㉮ 질산 0.0267, 물 0.973

㉯ 1.53 M

[해설]

㉮ 몰분율 — 몰분율은 전체 몰수에 대한 각 성분의 몰수 비이므로, 먼저 두 성분의 몰수를 구한다.

질산의 분자량은 1 + 14 + 48 = 63이므로
$n_{\mathrm{HNO_3}} = \dfrac{31.5\ \mathrm{g}}{63\ \mathrm{g/mol}} = 0.5\ \mathrm{mol}$

물의 질량은 360 - 31.5 = 328.5 g이므로
$n_{\mathrm{H_2O}} = \dfrac{328.5\ \mathrm{g}}{18\ \mathrm{g/mol}} = 18.25\ \mathrm{mol}$

전체 몰수는 0.5 + 18.25 = 18.75 mol이므로

$x_{\mathrm{HNO_3}} = \dfrac{0.5}{18.75} =$0.0267

$x_{\mathrm{H_2O}} = \dfrac{18.25}{18.75} =$0.973

두 몰분율의 합이 0.0267 + 0.973 ≒ 1이 되는지 확인하면 검산이 된다.

㉯ 몰농도 — 몰농도는 용액 1 L에 녹아 있는 용질의 몰수다. 비중 1.1을 이용해 용액의 부피부터 구한다.

$V = \dfrac{360\ \mathrm{g}}{1.1\ \mathrm{g/mL}} = 327.27\ \mathrm{mL} = 0.32727\ \mathrm{L}$

$M = \dfrac{0.5\ \mathrm{mol}}{0.32727\ \mathrm{L}} = 1.5278 \approx$1.53 M

주의할 점 두 가지. 첫째, 질산의 몰분율을 0.03으로 반올림하면 안 된다. 0.0267을 유효숫자 한 자리까지 줄인 값이라 몰분율로서의 정보가 사라진다(일부 교재가 0.03으로 싣고 있으나 0.0267 또는 0.027로 쓰는 것이 옳다). 둘째, 물의 몰수를 18.2 mol로 적은 교재가 있는데 328.5 ÷ 18 = 18.25 mol이 맞다. 다행히 어느 쪽으로 계산해도 몰분율은 0.0267로 같아 답이 갈리지는 않는다.

또 하나, 몰분율 계산에는 비중 1.1이 쓰이지 않는다. 비중은 몰농도를 구할 때만 필요한 조건이다.

㉮ 차아염소산염류, 아염소산염류, 염소산염류, 과염소산염류, 무기과산화물

㉯ 해당없음

㉰ 칼륨, 나트륨, 알킬알루미늄, 알킬리튬, 황린

㉱ 특수인화물

㉲ 질산에스터류(제1종), 나이트로화합물(제1종)

[해설]

위험등급은 유별 안에서 지정수량이 가장 작은 품명부터 I → II → III으로 매겨진다. 지정수량이 작다는 것은 그만큼 적은 양으로도 규제가 필요할 만큼 위험하다는 뜻이므로, 위험등급 I을 묻는 문제는 결국 각 유별의 최소 지정수량 품명을 묻는 문제다.

㉮ 제1류 — 지정수량 50 kg인 품명들이다. 차아염소산염류·아염소산염류·염소산염류·과염소산염류·무기과산화물이 여기에 해당한다.

㉯ 제2류 — 제2류의 최소 지정수량은 100 kg(황화인·적린·황)이어서 위험등급 II부터 시작한다. 즉 위험등급 I이 없다.

㉰ 제3류 — 지정수량 10 kg인 칼륨·나트륨·알킬알루미늄·알킬리튬과 20 kg인 황린이 위험등급 I이다.

㉱ 제4류 — 지정수량 50 L인 특수인화물만 위험등급 I이다. 제1석유류와 알코올류가 II, 나머지가 III이다.

㉲ 제5류 — 자기반응성물질은 시험 결과에 따라 제1종(지정수량 10 kg)과 제2종(100 kg)으로 나뉘며, 지정수량 10 kg인 제1종이 위험등급 I이다. 대표적인 것이 질산에스터류와 나이트로화합물이다.

제1류의 차아염소산염류는 지정수량 50 kg 품명으로 새로 편입된 것이어서, 이 항목이 빠진 채로 실린 교재가 있다. 현행 법령 기준으로는 위험등급 I에 포함해 답하는 것이 맞다. 또 제5류를 묻는 소문항을 통째로 누락한 판본도 있으나, 발문이 제1류~제5류를 묻는 이상 다섯 유별을 모두 답해야 한다.

㉮ $\mathrm{P_2S_5} + 8\mathrm{H_2O} \rightarrow 5\mathrm{H_2S} + 2\mathrm{H_3PO_4}$

㉯ $2\mathrm{H_2S} + 3\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{H_2O} + 2\mathrm{SO_2}$

[해설]

물질의 특정 — 황화인은 세 가지가 출제된다.

분자량 222, 비중 2.09가 맞아떨어지는 것은 오황화인이다.

