽창진주암 등으로 질식소화해야 한다. 수소·아세틸렌·메테인은 이 반응의 생성물이 아니다. 따라서 트라이에틸알루미늄이 수분과 반응할 때 발생하는 가스는 에테인이다.

피리딘은 제4류 위험물 제1석유류(수용성)로 분류되어 지정수량이 400L이다. 위험물의 소요단위는 지정수량의 10배를 1소요단위로 하므로 1소요단위에 해당하는 저장량은 $400\,\mathrm{L} \times 10 = 4{,}000\,\mathrm{L}$ 이다. 따라서 소요단위는 $\dfrac{20{,}000\,\mathrm{L}}{4{,}000\,\mathrm{L}} = 5$ 단위이다.

수용성 알코올 화재에 수성막포소화약제를 사용하면 소화 효과가 떨어지는 가장 큰 이유는 알코올이 소포성을 가지고 있기 때문이다.

수성막포(AFFF)를 비롯한 일반 단백포·계면활성제포는 물을 기반으로 거품막을 형성하는데, 수용성 알코올류(메탄올·에탄올·아세톤 등)와 접촉하면 포막의 수분이 알코올 쪽으로 흡수·희석되면서 거품이 급격히 꺼지는 소포(消泡) 현상이 발생한다.

이 때문에 수용성 위험물 화재에는 소포 저항성을 가진 내알코올포(수용성액체용포)를 별도로 사용해야 한다.

• 유독가스 발생 — 이 현상의 직접적 원인이 아니다.
• 화염의 온도 — 이 현상의 직접적 원인이 아니다.
• 알코올과 포의 화학반응에 의한 가연성가스 생성 — 이 현상의 직접적 원인이 아니다.

불활성가스(이산화탄소)소화설비의 화재안전기준상 저압식 저장용기는 액상의 소화약제를 약 -18℃, 2.1MPa 부근으로 유지하는 자동냉동장치를 갖추어야 하며, 저장용기 내 압력이 정상 범위를 벗어나는 것을 알리기 위한 압력경보장치는 2.3MPa 이상 또는 1.9MPa 이하의 압력에서 작동하도록 규정되어 있다. 따라서 불활성가스소화설비의 저압식 저장용기에 설치하는 압력경보장치가 작동하는 압력범위는 2.3MPa 이상의 압력 및 1.9MPa 이하의 압력이다.

아염소산나트륨이 지니는 위험성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 "수용액 상태에서 강한 환원력을 나타낸다"이다.

아염소산나트륨($NaClO_2$)은 제1류 위험물(산화성고체)로서 강력한 산화제이며, 수용액 상태에서도 환원력이 아니라 산화력을 나타낸다.

분해온도 이상으로 가열되면 스스로 분해하며 산소를 방출하고 조건에 따라 단독으로도 폭발할 수 있다는 설명, 비교적 안정하나 시판 제품은 약 140℃ 이상에서 발열분해 반응을 일으킨다는 설명, 산과 접촉하면 분해되어 유독성·폭발성 기체인 이산화염소(ClO₂)를 내놓는다는 설명은 모두 옳다.

금속칼륨(K)은 알칼리금속으로 이온화 경향이 매우 크고 화학적 반응성이 대단히 큰 금속이다. 공기 중 수분·산소와 즉시 반응해 산화되므로 등유(석유) 속에 저장한다. 산화되기가 극히 어렵다는 설명은 오히려 매우 쉽게 산화되므로 반대되는 설명이다. 금속 중 경도가 가장 높다는 설명은 칼륨이 칼로 자를 수 있을 정도로 무른 금속이므로 반대되는 설명이다. 금속 중 비중이 가장 크다는 설명은 칼륨의 비중이 약 0.86으로 물보다 가벼운 축에 속해 반대되는 설명이다. 따라서 옳은 설명은 화학적 반응성이 매우 큰 금속이라는 것이다.

