2022년 위험물기능장실기(필답형) 제71회

$2\mathrm{Na} + 2\mathrm{C_2H_5OH} \rightarrow 2\mathrm{C_2H_5ONa} + \mathrm{H_2}$

[해설]

은백색의 무른 경금속에 비중 0.97, 융점 97.7℃인 제3류 위험물은 나트륨(Na)이다. 분자량 46, 지정수량 400 L이고 산화하면 아세트알데하이드가 되는 제4류 알코올류는 에틸알코올(C₂H₅OH)이다.

나트륨이 알코올 하이드록시기(-OH)의 수소와 자리를 바꿔 나트륨에톡사이드(C₂H₅ONa)를 만들고 수소를 낸다.
2Na + 2C₂H₅OH → 2C₂H₅ONa + H₂

혼동 주의: 물과의 반응(2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂)과 형태는 같지만, 알코올과의 반응이 훨씬 완만하다.

(1) 과산화벤조일 — 벤젠고리에 붙은 카보닐기 두 개가 산소-산소 결합(-O-O-)으로 이어진 구조 : $\mathrm{C_6H_5 - CO - O - O - CO - C_6H_5}$ (화학식 $\mathrm{(C_6H_5CO)_2O_2}$)

(2) 나이트로글리세린 — 탄소 3개 사슬의 각 탄소에 질산에스터기(-ONO₂)가 하나씩 결합한 구조 : $\mathrm{CH_2(ONO_2) - CH(ONO_2) - CH_2(ONO_2)}$ (화학식 $\mathrm{C_3H_5(ONO_2)_3}$)

[해설]

· 과산화벤조일(벤조일퍼옥사이드)은 제5류 위험물 유기과산화물로, 무미·무취의 백색 결정 고체다. 구조의 핵심은 두 벤조일기($\mathrm{C_6H_5CO-}$) 사이를 잇는 과산화 결합(-O-O-)이며, 이 결합이 끊어지면서 라디칼을 내놓기 때문에 충격·마찰에 민감하다. 건조하면 위험해지므로 물이나 프탈산다이메틸 등 희석제를 섞어 함수 상태로 보관한다.

· 나이트로글리세린은 제5류 위험물 질산에스터류로, 글리세린의 하이드록시기 세 개가 모두 질산과 에스터화되어 -ONO₂로 바뀐 구조다. 상온에서 무색의 기름 같은 액체이며 동결점이 약 13℃로 얼면 더 예민해진다. 규조토에 흡수시킨 것이 다이너마이트다.

두 물질 모두 분자 안에 산소를 갖고 있어 외부 산소 없이도 폭발적으로 연소하므로, 소화는 다량의 물로 냉각시키는 방법이 유효하다.

① 제5류

② 제6류

③ 알칼리금속

④ 철분

⑤ 금속분

⑥ 마그네슘

⑦ 55

⑧ II

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 19(운반에 관한 기준)의 적재방법은 위험물이 햇빛·빗물·열·충격 중 무엇에 약한지에 따라 조치를 달리 정한다.

• 차광성 피복은 빛을 받으면 분해·반응하는 위험물에 씌우며, 자기반응성인 제5류와 산화성 액체인 제6류가 여기에 든다.
• 방수성 피복은 물과 만나면 발열하거나 가연성 가스를 내는 위험물에 씌우며, 제1류는 알칼리금속의 과산화물, 제2류는 철분·금속분·마그네슘이 대상이다.
• 보냉 컨테이너는 제5류 중 55℃ 이하에서 분해될 우려가 있는 것의 온도를 관리하려고 쓴다.
• 충격 방지조치는 기계로 하역하는 운반용기에 담은 액체위험물과 위험등급 II의 고체위험물에 한다.

혼동 주의: 알칼리금속의 과산화물은 제1류여서 차광성 대상이기도 하므로 차광성 피복과 방수성 피복을 함께 씌운다.

3.31 vol%

[해설]

먼저 생성 기체를 정하면 탄화칼슘은 아세틸렌(하한 2.5 vol%), 탄화알루미늄은 메테인(하한 5.0 vol%), 아연은 수소(하한 4.0 vol%)를 낸다.
CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂
Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄
Zn + 2H₂O → Zn(OH)₂ + H₂

혼합가스의 폭발하한은 르샤틀리에 식으로 구한다.
100/L = V₁/L₁ + V₂/L₂ + V₃/L₃
100/L = 45/2.5 + 30/5.0 + 25/4.0 = 18 + 6 + 6.25 = 30.25
L = 100/30.25 ≒ 3.31 vol%

혼동 주의: 각 성분의 상한값이 아니라 하한값을 대입한다.

