(1) $2\mathrm{Na_2O_2} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 4\mathrm{NaOH} + \mathrm{O_2}$

(2) 반응 없음

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

(4) $\mathrm{Ca_3P_2} + 6\mathrm{H_2O} \rightarrow 3\mathrm{Ca(OH)_2} + 2\mathrm{PH_3}$

(5) 반응 없음

[해설]

물과 반응하는가 아닌가 — 곧 금수성인가를 가르는 문제다. 다섯 물질이 각각 다른 이유로 반응하거나 반응하지 않는다.

· 과산화나트륨(제1류, 무기과산화물)은 알칼리금속의 과산화물이라 물과 반응해 산소를 낸다. 같은 제1류라도 이 계열만 금수성이다.

· 과염소산나트륨(제1류, 과염소산염류)은 물에 잘 녹기만 할 뿐 화학반응은 일어나지 않는다. "용해"와 "반응"을 구분해야 한다. 그래서 반응 없음이다.

· 트라이에틸알루미늄(제3류, 알킬알루미늄)은 물과 격렬히 반응해 수산화알루미늄과 에테인($\mathrm{C_2H_6}$)을 낸다. 알킬기가 그대로 알케인으로 떨어져 나온다고 보면 식을 세우기 쉽다.

· 인화칼슘(제3류, 금속의 인화물)은 물과 반응해 수산화칼슘과 포스핀($\mathrm{PH_3}$, 인화수소)을 낸다. 포스핀은 맹독성ㆍ자연발화성 기체다.

· 아세트알데하이드(제4류, 특수인화물)는 물에 잘 섞이는 수용성 물질이지만 물과 화학반응을 하지는 않으므로 반응 없음이다.

(2)와 (5)처럼 "물에 녹는다"를 "물과 반응한다"로 착각해 억지 반응식을 쓰는 것이 가장 흔한 실수다. 발문이 반응 없음을 쓰라고 명시했다는 것 자체가 그런 항목이 섞여 있다는 신호다.

적응성이 있는 칸은 다음과 같다.

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17의 소화설비 적응성 표다. 칸을 통째로 외우려 들면 감당이 안 된다. 소화 원리와 위험물의 성질로 풀면 대부분 저절로 채워진다.

1. 물을 쓰는 설비(옥내ㆍ옥외소화전, 스프링클러)

물을 뿌리는 설비이므로 금수성 물질에는 쓸 수 없다. 제1류의 알칼리금속 과산화물 등, 제2류의 철분ㆍ금속분ㆍ마그네슘 등, 제3류의 금수성 물품 세 칸이 그래서 비어 있다. 제4류(인화성 액체)도 비어 있는데, 물을 뿌리면 유류가 물 위로 떠 화재가 번지기 때문이다. 다만 스프링클러설비는 제4류에 △로, 살수밀도 등 일정 기준을 만족하면 적응성이 인정된다.

2. 물분무ㆍ포소화설비

물분무는 물을 안개처럼 잘게 쪼개고, 포는 유면을 덮는다. 둘 다 제4류에 ○가 되는 것이 물을 직접 뿌리는 설비와 갈리는 지점이다. 나머지 열은 소화전ㆍ스프링클러와 같은 패턴이다.

3. 불활성가스ㆍ할로젠화합물소화설비

질식ㆍ억제 소화라 냉각 효과가 약하다. 그래서 적응 범위가 가장 좁아 제4류 위험물과 제2류 중 인화성 고체에만 ○가 붙는다. 자체에 산소를 품은 제5류에는 질식소화가 통하지 않는다.

4. 분말소화설비

약제 종류가 곧 적응성이다.

· 인산염류 등(제3종 분말)은 A급까지 커버해 제1류 그 밖의 것, 제2류 인화성 고체와 그 밖의 것, 제4류, 제6류에 ○가 붙는다.

· 탄산수소염류 등(제1ㆍ2종 분말)은 금수성 물질 전담이다. 알칼리금속 과산화물 등, 철분ㆍ금속분ㆍ마그네슘 등, 제3류 금수성 물품에 ○가 붙고, 여기에 제2류 인화성 고체와 제4류가 더해진다.

· 그 밖의 것(금속화재용 분말)은 오로지 금수성 세 칸에만 ○가 붙는다.

요약하면 금수성 세 칸(제1류 알칼리금속 과산화물 등ㆍ제2류 철분등ㆍ제3류 금수성 물품)은 분말(탄산수소염류 등, 그 밖의 것)만, 제4류는 물분무등소화설비 전부와 스프링클러(△), 제5류는 물계 설비만, 제6류는 물계 설비와 인산염류 분말이라는 세 줄로 정리된다.

(1) 14.0

(2) $2\mathrm{CH_3CHO} + 5\mathrm{O_2} \rightarrow 4\mathrm{CO_2} + 4\mathrm{H_2O}$

[해설]

아세트알데하이드($\mathrm{CH_3CHO}$)는 제4류 위험물 특수인화물로 지정수량 50[L], 분자량 44, 비중 0.78, 인화점 -38[℃], 비점 21[℃], 연소범위 4.0~60.0[%]이다.

위험도는 연소범위의 폭을 폭발하한값으로 나눈 값이다.

