(1) $\mathrm{4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3}$

(2) $\mathrm{2Al + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 + 3H_2}$

(3) $\mathrm{2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2}$

(4) $\mathrm{2Al + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow 2NaAlO_2 + 3H_2}$

[해설]

알루미늄분은 제2류 위험물 중 금속분에 해당하며 지정수량은 500[kg]이다. 은백색 경금속이지만 표면적이 큰 분말 상태에서는 산화열이 빠르게 쌓여 발화한다.

(1) 공기 중 산소와는 산화알루미늄이 된다. 이때 나오는 열이 매우 커서 산화철과 섞은 테르밋 반응에 이용된다.

(2) 물과는 수산화알루미늄과 수소를 만든다. 그래서 알루미늄분 화재에 물을 뿌리면 수소가 나와 오히려 폭발 위험이 커지며, 마른모래·팽창질석 같은 건조사류로 덮어 끈다.

(3) 염산과도 수소를 낸다. 알루미늄이 $\mathrm{Al^{3+}}$로 산화되어 염화알루미늄이 남는다.

(4) 알루미늄은 산에도 알칼리에도 녹는 양쪽성 금속이라 수산화나트륨 수용액과도 반응해 알루민산나트륨과 수소를 낸다. 물이 함께 소비되므로 반응식에 $\mathrm{H_2O}$를 빠뜨리지 않아야 양변의 원소 수가 맞는다.

네 식 가운데 (2)·(3)·(4)는 모두 알루미늄 2몰당 수소 3몰이라는 비가 같으므로 계수를 맞추기 쉽다. 산·알칼리·물 어느 쪽과도 수소를 낸다는 점이 알루미늄분을 가연성 고체로 다루는 이유이자, 물기·산·알칼리와의 접촉을 피해야 하는 이유다.

① $H \le pD^2 + a$ 인 경우  $h = 2$

② $H \gt pD^2 + a$ 인 경우  $h = H - p(D^2 - d^2)$

[해설]

방화상 유효한 담은 제조소와 인근 건축물 사이의 보유공지·안전거리를 단축할 때 그 대신 세우는 벽이다. 인근 건축물이 낮으면 규정 높이(2m)만 세우면 되고, 인근 건축물이 높으면 그 높이에 맞춰 담을 더 올려야 한다는 것이 두 식의 뜻이다.

기호의 의미

· $H \le pD^2 + a$ — 인근 건축물이 충분히 낮거나 멀리 있는 경우다. 이때는 담을 높일 실익이 없으므로 $h = 2$, 곧 2m로 한다.

· $H \gt pD^2 + a$ — 인근 건축물이 높거나 가까운 경우다. 이때는 $h = H - p(D^2 - d^2)$ 로 산출한다.

계산 결과 $h$ 가 2m 미만으로 나오면 2m로 하고, 4m를 넘게 나오면 담의 높이를 4m로 하되 소화설비를 보강하도록 하고 있다.

㉮ ① 용량이 1,000만L 이상인 옥외저장탱크의 주위에 설치하는 방유제에는 해당 탱크마다 간막이 둑을 설치할 것 ② 간막이 둑의 높이는 0.3m(방유제 안에 설치되는 옥외저장탱크의 용량의 합계가 2억L를 넘는 방유제에 있어서는 1m) 이상으로 하되, 방유제의 높이보다 0.2m 이상 낮게 할 것 ③ 간막이 둑은 흙 또는 철근콘크리트로 할 것 ④ 간막이 둑의 용량은 간막이 둑 안에 설치된 탱크 용량의 10% 이상일 것

㉯ 0.3m 이상

㉰ 150만L 이상

[해설]

간막이 둑은 방유제 안에 큰 탱크가 여러 기 있을 때, 한 탱크에서 샌 위험물이 방유제 전체로 퍼지지 않도록 탱크마다 따로 두르는 낮은 둑이다. 위험물안전관리법 시행규칙 별표 6의 기준이다.

① 설치 대상

용량 1,000만L 이상인 옥외저장탱크의 주위에 설치하는 방유제에는 그 탱크마다 간막이 둑을 설치한다. 이 문항에서는 1,500만L 탱크가 이에 해당한다.