㉮ 물과의 반응 — 오황화인은 물이나 알칼리와 분해하여 황화수소와 인산을 만든다. 황화수소는 가연성이면서 동시에 달걀 썩는 냄새가 나는 맹독성 기체다.

$\mathrm{P_2S_5} + 8\mathrm{H_2O} \rightarrow 5\mathrm{H_2S} + 2\mathrm{H_3PO_4}$

좌변 H 16개·O 8개, 우변 H(10 + 6) 16개·O 8개로 균형이 맞는다.

㉯ 황화수소의 완전연소 — 완전연소하면 황이 이산화황까지 산화된다.

$2\mathrm{H_2S} + 3\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{H_2O} + 2\mathrm{SO_2}$

산소가 부족한 불완전연소에서는 $2\mathrm{H_2S} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{H_2O} + 2\mathrm{S}$로 황이 유리되지만, 문제는 완전연소를 물었다.

오황화인은 제2류 위험물 황화인으로 지정수량 100 kg, 위험등급 II이며, 물과 반응하므로 물·습기를 피하고 소화는 건조사나 이산화탄소 등으로 한다.

㉮ 1,000만L 이상

㉯ 0.3m 이상(방유제 안 옥외저장탱크 용량의 합계가 2억L를 넘으면 1m 이상)으로 하되, 방유제의 높이보다 0.2m 이상 낮게 할 것

㉰ 흙 또는 철근콘크리트

㉱ 간막이 둑 안에 설치된 탱크 용량의 10% 이상

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 6의 방유제 기준이다. 하나의 방유제 안에 큰 탱크가 여러 기 있을 때 한 기가 새면 방유제 전체가 기름바다가 되어 나머지 탱크까지 위험해진다. 그래서 용량 1,000만L 이상인 옥외저장탱크에는 탱크마다 낮은 둑을 하나 더 둘러 유출분을 그 탱크 주변에 가두는데, 이것이 간막이 둑이다.

· 높이 — 0.3m 이상이 원칙이고, 방유제 안에 설치되는 옥외저장탱크 용량의 합계가 2억L를 넘는 방유제에서는 1m 이상으로 높인다. 어느 경우든 방유제의 높이보다 0.2m 이상 낮게 해야 한다.

· 재질 — 흙 또는 철근콘크리트

· 용량 — 간막이 둑 안에 설치된 탱크 용량의 10% 이상

간막이 둑을 방유제보다 낮게 두는 이유는 저류 순서 때문이다. 간막이 둑이 방유제와 같거나 더 높으면 새어 나온 위험물이 간막이 둑에 갇혀 방유제 전체 용량을 제대로 쓰지 못하고 소화작업도 방해받는다. 먼저 간막이 둑을 넘어 방유제 안으로 퍼진 뒤 방유제가 최종적으로 가두도록 0.2m 이상의 낙차를 두는 것이다. 방유제 본체가 최대 탱크 용량의 110% 이상을 받아 주므로, 간막이 둑은 초기 유출분을 잡아 두는 역할만 하면 되어 10%로 족하다.

“탱크 용량의 합계가 2억L를 넘지 않는다”는 단서가 붙은 문항이라면 높이는 1m가 아니라 0.3m 기준을 적용한다. 이때도 방유제보다 0.2m 이상 낮게 하라는 단서까지 함께 적어야 완전한 답이 된다.

㉠ 37

㉡ 20

㉢ 150

㉣ 150

㉤ 20

㉥ 30

[해설]

두 기준은 목적이 다르므로 나누어 외워야 한다.

㉮·㉯ 물분무설비에 의한 방호조치(시행규칙 별표 6) — 옥외저장탱크는 인접 탱크와 보유공지를 두어야 하는데, 탱크 표면에 물을 뿌려 냉각하는 방호조치를 하면 그 보유공지를 2분의 1 이상(최소 3 m 이상)으로 줄일 수 있다. 이때 요구되는 수량이 탱크 원주길이 1 m당 분당 37 L 이상이고, 수원은 그 수량으로 20분 이상 방사할 수 있어야 한다. 기준이 탱크 표면적이 아니라 원주길이인 점에 주의한다.

㉰·㉱ 물분무소화설비의 설치기준(시행규칙 별표 17) — 이쪽은 소화설비 자체의 기준이다. 방사구역은 150 m² 이상으로 하되, 방호대상물의 표면적이 150 m² 미만이면 그 표면적으로 한다. 수원은 표면적 1 m²당 1분당 20 L의 비율로 30분간 방사할 수 있는 양 이상이어야 한다.

따라서 물분무소화설비의 최소 수원은 $150\ \mathrm{m^2} \times 20\ \mathrm{L/(m^2 \cdot min)} \times 30\ \mathrm{min} = 90{,}000\ \mathrm{L} = 90\ \mathrm{m^3}$가 된다. 방호조치의 37 L·20분과 소화설비의 20 L·30분을 서로 바꿔 쓰지 않도록 “방호조치는 원주길이 37, 소화설비는 면적당 20”으로 구분해 두면 좋다.