(1) $\mathrm{K_2O_2} + 2\mathrm{CH_3COOH} \rightarrow 2\mathrm{CH_3COOK} + \mathrm{H_2O_2}$

(2) $2\mathrm{H_2O_2} \rightarrow 2\mathrm{H_2O} + \mathrm{O_2}$

[해설]

제1류 무기과산화물인 과산화칼륨(K₂O₂)은 초산 같은 산과 만나면 아세트산칼륨과 과산화수소를 만든다.
K₂O₂ + 2CH₃COOH → 2CH₃COOK + H₂O₂

과산화수소는 농도가 36 중량퍼센트 이상이면 제6류 위험물이며, 열분해하면 물과 산소로 나뉜다.
2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

혼동 주의: 과산화칼륨이 물이나 이산화탄소와 반응하면 과산화수소가 아니라 산소가 바로 나온다.

① 기초·지반검사

② 충수·수압검사

③ 용접부검사

④ 암반탱크검사

[해설]

제조소등의 설치허가를 받은 자가 위험물탱크를 설치·변경할 때에는 완공검사를 받기 전에 탱크안전성능검사를 받아야 한다. 위험물안전관리법 시행규칙 제18조는 검사를 네 종류로 나누고 종류별 신청 시기를 정하고 있다.

기초·지반검사와 용접부검사는 옥외탱크저장소의 액체위험물탱크 중 용량이 100만 L 이상인 것이 대상이고, 충수·수압검사는 액체위험물을 저장·취급하는 탱크가 두루 대상이 된다. 암반탱크검사는 액체위험물을 저장하는 암반탱크가 대상이다.

(1) 산화프로필렌 — 탄소 3개 사슬 $\mathrm{CH_3 - CH - CH_2}$ 에서 이웃한 두 탄소가 산소 원자 하나와 삼각형 고리를 이루는 에폭사이드 구조(시성식 $\mathrm{CH_3CHOCH_2}$)

(2) 2

(3) 40℃ 이하

(4) 40℃ 이하

[해설]

[보기]의 물질은 산화프로필렌($\mathrm{CH_3CHOCH_2}$, 분자량 58)이다. 특수인화물로 지정수량 50 L이며, 비점은 34℃, 액비중은 0.83이다(교재에 따라 35℃·0.82로 실린 것도 있으나 실측값은 34℃·0.83에 가깝다).

(1) 프로필렌의 이중결합 자리에 산소가 끼어들어 만들어진 삼각형 고리(에폭사이드)가 특징이다. 고리가 팽팽해 반응성이 크고 중합하기 쉽다.

(2) 증기비중은 그 기체의 분자량을 공기의 평균분자량으로 나눈 값이다.

$\text{증기비중} = \dfrac{58}{29} = \mathbf{2}$

공기의 평균분자량을 28.84로 잡으면 $58 \div 28.84 = 2.01$ 이 되며 이 값도 정답으로 인정된다.

(3) ·
(4) 위험물안전관리법 시행규칙의 저장기준은 산화프로필렌·다이에틸에터·아세트알데하이드 등에 대해 저장온도를 따로 정한다.

산화프로필렌은 구리·은·수은·마그네슘 및 이들의 합금과 닿으면 폭발성 아세틸라이드를 만들므로 이들 금속으로 만든 설비를 쓰지 않고, 저장 시 불연성 가스를 봉입한다.

(1) 14.0

(2) $2\mathrm{CH_3CHO} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{CH_3COOH}$

[해설]

세 제조법(에틸렌 산화·에탄올 산화·아세틸렌 수화)이 모두 가리키는 물질은 제4류 특수인화물 아세트알데하이드(CH₃CHO)이며, 연소범위는 4.0 ~ 60 vol%로 잡는다.

위험도는 연소범위 폭을 하한값으로 나눈 값이다.
H = (U − L) / L
H = (60 − 4.0) / 4.0
H = 14.0

공기 중 산소로 산화되면 제2석유류인 아세트산이 된다.
2CH₃CHO + O₂ → 2CH₃COOH

외우는 요령: 에탄올 → 아세트알데하이드 → 아세트산 순으로 산화된다.

(1) 제2류 위험물

(2) 제5류 위험물

(3) 제3류 위험물

(4) 제3류 위험물

(5) 제5류 위험물

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 1의 비고에 따라 성상이 2가지 이상 겹치는 물품은 더 위험한 성상이 속한 유별의 품명으로 분류한다.