② 높이

원칙은 0.3m 이상이고, 방유제 안 옥외저장탱크 용량의 합계가 2억L를 넘으면 1m 이상으로 한다. 다만 어느 경우든 방유제 높이보다 0.2m 이상 낮아야 한다 — 간막이 둑이 방유제보다 높으면 넘친 위험물이 방유제 밖으로 나갈 수 있기 때문이다.

③ 용량

간막이 둑의 용량은 그 안에 있는 탱크 용량의 10% 이상이다.

$1{,}500\text{만}\,\mathrm{L} \times 0.1 = \mathbf{150\text{만}\,\mathrm{L}}$ 이상

방유제 자체의 용량 기준(탱크가 2기 이상이면 최대 탱크 용량의 110% 이상)과 혼동하지 않아야 한다. 나머지 3기의 용량은 이 계산에 쓰이지 않는다.

① 주유호스의 끝부분에 수동개폐장치를 부착한 주유노즐을 설치하고, 개방한 상태로 고정시키는 장치를 부착하지 않을 것

② 주유노즐은 선박의 연료탱크가 가득 찬 경우 자동적으로 정지시키는 구조일 것

③ 주유호스는 200kg중 이하의 하중에 의하여 깨져 분리되거나 이탈되어야 하고, 깨져 분리되거나 이탈된 부분으로부터의 위험물 누출을 방지할 수 있는 구조일 것

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 13의 선박주유취급소 특례기준이다. 세 항목은 모두 물 위에서 급유하다 생기는 사고를 막는 장치로 묶인다.

· 수동개폐장치 + 고정장치 금지 — 노즐 손잡이를 걸어 두고 자리를 비우는 일을 막는다. 손을 떼면 급유가 멈춰야 한다.

· 만유 시 자동정지 — 선박 연료탱크가 가득 차면 스스로 멈춰 넘침을 막는다.

· 200kg중 이하에서 파단·분리 — 급유 중 선박이 움직여 호스가 당겨지면 설비 전체가 끌려가는 대신 호스가 정해진 하중에서 먼저 끊어지도록 하고, 끊어진 자리에서 위험물이 새지 않게 한다.

① 조작부 주위의 장애물 유무

② 표지의 손상 유무 및 기재사항의 적부

③ 기능의 적부

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준의 이산화탄소소화설비 일반점검표(별지 제21호)에 정해진 항목이다. 수동기동장치는 사람이 직접 눌러 소화약제를 방출시키는 장치이므로, 점검의 초점은 급할 때 바로 접근해 정확히 조작할 수 있는가에 맞춰져 있다.

· 조작부 주위의 장애물 유무 — 물건이 쌓여 조작부에 닿지 못하면 장치가 있어도 무용지물이다.

· 표지의 손상 유무 및 기재사항의 적부 — 어느 방호구역용인지, 어떻게 조작하는지가 표지로 읽혀야 한다.

· 기능의 적부 — 실제로 눌렀을 때 기동 신호가 나가는지를 본다.

㉮ 트라이나이트로톨루엔(TNT)

㉯ 나이트로화합물

㉰ 벤젠고리의 1번 탄소에 $\mathrm{-CH_3}$, 2·4·6번 탄소에 $\mathrm{-NO_2}$가 하나씩 붙은 구조

[해설]

주어진 화학식은 톨루엔의 벤젠고리 2·4·6 위치가 나이트로화된 것으로, 트라이나이트로톨루엔(TNT)이다. 분자량은 $12 \times 7 + 1 \times 5 + (14 + 32) \times 3 = 227$ 이다.

제5류 위험물의 품명 중 나이트로화합물에 해당한다. 나이트로기가 탄소에 직접 붙은 것이 나이트로화합물이고, 질산에스터류(나이트로글리세린 등)처럼 $\mathrm{-O-NO_2}$ 형태로 산소를 사이에 두고 붙은 것과 구별해야 한다.

성상은 담황색 결정으로 비중 1.0, 융점 80.1℃, 비점 240℃이다. 물에는 녹지 않고 아세톤·벤젠·에터에는 잘 녹으며, 직사광선(일광)을 받으면 다갈색으로 변한다. 충격 감도는 피크르산보다 약하지만 급격한 타격에는 폭발한다.

㉮ 20kPa 이상 24kPa 이하의 압력

㉯ 23.1kPa 이하의 압력

[해설]

이동탱크저장소의 안전장치는 탱크 내부 압력이 올라갔을 때 압력을 방출해 탱크를 지키는 장치다. 작동압력의 기준은 상용압력 20kPa을 경계로 두 갈래로 나뉜다.