위험물안전관리법 시행령 별표(옥외저장소에 저장할 수 있는 위험물)에 따르면 제4류 위험물 중 제1석유류는 인화점이 0℃ 이상인 것에 한하여 옥외저장소에 저장할 수 있다. 아세톤은 제1석유류이지만 인화점이 약 −18℃로 0℃ 미만이므로 옥외저장소 저장이 불가능하다. 반면 에탄올(알코올류), 황(제2류), 과산화수소(제6류)는 각각 옥외저장소에 저장 가능한 위험물로 명시되어 있다. 따라서 옥외저장소에 저장할 수 없는 위험물은 아세톤이다.

인화칼슘이 물과 반응할 때 생성되는 유독 가스는 $\mathrm{PH_3}$(포스핀)이다.

인화칼슘($\mathrm{Ca_3P_2}$)은 제3류 위험물로, 물과 반응하면
$\mathrm{Ca_3P_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2PH_3}$
의 반응이 일어나 포스핀(인화수소, $\mathrm{PH_3}$)이라는 맹독성 가스가 발생한다.

아세틸렌($\mathrm{C_2H_2}$)은 탄화칼슘이 물과 반응할 때, 황화수소($\mathrm{H_2S}$)는 황화알루미늄 등이 물과 반응할 때 나오는 기체이고, 이산화황($\mathrm{SO_2}$)은 황이 연소할 때 생기는 기체이므로 물과의 반응 생성물로는 맞지 않는다.

인화칼슘($Ca_3P_2$, 제3류 위험물)은 물과 반응하여 수산화칼슘과 함께 맹독성·가연성 기체인 포스핀(인화수소, $PH_3$)을 발생시킨다.

$Ca_3P_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2PH_3$

따라서 발생하는 기체는 포스핀이다.

제조소등의 안전거리 단축기준 공식 $H \leq pD^2+a$ (이 조건을 만족하면 방화상 유효한 담의 높이를 2m 이상으로 함)에서 각 기호의 의미는 다음과 같다. H: 인접 건축물·공작물의 높이(m) p: 상수 D: 제조소등과 인접 건축물·공작물 사이의 거리(m) a: 제조소등의 외벽의 높이(m) 즉 a는 인접 건축물의 높이나 제조소등과 공작물 사이의 거리, 담과의 거리가 아니라 제조소등 자체 외벽의 높이를 의미한다. 따라서 a 에 해당하는 것은 제조소 등 외벽의 높이(m)이다.

황린($\mathrm{P_4}$)은 백색 또는 담황색의 자연발화성 고체로 맹독성이 있으며, 물에는 녹지 않지만 이황화탄소·벤젠 등에는 잘 녹는다. 공기 중에서 서서히 산화되어 오산화인($\mathrm{P_4O_{10}}$)의 흰 연기를 내며 자연발화한다.

그러나 황린의 녹는점은 약 44℃로 매우 낮은 반면, 적린은 이러한 녹는점 개념보다 발화점(약 260℃)으로 특성이 표현되는 물질로 두 물질의 특성 온도는 크게 다르다. 따라서 "녹는점이 적린과 비슷한 수준"이라는 설명은 틀렸으며, 정답이다.

고체 위험물은 운반용기 내용적의 95% 이하로 수납해야 한다.

이 문제는 계산이 아니라 위험물안전관리법 시행규칙 별표 19(운반에 관한 기준) '운반용기의 수납기준'을 묻는 법령 문제이다. 출제 당시 기준상 위험물은 성상(고체·액체)과 위험성에 따라 운반용기에 수납할 수 있는 최대 수납률이 각각 정해져 있다.

법령상 수납률 기준은 고체위험물은 운반용기 내용적의 95% 이하, 액체위험물은 운반용기 내용적의 98% 이하(55℃의 온도에서 누설되지 않도록 충분한 공간용적 유지), 자연발화성물질 중 알킬알루미늄등은 운반용기 내용적의 90% 이하(50℃에서 5% 이상의 공간용적 유지)이다.