• 산화성 고체와 가연성 고체가 겹치면 직접 타는 성상이 우선해 제2류다.
• 산화성 고체와 자기반응성 물질이 겹치면 스스로 분해·폭발하는 성상이 우선해 제5류다.
• 가연성 고체와 자연발화성·금수성 물질이 겹치면 공기·물에 닿기만 해도 위험한 성상이 우선해 제3류다.
• 자연발화성·금수성 물질과 인화성 액체가 겹쳐도 같은 이유로 제3류다.
• 인화성 액체와 자기반응성 물질이 겹치면 제5류다.

외우는 요령: 우선순위를 제1류 < 제2류 < 제4류 < 제3류 < 제5류로 잡아 두면 다섯 경우가 한 번에 풀린다.

(1) 다이에틸에터, $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5}$

(2) 아크릴로나이트릴, $\mathrm{CH_2{=}CHCN}$

(3) 폼산(의산, 개미산), $\mathrm{HCOOH}$

[해설]

분자량과 액비중, 품명 구분을 맞춰 보면 세 물질이 특정된다.

• 다이에틸에터(C₂H₅OC₂H₅) — 분자량 74, 비점 34℃, 인화점 −40℃로 특수인화물의 대표 물질이다.
• 아크릴로나이트릴(CH₂=CHCN) — 분자량 53, 증기가 공기보다 무거운 제1석유류 비수용성이다.
• 폼산(HCOOH) — 분자량 46, 액비중 1.2로 물보다 무겁고 신맛이 나는 제2석유류 수용성 카복실산이다.

혼동 주의: 분자량 46은 에탄올과 같지만 액비중이 1보다 크고 강한 산성이라는 점에서 폼산으로 갈린다.

286 kg

[해설]

윗면이 열려 있고 액체 표면적을 알 수 있으므로 국소방출방식 중 면적식으로 계산한다. 저장할 소화약제의 양은 방호대상물의 표면적에 약제 종류별 계수 K를 곱하고, 여기에 1.1을 곱한 뒤 위험물별 계수를 곱해 구한다.

$Q = S \times K \times 1.1 \times \text{계수}$

경유는 분말소화약제에 대한 계수가 1.0이므로 그대로 계산하면 된다.

$Q = 50\,\mathrm{m^2} \times 5.2\,\mathrm{kg/m^2} \times 1.1 \times 1.0 = \mathbf{286\ \mathrm{kg}}$

1.1을 곱하는 것은 국소방출방식이 방호대상물 주위로 약제가 흩어져 손실되는 것을 보정하기 위해서다. 제2종과 제3종의 계수가 같다는 점을 기억해 두면 계산이 빠르다.

(1) ㉠ I형, ㉡ II형, ㉢ 특형, ㉣ IV형, ㉤ III형

(2) ㉠

(3) 펌프 프로포셔너 방식, 프레셔 프로포셔너 방식

(4) ① 9
② 6.5

(5) ① 1,900
② 30

(6) 수원의 양 = $\left(\dfrac{\pi}{4} \times 10^2 \times A\right) + (1 \times B \times C)$ [L]

[해설]

(1) 포방출구는 탱크 지붕 구조와 포를 넣는 위치에 따라 다섯 가지로 나뉜다.

(2) 통계단 또는 미끄럼판을 두어 포를 액면 위로 흘려 넣고 증기의 역류를 막는 구조는 I형(㉠)의 정의 그 자체다. II형은 반사판으로 옆판을 타고 내려오게 하는 형식이어서 통계단·미끄럼판이라는 요건에 맞지 않는다.

(3) 공기포 소화약제의 혼합방식은 네 가지다. 펌프 프로포셔너 방식(펌프혼합방식), 프레셔 프로포셔너 방식(차압혼합방식), 라인 프로포셔너 방식(관로혼합방식), 프레셔 사이드 프로포셔너 방식(압입혼합방식). 이 중 2가지를 쓰면 되고, 우리말 명칭으로 답해도 된다.

(4) 포헤드는 방호대상물 표면적 9 m²당 1개 이상, 표면적 1 m²당 방사량 6.5 L/min 이상이다.

(5) 포모니터노즐은 모든 노즐을 동시에 사용할 때 각 노즐 끝부분 방사량 1,900 L/min 이상, 수평방사거리 30 m 이상이어야 한다.

(6) 포소화설비의 수원은 고정포방출구에 필요한 양과 보조포소화전에 필요한 양의 합이다.

고정포방출구분은 탱크 액표면적에 포수용액량 A를 곱한다. 액표면적은 $\dfrac{\pi}{4} \times 10^2 = 78.54\,\mathrm{m^2}$ 이다.