· ㉮ 상용압력 18kPa은 20kPa 이하이므로 20kPa 이상 24kPa 이하가 그대로 답이 된다. 상용압력 값 자체는 계산에 쓰이지 않는다.

· ㉯ 상용압력 21kPa은 20kPa을 넘으므로 상용압력의 1.1배 이하다.

$21 \times 1.1 = \mathbf{23.1}\,\mathrm{kPa}$ 이하

㉮ $\mathrm{C_2H_6}$

㉯ $\mathrm{C_2H_5Cl}$

㉰ $\mathrm{C_2H_6}$

㉱ $\mathrm{C_2H_6}$

[해설]

트라이에틸알루미늄 $\mathrm{(C_2H_5)_3Al}$ 은 알루미늄에 에틸기 세 개가 붙은 알킬알루미늄으로, 알루미늄–탄소 결합이 물·산·알코올의 수소와 만나면 곧바로 끊어지며 에틸기가 에테인으로 떨어져 나온다. 즉 수소를 내놓을 상대라면 발생 가스는 모두 에테인이고, 염소처럼 수소가 없는 상대와 만날 때만 다른 가스가 나온다.

· 물 : $\mathrm{(C_2H_5)_3Al + 3H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3C_2H_6 \uparrow}$

· 염소 : $\mathrm{(C_2H_5)_3Al + 3Cl_2 \rightarrow AlCl_3 + 3C_2H_5Cl \uparrow}$

· 메탄올 : $\mathrm{(C_2H_5)_3Al + 3CH_3OH \rightarrow Al(CH_3O)_3 + 3C_2H_6 \uparrow}$

· 염산 : $\mathrm{(C_2H_5)_3Al + HCl \rightarrow (C_2H_5)_2AlCl + C_2H_6 \uparrow}$

염소와의 반응만 염화에틸($\mathrm{C_2H_5Cl}$)이 나온다. 염화에틸도 인화성이 커 가연성 가스로 답한다.

물 1[m³](1,000[kg])의 몰수 : $n = \dfrac{1{,}000}{18} = 55.56\,\mathrm{kmol}$

수증기의 부피 : $V = \dfrac{nRT}{P} = \dfrac{55.56 \times 0.08205 \times 373}{1} \fallingdotseq 1{,}700\,\mathrm{m^3}$

부피비 : $\dfrac{1{,}700}{1} \fallingdotseq 1{,}700\,\text{배}$

[해설]

① 물의 몰수

물 1$\mathrm{m^3}$의 질량은 $1{,}000\,\mathrm{kg/m^3} \times 1\,\mathrm{m^3} = 1{,}000\,\mathrm{kg}$이고 물의 분자량은 18이므로

$n = \dfrac{1{,}000\,\mathrm{kg}}{18\,\mathrm{kg/kmol}} = 55.56\,\mathrm{kmol}$

② 수증기의 부피

$PV = nRT = \dfrac{W}{M}RT$에서 $P = 1\,\mathrm{atm}$, $T = 273 + 100 = 373\,\mathrm{K}$, $R = 0.08205\,\mathrm{atm \cdot m^3/(kmol \cdot K)}$이므로

$V = \dfrac{nRT}{P} = \dfrac{55.56 \times 0.08205 \times 373}{1} \fallingdotseq \mathbf{1{,}700}\,\mathrm{m^3}$

③ 부피비

$\dfrac{1{,}700\,\mathrm{m^3}}{1\,\mathrm{m^3}} \fallingdotseq \mathbf{1{,}700\,\text{배}}$

몰수를 55.55[kmol]로 절사하거나 절대온도를 373.15[K]로 잡으면 1,700.09~1,700.9$\mathrm{m^3}$ 사이의 값이 나오는데, 어느 쪽이든 결론은 약 1,700배로 같다.

물이 좋은 소화약제인 까닭이 여기에 있다. 기화하면서 증발잠열(약 539[kcal/kg])로 열을 빼앗을 뿐 아니라, 부피가 1,700배로 부푼 수증기가 화염 둘레의 공기를 밀어내 산소농도를 낮추므로 냉각소화와 질식소화가 함께 일어난다.