① 백색 또는 담황색   ② 있음   ③ $\mathrm{P_2O_5}$   ④ 용해함   ⑤ 위험등급 I

⑥ 암적색   ⑦ 없음   ⑧ $\mathrm{P_2O_5}$   ⑨ 용해하지 않음   ⑩ 위험등급 II

[해설]

황린과 적린은 같은 인(P)으로 이루어졌지만 원자의 배열이 달라 성질이 크게 갈리는 동소체다. 황린은 $\mathrm{P_4}$ 분자가 느슨한 정사면체를 이루어 결합각이 뒤틀려 있어 매우 불안정하고, 적린은 사슬 모양의 그물 구조라 훨씬 안정하다.

두 물질의 연소생성물은 오산화인 $\mathrm{P_2O_5}$으로 같다. 연소하면 자극성 백색 연기가 나는 것이 이 때문이다.

$\mathrm{P_4} + 5\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{P_2O_5}$ (황린), $4\mathrm{P} + 5\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{P_2O_5}$ (적린)

황린은 발화점이 약 34 ℃로 상온에서도 자연발화하므로 pH 9 정도의 약알칼리성 물속에 저장한다. 강알칼리성 물에서는 유독한 포스핀($\mathrm{PH_3}$)이 생기므로 pH를 지나치게 높이면 안 된다. 반면 적린은 안정해 상온에서 자연발화하지 않고 독성도 없다.

㉮ 51.35 L

㉯ 2.7 %

[해설]

㉮ 팽창 후의 부피 — 액체의 부피팽창은 다음 식으로 계산한다.

$V = V_0 (1 + \beta \cdot \Delta t)$

여기서 $V_0$는 처음 부피, $\beta$는 부피팽창계수, $\Delta t$는 온도 변화량이다. 온도 변화는 25 - 5 = 20 ℃이므로

$V = 50 \times \left( 1 + 0.00135 \times 20 \right) = 50 \times 1.027 =$51.35 L

㉯ 부피증가율 — 늘어난 부피를 처음 부피로 나눈다.

$\dfrac{51.35 - 50}{50} \times 100 = \dfrac{1.35}{50} \times 100 =$2.7 %

증가율만 필요하다면 처음 부피를 거치지 않고 $\beta \cdot \Delta t \times 100 = 0.00135 \times 20 \times 100 = 2.7\ \%$로 바로 구할 수 있다. 부피증가율은 처음 부피와 무관하다는 뜻이므로, 50 L가 500 L여도 증가율은 2.7 %로 같다.

휘발유처럼 팽창계수가 큰 인화성 액체를 용기에 가득 채우면 온도가 오를 때 넘치거나 용기가 파손되므로, 위험물 운반용기는 액체의 경우 내용적의 98 % 이하로 수납하고 55 ℃에서 누설되지 않도록 충분한 공간용적을 두게 되어 있다.

㉮ 과산화수소, 과염소산

㉯ 2

㉰ 배수구, 분리장치

[해설]

㉮ 옥외저장소에 저장할 수 있는 제6류 위험물 가운데 과산화수소와 과염소산은 햇빛(자외선)과 열에 의해 분해가 촉진된다. 과산화수소는 분해하면서 산소를 내어 용기 내압을 올리고, 과염소산은 분해하면서 유독한 염화수소를 낸다. 그래서 이 두 물질을 저장하는 옥외저장소에는 불연성 또는 난연성 천막 등을 설치해 햇빛을 가리도록 규정한다. 천막을 불연성·난연성으로 한정한 것은 그늘막 자체가 화재하중이 되면 안 되기 때문이다.

㉯ 황은 덩어리 상태로 경계표시 안에 쌓아 두는데, 분말이 바람에 날리면 분진폭발의 원인이 된다. 그래서 천막을 덮고 경계표시의 길이 2 m마다 한 개 이상 고정장치를 설치한다.

㉰ 빗물에 씻겨 나간 황이 그대로 유출되지 않도록 황을 저장·취급하는 장소의 주위에는 배수구와 분리장치를 설치해, 흘러나온 물에서 황을 걸러낸 뒤 배출한다.

덩어리 상태의 황만을 저장·취급하는 옥외저장소의 특례에서는 이 밖에도 하나의 경계표시 내부 면적은 100 m² 이하, 2 이상의 경계표시 내부 면적의 합계는 1,000 m² 이하, 경계표시의 높이는 1.5 m 이하로 정하고 있다.

㉮ 반응없음

㉯ 반응없음

㉰ $2\mathrm{CH_3COC_2H_5} + 11\mathrm{O_2} \rightarrow 8\mathrm{CO_2} + 8\mathrm{H_2O}$

㉱ $2(\mathrm{CH_3})_3\mathrm{Al} + 12\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{Al_2O_3} + 9\mathrm{H_2O} + 6\mathrm{CO_2}$

㉲ $2\mathrm{CH_3OH} + 3\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{CO_2} + 4\mathrm{H_2O}$

[해설]

연소반응식을 쓸 수 있으려면 그 물질 자체가 가연물이어야 한다. 산소를 공급하는 쪽인 산화성 물질은 스스로 타지 않으므로 연소반응식이 성립하지 않는다.