보조포소화전분은 개수 × 방사량 × 방사시간이므로 $1 \times B \times C$ 이다.

따라서 $Q = \left(\dfrac{\pi}{4} \times 10^2 \times A\right) + (1 \times B \times C)\,[\mathrm{L}]$ 이다.

탱크의 높이 15 m는 이 계산에 쓰이지 않는 조건이다. 고정포방출구의 수원은 탱크 높이가 아니라 액표면적으로 정해지기 때문이다.

① 염소산나트륨 : $2\mathrm{NaClO_3} \rightarrow 2\mathrm{NaCl} + 3\mathrm{O_2}$

② 질산칼륨 : $2\mathrm{KNO_3} \rightarrow 2\mathrm{KNO_2} + \mathrm{O_2}$

③ 나이트로글리세린 : $4\mathrm{C_3H_5(ONO_2)_3} \rightarrow 12\mathrm{CO_2} + 10\mathrm{H_2O} + 6\mathrm{N_2} + \mathrm{O_2}$

[해설]

가열 분해로 산소를 내는 것은 분자 안에 산소를 품은 제1류 산화성 고체와 제5류 자기반응성 물질이다.

• 염소산나트륨(제1류 염소산염류)은 염화나트륨과 산소로 분해된다.
  2NaClO₃ → 2NaCl + 3O₂
• 질산칼륨(제1류 질산염류)은 아질산칼륨과 산소로 분해된다.
  2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂
• 나이트로글리세린(제5류 질산에스터류)은 분해 후 산소가 남는다.
  4C₃H₅(ONO₂)₃ → 12CO₂ + 10H₂O + 6N₂ + O₂

혼동 주의: 메틸알코올(제4류)과 트라이에틸알루미늄(제3류)은 산소를 내지 않으며, 트라이에틸알루미늄은 물과 반응해 에테인을 낸다.

(1) $\mathrm{NH_4NO_3}$

(2) 질산염류

(3) II등급

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

[해설]

안포(ANFO) 폭약은 질산암모늄에 경유를 섞어 만들므로 주원료는 질산암모늄(NH₄NO₃)이다.

질산암모늄은 제1류 질산염류로 지정수량이 300 kg이어서 위험등급 II에 해당한다.

급하게 가열하면 스스로 분해하면서 수증기·질소·산소를 한꺼번에 내놓아 폭발한다.

2NH₄NO₃ → 4H₂O + 2N₂ + O₂

혼동 주의: 제1류에서 위험등급 I은 지정수량 50 kg인 아염소산염류·염소산염류·과염소산염류·무기과산화물이다.

① 40

② 직사일광

③ 1.0

④ 방출밸브

⑤ 최고사용압력

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준의 분말소화설비 저장용기 기준이며, 설치장소 요건은 불활성가스 소화설비 기준을 그대로 따온다.

• 온도 40℃ 이하이고 온도변화가 적은 곳에 두어 용기 압력이 흔들리지 않게 한다.
• 직사일광과 빗물이 침투할 우려가 적은 곳에 둔다.
• 축압식 저장용기는 내압력 1.0 MPa인 것에 한해 용기밸브를 단다.
• 가압식 저장용기에는 가압가스로 밀어낸 약제를 내보낼 방출밸브를 단다.
• 표시사항에는 충전약제량·약제 종류·제조연월·제조자명과 함께 가압식이면 최고사용압력을 넣는다.

혼동 주의: 가압식에는 2.5 MPa 이하로 조정하는 압력조정기를, 축압식에는 지시압력계를 별도로 단다.

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

(2) $\mathrm{2(C_2H_5)_3Al + 21O_2 \rightarrow Al_2O_3 + 12CO_2 + 15H_2O}$

(3) $\mathrm{(C_2H_5)_3Al + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3C_2H_6}$

(4) $\mathrm{(C_2H_5)_3Al + 3CH_3OH \rightarrow Al(CH_3O)_3 + 3C_2H_6}$

(5) $\mathrm{(C_2H_5)_3Al + 3C_2H_5OH \rightarrow Al(C_2H_5O)_3 + 3C_2H_6}$

[해설]

트라이에틸알루미늄((C₂H₅)₃Al)은 제3류 알킬알루미늄이며, 에틸기 3개가 상대 물질의 수소를 하나씩 빼앗아 에테인(C₂H₆) 3몰이 된다.