한편 밀도와 비중은 다른 값이다. 비중은 물을 1로 놓은 무차원 수이므로 「비중 1,000[kg/m³]」 같은 표기는 성립하지 않는다. 1,000[kg/m³]는 물의 밀도다.

㉮ 리프팅(선화) — 연료가스의 분출속도가 연소속도보다 빨라 불꽃이 버너 노즐에서 떨어져 뜬 채로 연소하는 현상. 원인은 가스 공급압력이 지나치게 높거나, 노즐 구멍이 막혀 좁아졌거나, 1차 공기가 과다해 연소속도가 느려진 경우

㉯ 역화 — 연료가스의 분출속도가 연소속도보다 느려 불꽃이 연소기 내부로 들어가 혼합관 속에서 연소하는 현상. 원인은 버너의 과열, 혼합가스량 부족, 가스압력 저하, 노즐 부식으로 분출 구멍이 커진 경우

[해설]

두 현상은 연료가스의 분출속도와 연소속도 중 어느 쪽이 빠른가로 갈리는 한 쌍이다. 불꽃은 이 두 속도가 균형을 이루는 자리에 머무르므로, 균형이 깨지는 방향에 따라 불꽃이 노즐 밖으로 밀려나거나(리프팅) 노즐 안으로 빨려 든다(역화).

· 리프팅(선화, lifting) : 분출속도 > 연소속도. 불꽃이 노즐에서 들뜨므로 완전연소가 이루어지지 않고, 심하면 불꽃이 꺼진 뒤 생가스가 새어 나온다.

· 역화(back fire) : 분출속도 < 연소속도. 불꽃이 혼합관 안으로 들어가 버너 내부에서 타므로 기기 손상과 화재로 이어진다.

역화의 원인으로 흔히 드는 것은 ① 버너가 과열될 때 ② 혼합가스량이 너무 적을 때 ③ 연료의 분출속도가 연소속도보다 느릴 때 ④ 가스압력이 낮을 때 ⑤ 노즐이 부식되어 분출 구멍이 커진 때의 다섯 가지다. 리프팅은 이와 정반대의 조건, 즉 분출속도가 연소속도를 웃도는 조건에서 일어난다.

㉮ $\mathrm{Al_4C_3}$

㉯ $\mathrm{Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3 + 3CH_4}$

[해설]

제3류 위험물 중 물과 반응해 메테인을 내놓는 것은 탄화알루미늄이다. 같은 칼슘·알루미늄 계열이라도 탄화칼슘($\mathrm{CaC_2}$)은 아세틸렌을, 탄화알루미늄($\mathrm{Al_4C_3}$)은 메테인을 낸다는 점이 갈림길이다.

분자량으로도 확인된다. $M = 27 \times 4 + 12 \times 3 = 144$ 로 발문의 조건과 맞는다.

반응식은 알루미늄이 수산화알루미늄으로, 탄소가 메테인으로 가는 형태다.

$\mathrm{Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3 + 3CH_4 \uparrow}$

탄화알루미늄은 황색 분말(비중 2.36)로, 빗물이 스며들 우려가 없는 곳에 밀폐용기로 저장하고 용기 안에는 질소 같은 불연성 가스를 봉입한다.

㉮ 15

㉯ 950

㉰ 7

[해설]

이송취급소 중 규모가 커서 더 엄격한 기준을 적용받는 것을 특정이송취급소라 한다. 요건은 두 갈래이고 둘 중 하나만 해당해도 특정이송취급소가 된다.

· 배관 연장이 15km를 초과하는 것 — 압력과 무관하게 길이만으로 걸린다.

· 최대상용압력이 950kPa 이상이면서 배관 연장이 7km 이상인 것 — 이쪽은 두 조건을 동시에 만족해야 한다.

배관의 기점이나 종점이 여럿이면 임의의 기점에서 임의의 종점까지 잰 연장 중 가장 긴 것을 그 배관의 연장으로 본다. 15 / 950 / 7 세 숫자와, 앞은 '초과'·뒤는 '이상'이라는 표현 차이를 함께 외워 두어야 한다.

㉮ 50kg

㉯ $\mathrm{KClO_4 \rightarrow KCl + 2O_2}$

㉰ 약 362.09 L

[해설]

① 물질의 확인

분자량 138.5는 과염소산칼륨 $\mathrm{KClO_4}$ 이다($39 + 35.5 + 16 \times 4 = 138.5$). 제1류 위험물의 과염소산염류에 속하고 위험등급 Ⅰ, 지정수량은 50kg이다.