㉮ 과염소산암모늄 $\mathrm{NH_4ClO_4}$ — 제1류 산화성 고체다. 가열하면 분해하면서 산소를 내놓지만 이는 분해반응이지 연소반응이 아니다. → 반응없음
(참고 분해식) $2\mathrm{NH_4ClO_4} \rightarrow \mathrm{N_2} + \mathrm{Cl_2} + 2\mathrm{O_2} + 4\mathrm{H_2O}$

㉯ 과염소산 $\mathrm{HClO_4}$ — 제6류 산화성 액체이며 불연성이다. → 반응없음

㉰ 메틸에틸케톤 $\mathrm{CH_3COC_2H_5}$ — 제4류 제1석유류(비수용성)다. C 4개, H 8개, O 1개이므로 계수를 맞추면
$2\mathrm{CH_3COC_2H_5} + 11\mathrm{O_2} \rightarrow 8\mathrm{CO_2} + 8\mathrm{H_2O}$
(좌변 O = 2 + 22 = 24, 우변 O = 16 + 8 = 24)

㉱ 트라이메틸알루미늄 $(\mathrm{CH_3})_3\mathrm{Al}$ — 제3류 알킬알루미늄이다. 알루미늄은 타서 산화알루미늄으로 남는다.
$2(\mathrm{CH_3})_3\mathrm{Al} + 12\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{Al_2O_3} + 9\mathrm{H_2O} + 6\mathrm{CO_2}$
(좌변 O = 24, 우변 O = 3 + 9 + 12 = 24)

㉲ 메탄올 $\mathrm{CH_3OH}$ — 제4류 알코올류다.
$2\mathrm{CH_3OH} + 3\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{CO_2} + 4\mathrm{H_2O}$

㉱를 트라이에틸알루미늄 $(\mathrm{C_2H_5})_3\mathrm{Al}$로 실은 교재도 있으나, 같은 회차의 다른 문항이 이미 트라이에틸알루미늄과 물의 반응을 묻고 있어 한 회차에서 같은 물질을 두 번 묻는 꼴이 된다. 여기서는 트라이메틸알루미늄으로 본다. 참고로 트라이에틸알루미늄의 연소반응식은 $2(\mathrm{C_2H_5})_3\mathrm{Al} + 21\mathrm{O_2} \rightarrow 12\mathrm{CO_2} + 15\mathrm{H_2O} + \mathrm{Al_2O_3}$이다.

㉠ 100

㉡ 50

㉢ 150

㉣ 75

㉤ 최대수평투영면적

[해설]

소요단위는 소화설비의 설치대상이 되는 건축물이나 위험물의 양을 하나의 단위로 환산한 기준값이다. 정리하면 다음과 같다.

외우는 요령은 두 가지다. 첫째, 저장소는 제조소·취급소의 1.5배(100 → 150, 50 → 75)다. 저장소는 사람이 상시 작업하지 않아 상대적으로 위험이 낮기 때문이다. 둘째, 외벽이 내화구조가 아니면 절반(100 → 50, 150 → 75)이다. 같은 면적이라도 불이 번지기 쉬우므로 더 촘촘히 소화설비를 두라는 뜻이다.

옥외 공작물은 벽이 없으니 내화구조 여부를 따질 수 없어 내화구조인 것으로 간주하고, 위에서 내려다본 최대수평투영면적을 연면적으로 보아 계산한다.

㉮ 사이안화수소

㉯ $HCN$

㉰ H-C≡N

㉱ 제1석유류(수용성)

㉲ $\dfrac{27}{29} =$ 0.93

㉳ 위험등급 II

㉴ $4HCN + 5O_2 \rightarrow 2N_2 + 4CO_2 + 2H_2O$

[해설]

㉮·㉯ 물질의 특정 — 분자량 27은 $1 + 12 + 14 = 27$로 사이안화수소($HCN$, 청산)와 정확히 맞는다. 여기에 인화점 -17℃, 수용성, 강한 독성, 그리고 메테인·암모니아·산소를 백금 촉매로 반응시켜 만든다는 제법(안드루소법)이 겹치면 물질이 확정된다.

$2CH_4 + 2NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2HCN + 6H_2O$

㉰ 구조식 — 탄소가 수소와 단일결합, 질소와 삼중결합을 이룬 직선형 분자다. 즉 H-C≡N.

㉱ 품명 — 인화점이 -17℃로 21℃ 미만이므로 제1석유류이고 물에 잘 녹으므로 수용성이다. 지정수량은 400L다.

㉲ 증기비중 — 증기의 분자량을 공기의 평균분자량 29로 나눈 값이다.

$\dfrac{27}{29} =$ 0.93

1보다 작으므로 사이안화수소 증기는 공기보다 가볍다. 제4류 위험물의 증기는 대부분 공기보다 무거워 바닥에 깔리는데 사이안화수소는 그 예외라는 점에서 자주 출제된다. 공기의 평균분자량을 28.84로 잡아 0.94로 낸 판본도 있으나 표준 기준값은 29이므로 0.93이 맞다.