발문은 '고체 위험물'의 수납률을 묻고 있다. 고체는 액체와 달리 온도 상승에 따른 부피 팽창이 크지 않지만, 완전히 빈틈없이 채우면 운반 중 진동·충격으로 용기가 파손되거나 분출될 수 있어 일정 공간용적을 남기도록 규정한다. 따라서 고체위험물의 법정 수납률은 내용적의 95% 이하이며, 공간용적을 최소 5% 이상 남겨야 한다.

94%는 법령에 존재하지 않는 수치이다. 98%는 액체위험물의 수납률 기준으로, 액체는 $55^{\circ}\mathrm{C}$에서 누설되지 않도록 공간용적을 두고 최대 98%까지 수납하는데 고체 기준(95%)과 혼동하도록 낸 대표적 함정 보기이다. 99%는 어떤 성상에도 규정되지 않은 수치로, 채우면 공간용적이 1%에 불과해 진동·팽창 시 누설·파손 위험이 커지므로 인정되지 않는다.

공간용적 관점에서 정리하면, 고체는 여유 공간 $\geq 5\%$(수납률 $\leq 95\%$), 액체는 여유 공간 $\geq 2\%$(수납률 $\leq 98\%$), 알킬알루미늄등은 여유 공간 $\geq 10\%$(수납률 $\leq 90\%$)로 위험성이 클수록 남겨야 할 공간이 커진다.

수소화나트륨과 금속리튬은 물과 접촉했을 때 같은 종류의 가스(수소)를 발생시킨다.

수소화나트륨과 금속리튬은 모두 물과 반응하여 같은 종류의 기체인 수소를 발생시킨다.
$NaH + H_2O \rightarrow NaOH + H_2 \uparrow$
$2Li + 2H_2O \rightarrow 2LiOH + H_2 \uparrow$

탄화칼슘은 물과 반응해 아세틸렌을, 금속칼슘은 수소를 발생시켜 서로 다르므로 이 조합은 옳지 않다.
$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + C_2H_2 \uparrow$
$Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow$

트라이에틸알루미늄은 에테인을, 탄화알루미늄은 메테인을 발생시켜 서로 다르므로 이 조합도 옳지 않다.
$(C_2H_5)_3Al + 3H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3C_2H_6 \uparrow$
$Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3 + 3CH_4 \uparrow$

인화칼슘은 포스핀을, 수소화칼슘은 수소를 발생시켜 서로 다르므로 이 조합도 옳지 않다.
$Ca_3P_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2PH_3 \uparrow$
$CaH_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + 2H_2 \uparrow$

제1류 위험물 중 물과의 반응으로 열을 내며 위험성이 높아지는 것은 과산화나트륨이다.

과산화나트륨(Na₂O₂)은 물과 만나 열을 내면서 산소를 발생시키므로 위험성이 커진다.
$2Na_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 4NaOH + O_2\uparrow$
(발열반응)

• 질산칼륨 — 물에 잘 녹기는 하지만 용해할 때 오히려 열을 흡수하며 물과 화학반응을 일으키지는 않는다.
• 과망가니즈산칼륨 — 물에 녹아 진한 보라색 수용액을 만들 뿐 발열반응이나 산소 발생을 동반하지 않는다.
• 질산암모늄 — 물에 녹을 때 흡열반응이 일어나 주변 온도를 낮춘다.

황린이 연소할 때 생성되는 물질은 오산화인이다.

황린($P_4$)은 제3류 위험물로 공기 중에서 자연발화하며, 연소 시 흰 연기 형태의 오산화인($P_2O_5$)을 생성한다.
$P_4 + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

(틀린 설명을 고르는 문제).