② 분해 온도 — 개시와 완전분해를 구분할 것

과염소산칼륨은 약 400℃에서 분해가 시작되고, 610℃에서 완전분해하여 염화칼륨과 산소가 된다. 이 문항이 요구하는 것은 완전분해이므로 대입할 온도는 610℃다. 400℃는 분해가 시작되는 온도일 뿐이어서 산소 4몰이 전부 나온다는 전제와 맞지 않는다. 일부 교재가 400℃를 '융점'으로 싣고 그 온도로 계산해 276.10L를 답으로 두고 있으나, 과염소산칼륨의 융점은 610℃이고 400℃는 분해 개시 온도다.

$\mathrm{KClO_4 \rightarrow KCl + 2O_2 \uparrow}$

③ 발생 산소의 양

$n_{\mathrm{KClO_4}} = \dfrac{277}{138.5} = 2\,\mathrm{mol}$ 이므로 산소는 $2 \times 2 = 4\,\mathrm{mol}$, 질량으로는

$w = 4 \times 32 = 128\,\mathrm{g}$

④ 부피

$V = \dfrac{wRT}{PM} = \dfrac{128 \times 0.082 \times (610+273.15)}{0.8 \times 32} = \mathbf{362.09}\,\mathrm{L}$

표준상태가 아니라 0.8atm·610℃라는 조건이 주어졌으므로 22.4L/mol을 쓰면 안 되고 이상기체 상태방정식으로 풀어야 한다.

약 2.29 vol%

[해설]

혼합가스의 폭발하한계는 르샤틀리에(Le Chatelier) 법칙으로 구한다. 성분가스의 조성 $V_i$[vol%]와 각각의 폭발하한계 $L_i$[vol%]에 대하여

$\dfrac{100}{L} = \dfrac{V_1}{L_1} + \dfrac{V_2}{L_2} + \dfrac{V_3}{L_3}$

발문의 값을 대입하면

$\dfrac{100}{L} = \dfrac{30}{3.0} + \dfrac{45}{2.2} + \dfrac{25}{1.9} = 10 + 20.4545 + 13.1579 = 43.6124$

$L = \dfrac{100}{43.6124} = \mathbf{2.29}\,\mathrm{vol\%}$

주의할 점이 둘 있다. 첫째, 분모에 들어가는 것은 각 성분의 폭발하한계이지 상한계가 아니다. 둘째, 하한계 값은 문헌마다 조금씩 다르다 — 프로페인을 2.1vol%, 뷰테인을 1.8vol%로 싣는 자료도 있고 그 값으로 풀면 2.21vol%가 나온다. 발문이 하한값을 제시했다면 반드시 제시된 값을 써야 한다. 일부 교재는 이 단서를 빠뜨린 채 자체 표의 값으로 풀어 2.21vol%로 싣고 있으나, 주어진 조건(2.2 / 3.0 / 1.9)에서는 2.29vol%가 맞다.

다이에틸에터 → 산화프로필렌 → 이황화탄소 → 아세톤 → 벤젠 → 톨루엔 → 에틸알코올

(-40℃ → -37℃ → -30℃ → -18.5℃ → -11℃ → 4℃ → 13℃)

[해설]

인화점은 액면 위에 연소범위 하한에 이르는 증기가 생기는 최저 온도다. 값을 외워 두고 줄만 세우면 되는 유형이므로, 제4류 위험물 대표 물질의 인화점을 품명과 함께 정리해 둔다.

· 다이에틸에터 $C_2H_5OC_2H_5$ — 특수인화물, -40℃
· 산화프로필렌 $CH_3CHOCH_2$ — 특수인화물, -37℃
· 이황화탄소 $CS_2$ — 특수인화물, -30℃
· 아세톤 $CH_3COCH_3$ — 제1석유류(수용성), -18.5℃
· 벤젠 $C_6H_6$ — 제1석유류(비수용성), -11℃
· 톨루엔 $C_6H_5CH_3$ — 제1석유류(비수용성), 4℃
· 에틸알코올 $C_2H_5OH$ — 알코올류, 13℃

품명만 알아도 큰 순서는 잡힌다. 특수인화물(인화점 -20℃ 이하이고 비점 40℃ 이하, 또는 발화점 100℃ 이하)이 앞자리 셋을 차지하고, 그다음이 제1석유류(21℃ 미만), 알코올류가 가장 높다.