㉳ 위험등급 — 제4류에서 위험등급 I은 특수인화물뿐이고, 제1석유류와 알코올류가 II, 나머지(제2·3·4석유류, 동식물유류)가 III이다. 따라서 위험등급 II.

㉴ 연소반응식 — 분자 안의 질소는 연소하면 질소 기체로 빠져나온다.

$4HCN + 5O_2 \rightarrow 2N_2 + 4CO_2 + 2H_2O$

좌변의 산소 10개가 우변 $4CO_2$의 8개와 $2H_2O$의 2개로 균형이 맞는다.

그 밖의 물성 — 액비중 0.69, 녹는점 약 -13℃, 끓는점 약 26℃, 발화점 약 540℃이며 연소범위가 약 6~41%로 매우 넓다. 아몬드 냄새가 나는 무색 액체로 극소량으로도 치명적이다. 순수한 것은 안정하지만 소량의 수분이나 알칼리가 섞이면 중합폭발을 일으키므로 안정제를 넣어 저장한다. -17℃는 인화점이지 융점이 아니며, 이를 “융점”으로 실은 판본은 오기다.

㉮ 통기관

㉯ 4 m 이상

㉰ 1.5 m 이상

㉱ 0.6 m 이상

㉲ 누유검사관, 4개소 이상

㉳ 탱크의 주위에 마른 모래 또는 습기 등에 의하여 응고되지 않는 입자지름 5 mm 이하의 마른 자갈분을 채운다.

㉴ 강화플라스틱제 이중벽탱크, 강제이중벽탱크

㉵ ① 한국소방산업기술원   ② 한국소방산업기술원

㉶ 70 kPa의 압력으로 10분간 수압시험을 실시하여 새거나 변형되지 않을 것

㉷ 기밀시험과 비파괴시험을 동시에 실시하는 방법

㉸ ① 탱크 용량을 초과하는 위험물이 주입될 때 자동으로 그 주입구를 폐쇄하거나 위험물의 공급을 자동으로 차단하는 방법, ② 탱크 용량의 90 %가 찰 때 경보음을 울리는 방법

[해설]

지하탱크저장소의 기준은 위험물안전관리법 시행규칙 별표 8에 있다. 그림의 각 부분을 순서대로 따라가면 다음과 같다.

㉮·㉯ 통기관 — 탱크 윗부분에서 지상으로 올라온 관은 통기관이다. 탱크 안팎의 압력차를 없애 주입·배출 시 탱크가 변형되는 것을 막는다. 통기관의 선단은 새어 나온 증기가 지표에 머무르지 않도록 지상 4 m 이상의 높이에 두어야 한다.

㉰ 부지경계선까지의 거리 — 통기관에서 부지경계선까지는 1.5 m 이상 떨어뜨린다. 증기가 이웃 부지로 넘어가지 않도록 하기 위한 이격이다.

㉱ 탱크 윗부분의 깊이 — 지하저장탱크의 윗부분은 지면으로부터 0.6 m 이상 아래에 있어야 한다. 지상의 하중이나 충격이 탱크에 직접 전달되지 않게 하는 흙 두께다.

㉲ 누유검사관 — 탱크에서 위험물이 새는지를 확인하기 위해 탱크 주위에 수직으로 내려 꽂는 관으로, 4개소 이상 적당한 위치에 설치한다.

㉳ 채움재 — 탱크와 탱크전용실 안쪽 벽 사이에는 마른 모래, 또는 습기 등에 의하여 응고되지 않는 입자지름 5 mm 이하의 마른 자갈분을 채운다. 젖은 모래를 쓰면 응고해 빈 공간이 생기고 그 틈에서 부식이 진행되므로 “마른” 것을 쓴다.

㉴ 이중벽탱크 — 강화플라스틱제 이중벽탱크와 강제이중벽탱크가 있다. 탱크를 이중으로 만들어 안쪽 탱크가 새더라도 바깥벽이 받아내고, 그 사이 공간의 압력·액위 변화로 누설을 감지한다.

㉵ 안전성능검사 주체 — 두 종류의 이중벽탱크 모두 위험물탱크 안전성능검사를 한국소방산업기술원이 시행한다.

㉶ 수압시험 — 압력탱크 외의 탱크는 70 kPa의 압력으로 10분간 수압시험을 하여 새거나 변형되지 않아야 한다. (압력탱크인 경우에는 최대상용압력의 1.5배 압력으로 10분간 실시한다.)

㉷ 대체시험 — 기밀시험과 비파괴시험을 동시에 실시하면 수압시험을 대신할 수 있다.

㉸ 과충전 방지장치 — ① 탱크 용량을 초과하는 위험물이 주입될 때 자동으로 주입구를 폐쇄하거나 위험물의 공급을 자동으로 차단하는 방법, ② 탱크 용량의 90 %가 찰 때 경보음을 울리는 방법 두 가지다. ①은 물리적으로 막는 방식, ②는 사람에게 알리는 방식이라는 점에서 성격이 다르다.