• 물과 반응하면 수산화알루미늄이 남는다: (C₂H₅)₃Al + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3C₂H₆
• 연소하면 산화알루미늄·이산화탄소·물이 생긴다: 2(C₂H₅)₃Al + 21O₂ → Al₂O₃ + 12CO₂ + 15H₂O
• 염산과 반응하면 염화알루미늄이 남는다: (C₂H₅)₃Al + 3HCl → AlCl₃ + 3C₂H₆
• 메틸알코올과 반응하면 알루미늄메틸레이트가 남는다: (C₂H₅)₃Al + 3CH₃OH → Al(CH₃O)₃ + 3C₂H₆
• 에탄올과 반응하면 알루미늄에틸레이트가 남는다: (C₂H₅)₃Al + 3C₂H₅OH → Al(C₂H₅O)₃ + 3C₂H₆

연소식은 Al 원자 수를 짝수로 맞추려고 계수 2를 붙이면 C 12개·H 30개가 되어 산소가 21몰 필요하다. 물·이산화탄소 소화약제는 반응을 키우므로 금지하고, 마른모래·팽창질석으로 질식소화한다.

(1) ① 5
② 9

(2) 1,850 L/min

(3) 37 m³

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙의 옥외탱크저장소 보유공지는 지정수량 배수에 따라 3 m → 5 m → 9 m → 12 m → 15 m로 커진다.

2,500배는 원래 12 m 구간이지만, 물분무설비로 방호하면 보유공지를 2분의 1(최소 3 m)까지 줄일 수 있어 6 m가 가능하다. 이때 물분무설비는 원주길이 1 m당 37 L/min 이상으로 20분 이상 방사할 수 있어야 한다.

Q = 원주길이 × 37 L/min·m
Q = 50 × 37
Q = 1,850 L/min

V = 1,850 L/min × 20 min
V = 37,000 L = 37 m³

(1) 오산화인, $\mathrm{P_2O_5}$

(2) $\mathrm{P_4} + 3\mathrm{KOH} + 3\mathrm{H_2O} \rightarrow 3\mathrm{KH_2PO_2} + \mathrm{PH_3}$

(3) 1,000 m² 이하

[해설]

공기 중에서 자연발화하고 이황화탄소에 잘 녹으며 위험등급 I인 제3류 위험물은 황린(P₄)이다.

황린이 연소할 때 나오는 흰 연기는 오산화인(P₂O₅)이다.
P₄ + 5O₂ → 2P₂O₅

강알칼리 수용액과 만나면 차아인산칼륨과 함께 맹독성 포스핀(PH₃)이 생긴다.
P₄ + 3KOH + 3H₂O → 3KH₂PO₂ + PH₃

그래서 황린을 담가 두는 보호수는 pH 9 정도의 약알칼리로만 맞춘다.

위험물안전관리법 시행규칙 별표 5에서 황린은 칼륨·나트륨·알킬알루미늄·알킬리튬과 같은 무리로 묶여 옥내저장소 바닥면적이 1,000m² 이하다.

혼동 주의: 그 밖의 위험물 창고는 2,000m² 이하이고, 두 무리를 나눠 함께 저장하면 합계 1,500m² 이하다.

① 아이오딘산염류

② 황

③ 인화성 고체

④ 금속의 인화물

⑤ 하이드라진 유도체

[해설]

· 제1류 위험물에서 지정수량 300 kg인 품명은 브로민산염류·질산염류·아이오딘산염류 세 가지다. 행정안전부령으로 정한 과아이오딘산염류, 크로뮴·납 또는 아이오딘의 산화물 등도 같은 300 kg 무리에 든다. (지정수량 50 kg은 아염소산염류·염소산염류·과염소산염류·무기과산화물, 1,000 kg은 과망가니즈산염류·다이크로뮴산염류다.)

· 제2류 위험물은 100 kg(황화인·적린·황), 500 kg(철분·금속분·마그네슘), 1,000 kg(인화성 고체)으로 나뉜다. 여기서 황은 순도 60 중량퍼센트 이상인 것을 말하며, 인화성 고체는 고형알코올처럼 인화점이 40℃ 미만인 고체를 말한다.

· 제3류 위험물에서 지정수량 300 kg인 품명은 금속의 수소화물·금속의 인화물·칼슘 또는 알루미늄의 탄화물이다. (10 kg은 칼륨·나트륨·알킬알루미늄·알킬리튬, 20 kg은 황린, 50 kg은 알칼리금속 및 알칼리토금속·유기금속화합물이다.)

· 제5류 위험물은 품명별로 수량을 정하던 방식에서 위험성 시험 결과에 따른 제1종(10 kg)·제2종(100 kg) 체계로 바뀌었다. 나이트로소화합물·아조화합물·다이아조화합물·하이드라진 유도체 등이 제2종으로 판정되면 지정수량은 100 kg이 된다.