황린(백린, P₄)은 강한 독성을 지녀 피부 접촉·흡입 시 치명적일 수 있는 물질이고, 반대로 적린(P)은 황린에 비해 독성이 거의 없어 비교적 안전하게 취급된다. 따라서 '황린은 독성이 없고 적린이 맹독성'이라는 설명은 실제와 정반대이므로 틀린 설명이다. 담황색·마늘 냄새(황린), 암적색·무취(적린), 이황화탄소 용해성(황린은 용해, 적린은 불용)에 대한 나머지 설명은 모두 옳다.

금속칼륨이 가지는 성질로 옳은 것은 화학적으로 이온화 경향이 큰 금속이라는 것이다.

금속칼륨(K)은 제3류 위험물(금수성·자연발화성 물질)로 알칼리금속에 속하며, 이온화 경향이 매우 커서 반응성이 큰 금속이다.

• 중금속류에 해당한다 — 칼륨은 비중이 약 0.86인 가벼운 경금속이지 중금속이 아니므로 틀렸다.
• 물속에 넣어 보관한다 — 물과 접촉하면 $\mathrm{2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2}$와 같이 격렬히 반응하여 발화·폭발할 수 있으므로 등유·경유 등 석유류 속에 보관해야 한다.
• 상온·상압에서 액체 상태로 존재하는 금속이다 — 칼륨의 녹는점은 약 63.5℃로 상온에서는 고체이므로 틀렸다.

이황화탄소($CS_2$)는 물보다 무겁고 물에 녹지 않으며 인화점이 매우 낮아, 가연성 증기 발생을 억제하기 위해 물속에 저장한다 — 옳은 연결이다.

황린 역시 공기 중 자연발화성이 강해 물속에 저장한다 — 옳은 연결이다.

금속나트륨은 물과 격렬히 반응하므로 물이 아닌 등유(석유) 속에 저장한다 — 옳은 연결이다.

그러나 인화칼슘($Ca_3P_2$)은 물과 반응하여 포스핀($PH_3$)을 발생시키는 물질이므로 물을 보호액으로 사용할 수 없고, 습기를 피해 건조한 곳에 밀폐 저장해야 한다.

따라서 잘못된 연결은 '인화칼슘 - 물'이다.

질산( $\mathrm{HNO_3}$ )과 과염소산( $\mathrm{HClO_4}$ )은 모두 제6류 위험물(산화성 액체)에 속하는 무기화합물이며, 강한 산성과 부식성을 지녀 피부·금속을 침식시키고 물과 접촉하면 다량의 열을 낸다. 즉 강한 부식성을 지닌다는 설명, 무기화합물에 해당한다는 설명, 물과 접촉하면 심하게 발열한다는 설명은 모두 옳다. 그러나 제6류 위험물 자체는 불연성 물질로서 스스로 연소하지 않고 다른 가연물의 연소를 돕는 산화제로 작용할 뿐이므로 "가연성 물질에 해당한다"는 설명이 옳지 않다.

벤젠($\mathrm{C_6H_6}$)은 인화점이 약 -11℃인 무색의 특유한 냄새가 나는 액체로, 물에는 녹지 않으며 증기는 독성이 있다.

그러나 이황화탄소($\mathrm{CS_2}$)의 인화점은 약 -30℃로 벤젠보다 훨씬 낮다. 즉 벤젠이 이황화탄소보다 인화점이 낮은 것이 아니라 오히려 더 높으므로, "$\mathrm{CS_2}$보다 인화점이 낮은 편이다"라는 설명은 틀렸다.

발화점이 가장 낮은 것은 황린(약 34℃)이다.

발화점(착화점)은 외부 점화원 없이 물질이 스스로 연소를 시작하는 최저 온도로, 이 값이 낮을수록 자연발화 위험이 크다.