그 밖에 탱크전용실의 벽·바닥·뚜껑은 두께 0.3 m 이상의 철근콘크리트로 하고, 탱크전용실은 지하의 가장 가까운 벽·피트·가스관 등의 시설물 및 대지경계선으로부터 0.1 m 이상 떨어뜨리며, 탱크와 탱크전용실 안쪽 사이에는 0.1 m 이상의 간격을 둔다.

㉮ 250만원의 과태료

㉯ 해당없음

㉰ 250만원의 과태료

[해설]

세 가지 모두 “위험물의 저장·취급 기준을 지켰는가”를 묻는 문제다. 위험물안전관리법 시행규칙 별표 18(제조소등에서의 위험물의 저장 및 취급에 관한 기준)이 판단 근거가 된다.

㉮ 주유취급소의 고정주유설비는 자동차등의 연료탱크에 직접 주유하기 위한 설비다. 이것으로 이동저장탱크에 급유하는 것은 허용되지 않으므로 저장·취급 기준 위반이다. → 250만원의 과태료

㉯ 이동저장탱크로부터 위험물을 자동차의 연료탱크에 직접 주입하는 것은 원칙적으로 금지되지만, 건설기계·농업용 기계 등에 주입하는 경우는 예외로 인정된다. 건설현장의 불도저는 건설기계이므로 위반에 해당하지 않는다. → 해당없음

㉰ 승용차는 예외에 해당하지 않는 일반 자동차이므로, 이동저장탱크에서 직접 연료탱크에 주입한 것은 금지행위다. → 250만원의 과태료

위반 시의 처분 종류는 위험물안전관리법 제39조 제1항 제2호에 따른 과태료이며, 구체적인 금액은 같은 법 시행령 별표 9의 과태료 부과기준에서 1차 위반 시 250만원으로 정해져 있다. 과태료는 사용정지·허가취소 같은 허가에 대한 처분과 계통이 다른 질서벌이라는 점을 함께 기억해 두면 유사 문항에서 헷갈리지 않는다.

(1) 트라이에틸알루미늄($\mathrm{(C_2H_5)_3Al}$)

(2) $\mathrm{(C_2H_5)_3Al + 3H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3C_2H_6}$

(3) 3.13

[해설]

(1) 물질의 특정

제3류 위험물 중 지정수량이 10[kg]인 것은 칼륨·나트륨·알킬알루미늄·알킬리튬이다. 그중 분자량이 114인 것은 트라이에틸알루미늄 $\mathrm{(C_2H_5)_3Al}$이다.

$M = (12 \times 2 + 1 \times 5) \times 3 + 27 = 29 \times 3 + 27 = 114$

(2) 물과의 반응

알루미늄에 붙어 있던 에틸기가 물의 수소를 받아 에테인 $\mathrm{C_2H_6}$이 되고, 알루미늄은 수산화알루미늄이 된다. 알킬기 3개가 모두 치환되므로 물 3분자가 필요하다.

(3) 위험도

위험도는 연소범위의 폭을 연소하한값으로 나눈 값이다.

$H = \dfrac{U - L}{L}$ ($U$ = 연소상한, $L$ = 연소하한)

에테인의 연소범위는 3.0~12.4[vol%]이므로

$H = \dfrac{12.4 - 3.0}{3.0} = \dfrac{9.4}{3.0} = 3.133 \fallingdotseq \mathbf{3.13}$

분모가 하한값이므로 하한값이 낮을수록, 연소범위가 넓을수록 위험도가 커진다. 같은 계산으로 아세틸렌은 $\dfrac{81 - 2.5}{2.5} = 31.4$로 훨씬 위험하다.

트라이에틸알루미늄은 공기 중에서도 자연발화하고 물과는 폭발적으로 반응하므로 벤젠·헥세인 같은 희석제에 녹여 저장하고 용기에는 불활성 기체를 봉입한다. 주수소화와 포소화는 절대 금지이며 마른모래·팽창질석·팽창진주암으로 질식소화한다.

㉮ $2\mathrm{C_6H_2CH_3(NO_2)_3} \rightarrow 12\mathrm{CO} + 2\mathrm{C} + 3\mathrm{N_2} + 5\mathrm{H_2}$

㉯ 18.50 wt%

㉰ 벤젠 고리의 1번 탄소에 메틸기($\mathrm{CH_3}$) 1개, 2·4·6번 탄소에 나이트로기($\mathrm{NO_2}$) 3개가 결합한 구조 — 트라이나이트로톨루엔 $\mathrm{C_6H_2CH_3(NO_2)_3}$

[해설]

물질의 특정 — 벤젠의 수소 1개를 메틸기로 바꾸면 톨루엔이고, 톨루엔을 질산·황산(혼산)으로 나이트로화하면 트라이나이트로톨루엔(TNT)이 된다. 담황색 결정, 직사광선에 다갈색으로 변색, 제5류 자기반응성물질이라는 단서가 모두 여기에 맞는다.