같은 특수인화물 안에서는 다이에틸에터 → 산화프로필렌 → 이황화탄소 순이고, 같은 제1석유류 안에서는 아세톤 → 벤젠 → 톨루엔 순이다. 특히 벤젠(-11℃)과 톨루엔(4℃)의 상하 관계, 그리고 톨루엔보다 에틸알코올이 더 높다는 두 지점이 자주 틀리는 곳이다.

① $\mathrm{C_2H_5OH}$

② 2.07

③ 알코올류

④ $\mathrm{C_4H_9OH}$

⑤ 2.55

⑥ 제2석유류

⑦ $\mathrm{C_3H_5(OH)_3}$

⑧ 제3석유류

[해설]

① 증기비중

증기비중은 공기의 평균 분자량 29에 대한 비다.

$\text{증기비중} = \dfrac{\text{분자량}}{29}$

· 프로판올 $\mathrm{C_3H_7OH}$ : $M = 60$ → $\dfrac{60}{29} = \mathbf{2.07}$

· n-뷰탄올 $\mathrm{C_4H_9OH}$ : $M = 74$ → $\dfrac{74}{29} = \mathbf{2.55}$

표에 이미 주어진 값도 같은 식으로 확인된다 — 에탄올 $\dfrac{46}{29} = 1.59 \fallingdotseq 1.6$, 글리세린 $\dfrac{92}{29} = 3.17 \fallingdotseq 3.2$.

② 품명

알코올류는 1분자를 구성하는 탄소 원자수가 1개부터 3개까지인 포화1가 알코올로 정의된다. 따라서 탄소 2개인 에탄올과 탄소 3개인 프로판올은 알코올류지만, 탄소가 4개인 n-뷰탄올은 알코올류에서 벗어나 인화점(약 35℃)에 따라 제2석유류(비수용성)로 분류된다. 글리세린은 탄소 3개지만 3가 알코올이라 알코올류가 아니고, 인화점이 약 160℃로 높아 제3석유류(수용성)다.

정답으로는 '제2석유류', '제3석유류'까지만 써도 되지만, 수용성·비수용성 구분에 따라 지정수량이 갈리므로 함께 기억해 두는 편이 좋다.

㉮ $\mathrm{2KNO_3 \rightarrow 2KNO_2 + O_2}$

㉯ Ⅱ등급

㉰ 약 110.89 L

[해설]

① 물질의 확인

흑색화약(질산칼륨 + 황 + 숯)의 원료이고 물·글리세린에 잘 녹으며 분해온도가 400℃인 제1류 위험물은 질산칼륨 $\mathrm{KNO_3}$ 이다. 품명은 질산염류, 지정수량 300kg, 위험등급은 Ⅱ다(제1류 중 지정수량 50kg인 것이 Ⅰ등급, 300kg인 것이 Ⅱ등급).

② 분해반응식

가열하면 아질산칼륨과 산소로 분해된다.

$\mathrm{2KNO_3 \rightarrow 2KNO_2 + O_2 \uparrow}$

③ 산소의 부피

질산칼륨의 분자량은 $39 + 14 + 48 = 101$ 이고, 질산칼륨 2몰에서 산소 1몰이 나온다. 표준상태에서 기체 1몰의 부피는 22.4L이므로

$V = 1{,}000\,\mathrm{g} \times \dfrac{1\,\mathrm{mol}}{101\,\mathrm{g}} \times \dfrac{1\,\mathrm{mol\ O_2}}{2\,\mathrm{mol\ KNO_3}} \times 22.4\,\mathrm{L/mol} = \mathbf{110.89}\,\mathrm{L}$

여기서 22.4L/mol을 쓸 수 있는 것은 표준상태(0℃, 1atm)라는 조건이 있기 때문이다. 조건이 다른 온도·압력이라면 $PV = nRT$ 로 풀어야 한다.