황린($P_4$)은 발화점이 약 34℃로 상온(실온)과 거의 차이가 없어 공기 중에 그대로 두면 산소와 반응해 자연발화한다. 이 때문에 위험물안전관리법령상 제3류 위험물(자연발화성 및 금수성 물질, 지정수량 20kg)로 분류되고, 발화 방지를 위해 물속(약알칼리성 물)에 저장한다. 네 물질 중 발화점이 압도적으로 낮다. 연소 시 $P_4 + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$로 오산화인(백연)이 생성된다.

마그네슘(Mg)은 제2류 위험물(가연성 고체, 지정수량 500kg)로, 착화에 약 400℃의 높은 온도가 필요하다. 연소 반응은 $2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$로 강한 백색광을 내지만, 발화점 자체는 네 물질 중 가장 높다.

적린(P)은 황린과 같은 인의 동소체이지만 구조가 안정하여 발화점이 약 260℃로 훨씬 높다. 제2류 위험물(가연성 고체, 지정수량 100kg)이며, 연소하면 $4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$로 오산화인이 생성된다. 같은 인이라도 황린보다 발화점이 크게 높다.

삼황화인($P_4S_3$)은 황화린류로 제2류 위험물(지정수량 100kg)이며 발화점이 약 100℃로, 황린보다는 높다. 연소 시 $P_4S_3 + 8O_2 \rightarrow 2P_2O_5 + 3SO_2$ 반응으로 오산화인과 유독성 이산화황이 발생한다.

발화점 크기는 황린(약 34℃) < 삼황화인(약 100℃) < 적린(약 260℃) < 마그네슘(약 400℃) 순이며, 발화점이 가장 낮은 것은 황린이다.

가열했을 때 분해온도가 가장 낮은 것은 과염소산암모늄($NH_4ClO_4$)이다.

과염소산암모늄은 제1류 위험물 중에서도 분해온도가 비교적 낮은 편으로, 약 130℃ 부근부터 서서히 분해가 시작되어 저온에서도 열적으로 불안정한 특징을 가진다.

이에 비해 염소산칼륨($KClO_3$)은 약 400℃ 부근, 질산칼륨($KNO_3$)도 약 400℃ 이상, 과산화나트륨($Na_2O_2$)도 460℃ 부근에서 분해가 일어나 모두 과염소산암모늄보다 분해온도가 높다.

트라이나이트로페놀(피크르산)의 성질에 관한 설명으로 옳지 않은 것은 폭발 위험에 대비하여 철이나 구리로 만든 용기에 저장한다는 설명이다.

트라이나이트로페놀은 철·구리·납 등의 금속과 반응해 매우 민감한 금속염(피크르산염)을 생성하며, 이 금속염은 충격·마찰에 극도로 민감해 폭발 위험이 커지므로 오히려 금속용기 저장을 피하고 유리·자기 용기 등에 저장해야 한다.

• 휘황색을 띠는 침상결정이다 — 옳은 설명이다.
• 비중은 약 1.8로 물보다 무겁다 — 옳은 설명이다.
• 단독으로는 충격이나 마찰에 비교적 둔감한 편이다 — 단독 상태에서는 상온에서 비교적 안정하여 충격·마찰에 둔감한 편이며, 급격한 가열이나 강한 충격이 가해질 때 폭굉하므로 옳은 설명이다.

아세톤에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 "알코올이나 에터에는 녹지 않는다"이다.

아세톤($CH_3COCH_3$)은 제4류 위험물 제1석유류(수용성)에 해당하는 대표적인 극성 유기용매로, 물뿐 아니라 알코올·에터와도 임의의 비율로 잘 섞인다.

비중이 약 0.79로 물보다 가볍고 인화점이 낮아 가연성이 있다는 설명, 인화성 액체이므로 이산화탄소나 포 소화약제에 의한 질식소화가 유효하다는 설명은 옳다.

무색의 휘발성 액체라는 점은 맞으나, 실제 아세톤은 특유의 자극적인 냄새를 가지므로 냄새가 나지 않는다는 서술은 다소 부정확하다. 다만 이 문항에서 의도된 오답은 용해성에 관한 설명이다.