$\mathrm{C_6H_5CH_3} + 3\mathrm{HNO_3} \xrightarrow{\ \mathrm{H_2SO_4}\ } \mathrm{C_6H_2CH_3(NO_2)_3} + 3\mathrm{H_2O}$

㉮ 분해반응식 — TNT는 산소평형이 크게 음(-)이어서 분해해도 이산화탄소까지 가지 못하고 일산화탄소와 유리 탄소(그을음)가 남는다.

$2\mathrm{C_6H_2CH_3(NO_2)_3} \rightarrow 12\mathrm{CO} + 2\mathrm{C} + 3\mathrm{N_2} + 5\mathrm{H_2}$

좌변 C 14개·H 10개·N 6개·O 12개, 우변 C(12 + 2) 14개·H 10개·N 6개·O 12개로 균형이 맞는다. 고체 2몰에서 기체 20몰이 한꺼번에 생기므로 폭굉이 된다.

㉯ 질소 함유량 — TNT의 분자식은 $\mathrm{C_7H_5N_3O_6}$이므로 분자량은

$12 \times 7 + 1 \times 5 + 14 \times 3 + 16 \times 6 = 84 + 5 + 42 + 96 = 227$

1분자에 질소가 3개 들어 있으므로

$\dfrac{14 \times 3}{227} \times 100 = \dfrac{42}{227} \times 100 = 18.5022$ ≒ 18.50 wt%

㉰ 구조식 — 벤젠 고리를 그리고 1번 탄소에 $\mathrm{CH_3}$를, 2·4·6번 탄소에 $\mathrm{NO_2}$를 각각 붙인다. 메틸기가 오쏘·파라 배향성 치환기이므로 나이트로기가 2·4·6 위치로 들어간다.

TNT는 제5류 나이트로화합물로 물에 녹지 않고 아세톤·벤젠·에터에 녹으며, 폭발열이 크고 금속과 반응하지 않아 폭약으로 널리 쓰인다.

㉮ 제5류 위험물

㉯ 제1류 위험물

㉰ 제1류 위험물

㉱ 제4류 위험물

㉲ 제4류 위험물(알킬알루미늄 또는 알킬리튬을 함유한 것에 한한다)

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙의 저장기준은 유별을 달리하는 위험물을 같은 저장소에 두는 것을 금지하면서, 옥내저장소·옥외저장소에서 서로 1m 이상의 간격을 두고 접촉하지 않게 하는 경우에 한해 다음 조합만을 예외로 허용한다.

① 제1류(알칼리금속의 과산화물 등 제외) + 제5류
② 제1류 + 제6류
③ 제1류 + 제3류 중 자연발화성 물질(황린 등)
④ 제2류 중 인화성 고체 + 제4류
⑤ 제3류 중 알킬알루미늄등 + 제4류 중 알킬알루미늄 또는 알킬리튬을 함유한 것
⑥ 제4류 중 유기과산화물을 함유한 것 + 제5류 중 유기과산화물을 함유한 것

발문의 ㉯(제6류)와 ㉰(황린)는 위 ②·③을 뒤집어 물은 것이므로 답이 모두 제1류가 된다.

· 제1류 + 제5류 — 제1류는 산소공급원, 제5류는 자체에 산소를 품은 자기반응성 물질이다. 알칼리금속의 과산화물은 물과 만나면 산소를 내며 발열하는 금수성이어서 이 조합에서 빠진다.

· 제1류 + 제6류 — 둘 다 산화성(고체와 액체)으로 같은 계열이다.

· 황린 + 제1류 — 황린은 물속에 저장하는 자연발화성 물질로 금수성이 없어 제1류와 함께 둘 수 있다. 괄호가 “황린에 한한다”로 좁혀 놓은 것이 단서다.

· 인화성 고체 + 제4류 — 인화성 고체는 고형알코올처럼 사실상 인화성 액체를 굳혀 놓은 것이라 제4류와 같은 계열이다.

· 알킬알루미늄등의 짝을 제4류 전부가 아니라 “알킬알루미늄 또는 알킬리튬을 함유한 것”으로 좁히는 이유는, 알킬알루미늄을 벤젠·헥세인 같은 희석제에 녹여 저장하는 실제 취급 형태를 반영한 것이다.

공통 원리는 성질이 서로 부딪히지 않는 계열끼리 묶는다는 것이다.

㉮ $NH_4H_2PO_4 \rightarrow H_3PO_4 + NH_3$

㉯ $2H_3PO_4 \rightarrow H_4P_2O_7 + H_2O$

㉰ $H_4P_2O_7 \rightarrow 2HPO_3 + H_2O$

[해설]

제3종 분말소화약제의 주성분은 제1인산암모늄 $NH_4H_2PO_4$이고 담홍색으로 착색해 다른 분말과 구분한다. 열을 받으면 한 번에 분해되는 것이 아니라 온도가 오르는 순서대로 인산 → 피로인산 → 메타인산으로 단계를 밟는다.