㉮ 12 kg

㉯ 약 6.11 $\mathrm{m^3}$

[해설]

① 메탄올의 질량

비중 0.8은 밀도 0.8kg/L와 같으므로

$w = 0.8\,\mathrm{kg/L} \times 10\,\mathrm{L} = 8\,\mathrm{kg}$

② 완전연소 반응식

$\mathrm{CH_3OH + \dfrac{3}{2}O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$  (정수로 쓰면 $\mathrm{2CH_3OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 4H_2O}$)

메탄올 1kmol(32kg)에 산소 1.5kmol(48kg)이 필요하고 이산화탄소 1kmol(44kg)이 생긴다.

③ 이론산소량

$w_{\mathrm{O_2}} = 8 \times \dfrac{1.5 \times 32}{32} = \mathbf{12}\,\mathrm{kg}$

④ 이산화탄소의 부피

메탄올 8kg은 $\dfrac{8}{32} = 0.25\,\mathrm{kmol}$ 이므로 이산화탄소도 0.25kmol(질량 11kg)이 생긴다. 이상기체 상태방정식에서

$V = \dfrac{nRT}{P} = \dfrac{0.25 \times 0.08205 \times (273+25)}{1} = \mathbf{6.11}\,\mathrm{m^3}$

여기서 $R = 0.08205\,\mathrm{atm \cdot m^3/(kmol \cdot K)}$ 이다. 이 문항의 조건은 25℃이지 표준상태(0℃)가 아니다 — 일부 교재의 해설 본문에 '표준상태에서'라고 적혀 있으나 실제 대입은 298K로 하고 있어 서술이 어긋난다. 0℃로 잘못 넣으면 5.60$\mathrm{m^3}$이 되어 답이 달라진다.

㉮ 벤젠고리의 1번 탄소에 $\mathrm{-OH}$, 2·4·6번 탄소에 $\mathrm{-NO_2}$가 하나씩 붙은 구조(시성식 $\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3OH}$)

㉯ 18.34 wt%

[해설]

㉮ 구조식

피크르산은 페놀의 2·4·6 위치가 나이트로화된 트라이나이트로페놀이다. 벤젠 육각고리를 그리고 1번 자리에 $\mathrm{-OH}$, 2·4·6번 자리에 $\mathrm{-NO_2}$를 각각 하나씩 붙이면 된다.

㉯ 질소 함유량

질소 함유량은 $\dfrac{\text{N의 질량 합}}{\text{분자량}} \times 100$ 으로 구한다.

· 분자량 : $M = (12 \times 6) + (1 \times 2) + (16 + 1) + (14 + 16 \times 2) \times 3 = 229$

· 질소의 질량 합 : $14 \times 3 = 42$

$\therefore\ \dfrac{42}{229} \times 100 = \mathbf{18.34}\,\mathrm{wt\%}$

참고로 피크르산은 광택 있는 황색 침상 결정으로 쓴맛과 독성이 있고, 단독으로는 가열·마찰·충격에 비교적 안정하지만 금속염을 만들면 폭발이 심해진다.

① 40

② 6

③ 100

④ 100

⑤ 5

[해설]

소화난이도등급 Ⅰ은 화재가 나면 진압이 가장 어려운 등급이라 소화설비도 가장 무겁게(옥외탱크저장소는 물분무소화설비 또는 고정식 포소화설비 등) 요구된다. 옥외·옥내탱크저장소의 판정 기준은 다음 다섯 숫자로 정리된다.

· 액표면적 40$\mathrm{m^2}$ 이상 — 표면적이 넓을수록 증발면이 커져 화재 규모가 커진다.

· 탱크 옆판 상단까지의 높이 6m 이상 — 옥외탱크는 지반면, 옥내탱크는 바닥면을 기준으로 잰다.

· 고인화점위험물 100℃ 미만 — 제6류 위험물을 저장하는 것과, 고인화점위험물만을 100℃ 미만에서 저장하는 것은 위 두 기준에서 제외된다.

· 지정수량 100배 이상 — 지중탱크·해상탱크, 그리고 고체위험물을 저장하는 옥외탱크저장소에 적용된다.

· 지정수량 5배 이상 — 옥내탱크저장소에서 탱크전용실이 단층건물 외의 건축물에 있고 인화점 38℃ 이상 70℃ 미만의 위험물을 저장하는 경우다. 내화구조로 개구부 없이 구획된 것은 제외된다.

고인화점위험물이란 인화점이 100℃ 이상인 제4류 위험물을 말한다.