① 약 190℃ — 암모니아가 떨어져 나가고 오르토인산이 남는다.
$NH_4H_2PO_4 \rightarrow H_3PO_4 + NH_3$

② 약 215℃ — 인산 두 분자가 물 한 분자를 내놓으며 축합해 피로인산이 된다.
$2H_3PO_4 \rightarrow H_4P_2O_7 + H_2O$

③ 약 300℃ — 피로인산이 다시 물을 잃고 메타인산이 된다.
$H_4P_2O_7 \rightarrow 2HPO_3 + H_2O$

세 단계를 한 줄로 묶으면 총괄식은 $NH_4H_2PO_4 \rightarrow HPO_3 + NH_3 + H_2O$가 된다. 각 단계마다 암모니아나 물이 하나씩 빠져나간다는 점만 잡으면 세 식은 외우지 않아도 세울 수 있다.

제3종 분말이 분말약제 가운데 유일하게 A급 화재에도 쓸 수 있는 이유가 마지막 생성물에 있다. 끈끈한 유리질의 메타인산 $HPO_3$이 목재·종이 같은 고체 가연물 표면에 막을 만들어 산소를 차단하는 방진작용을 하기 때문이다. 함께 나오는 암모니아와 수증기는 희석·냉각에 기여한다.

㉮ $2\mathrm{NH_4NO_3} \rightarrow 4\mathrm{H_2O} + 2\mathrm{N_2} + \mathrm{O_2}$

㉯ ① 1,000 L   ② 위험등급 III

[해설]

ANFO는 Ammonium Nitrate Fuel Oil의 약자로, 질산암모늄 약 94 %에 경유 약 6 %를 섞어 만드는 혼합 폭약이다. 따라서 원료 두 가지는 질산암모늄과 경유다.

㉮ 질산암모늄 $\mathrm{NH_4NO_3}$ — 제1류 위험물 질산염류에 속한다. 분자 안에 이미 산소를 갖고 있어 외부 산소 없이 단독으로 분해·폭발한다.

$2\mathrm{NH_4NO_3} \rightarrow 4\mathrm{H_2O} + 2\mathrm{N_2} + \mathrm{O_2}$

좌변 N 4개·H 8개·O 6개, 우변 N 4개·H 8개·O(4 + 2) 6개로 균형이 맞는다. 고체 2몰이 기체 7몰로 순식간에 바뀌면서 부피가 폭발적으로 팽창하는 것이 폭발력의 근원이다.

㉯ 경유 — 제4류 위험물 제2석유류(비수용성)이므로 지정수량은 1,000 L이고, 제4류에서 제2석유류는 위험등급 III에 해당한다. 제4류의 위험등급은 특수인화물이 I, 제1석유류·알코올류가 II, 나머지(제2·3·4석유류, 동식물유류)가 III이다.

참고로 질산암모늄은 제1류 질산염류로 지정수량 300 kg, 위험등급 II이다.

㉠ 물

㉡ 불연성 기체

㉢ 지진감지장치

㉣ 강진계

㉤ 비상벨장치

㉥ 확성장치

㉦ 가연성 증기 경보설비

㉧ 피그장치

[해설]

이송취급소는 배관으로 위험물을 옮기는 제조소등으로, 배관이 길고 사람이 상주하지 않는 구간이 많아 위험물안전관리법 시행규칙 별표 15에서 별도의 안전설비를 요구한다.

㉮ 제거조치 — 배관을 점검·보수하려면 그 구간의 위험물을 먼저 빼내야 한다. 긴급차단밸브로 구간을 격리한 뒤 남은 위험물을 물 또는 불연성 기체(질소 등)로 밀어내 치환한다. 공기로 치환하면 배관 안에 폭발성 혼합기가 만들어지므로 불연성 기체를 쓴다.

㉯ 지진감지장치 등 — 배관의 경로에는 안전상 필요한 장소와 25 km의 거리마다 지진감지장치 및 강진계를 설치한다. 지진감지장치가 흔들림을 감지해 긴급차단으로 이어지고, 강진계는 지진의 세기를 기록해 이후 배관 점검 범위를 판단하는 근거가 된다.

㉰ 경보설비 — 이송기지에는 비상벨장치와 확성장치를 설치하고, 가연성 증기를 발생하는 위험물을 취급하는 펌프실 등에는 가연성 증기 경보설비를 설치한다.

㉱ 피그장치 — 피그(pig)는 배관 안을 통과하면서 내부를 청소하거나 검사하는 기구이고, 이를 넣고 빼는 설비가 피그장치다. 배관과 같은 압력을 받으므로 배관의 강도와 동등 이상이어야 하고, 내부압력을 방출한 뒤에만 열리도록 만들어 잔압 상태에서 뚜껑을 여는 사고를 막는다. 피그를 넣고 뺄 때 위험물이 새어 나오기 쉬우므로 바닥을 위험물이 침투하지 않는 구조로 하고 배수구·집유설비를 갖춘다.