$H = \dfrac{U - L}{L}$

$H = \dfrac{60 - 4.0}{4.0} = \mathbf{14.0}$

즉 위험도는 14.0이다. 하한값이 낮고 연소범위가 넓을수록 위험도가 커지는데, 아세트알데하이드는 특수인화물 중에서도 이 값이 특히 크다.

일부 교재는 연소범위를 4.1~57[%]로 잡아 위험도를 12.90으로 계산한다. 다만 그 판본은 같은 지면 안에서 연소범위를 4~51[%]라고도 적어 자기 값과 어긋나며, 아세트알데하이드의 통용 문헌값은 4.0~60.0[%]이다. 이 문항집에서는 4.0~60.0[%] 기준의 14.0으로 통일한다.

연소반응식은 탄소가 $\mathrm{CO_2}$로, 수소가 $\mathrm{H_2O}$로 가는 완전연소식을 계수만 맞추면 된다. $\mathrm{CH_3CHO}$는 탄소 2·수소 4·산소 1이므로

$2\mathrm{CH_3CHO} + 5\mathrm{O_2} \rightarrow 4\mathrm{CO_2} + 4\mathrm{H_2O}$

참고로 아세트알데하이드는 공기 중 산소에 산화되면 아세트산이 되고($2\mathrm{CH_3CHO} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{CH_3COOH}$), 저장 시에는 구리·마그네슘·은·수은 및 그 합금 용기를 쓸 수 없다(폭발성 아세틸라이드 생성).

① 이중관으로 할 것(다만, 소공이 없는 상부는 단관으로 할 수 있다)

② 재료는 금속관 또는 경질합성수지관으로 할 것

③ 관은 탱크전용실의 바닥 또는 탱크의 기초까지 닿게 할 것

④ 관의 밑부분으로부터 탱크의 중심 높이까지의 부분에는 소공이 뚫려 있을 것(지하수위가 높은 장소에서는 지하수위 높이까지의 부분에 소공이 뚫려 있을 것)

⑤ 상부는 물이 침투하지 아니하는 구조로 하고, 뚜껑은 검사 시에 쉽게 열 수 있도록 할 것

[해설]

지하저장탱크는 땅에 묻혀 있어 누설을 눈으로 볼 수 없다. 그래서 탱크 주위 흙 속에 수직으로 관을 박아 두고 그 안을 들여다보거나 시료를 떠서 누설 여부를 확인하는데, 이 관이 누설검사관이다. 위험물안전관리법 시행규칙 별표 8은 이 관을 4개소 이상 설치하도록 하고, 위 5개 항을 설치기준으로 정하고 있다.

기준마다 이유가 분명하다.

· 이중관으로 하는 것은 바깥 관이 흙의 붕괴를 막고 안쪽 관으로 새어 나온 위험물이 모이게 하기 위해서다. 다만 소공이 없는 상부는 굳이 이중일 필요가 없어 단관을 허용한다.

· 금속관 또는 경질합성수지관으로 재료를 한정한 것은 흙의 압력과 위험물에 견뎌야 하기 때문이다.

· 바닥 또는 기초까지 닿게 하는 것은 새어 나온 액체가 가장 낮은 곳에 고이기 때문이다. 관이 중간에서 끊기면 검사 자체가 무의미해진다.

· 소공(작은 구멍)은 관 밑부분부터 탱크 중심 높이까지 뚫는다. 지하수위가 높은 곳이면 지하수위 높이까지만 뚫어야 지하수가 관을 채워 판별을 방해하지 않는다.

· 상부는 방수, 뚜껑은 쉽게 열리게 — 빗물이 들어가면 오판하고, 뚜껑이 뻑뻑하면 점검을 거르게 된다.

일부 교재는 이 문제를 "4가지를 쓰시오"로 싣고 정작 정답으로 5가지를 제시한다. 관을 4개소 이상 설치할 뿐 법령이 정한 설치기준 항은 5개이므로 다섯을 그대로 익혀 두는 편이 안전하다.

(1) 나이트로화합물(제1종)

(2) 10[kg]

(3) 트라이나이트로페놀(피크르산) $\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3OH}$ — 벤젠고리의 1번 위치에 $\mathrm{-OH}$, 2ㆍ4ㆍ6번 위치에 $\mathrm{-NO_2}$ 3개가 결합한 구조

[해설]

제법 두 가지가 모두 같은 물질을 가리킨다. 벤젠을 수은 촉매로 질산과 반응시키는 경로, 그리고 페놀을 진한 황산에 녹인 뒤 질산으로 나이트로화하는 경로 — 어느 쪽이든 생성물은 트라이나이트로페놀(피크르산)이다. DDNP의 원료라는 단서도 여기에 맞는다.

화학식은 $\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3OH}$로, 제5류 위험물 나이트로화합물에 속하며 지정수량은 제1종 10[kg]이다. 착화점은 약 300[℃]다.

구조식에서 반드시 살려야 하는 것은 두 가지다. 첫째 하이드록시기($\mathrm{-OH}$)가 1개, 둘째 나이트로기($\mathrm{-NO_2}$)가 2ㆍ4ㆍ6번 위치에 3개. 위치번호를 빠뜨리면 감점된다.

피크르산은 순수한 상태에서는 비교적 안정하지만 금속과 반응해 피크린산염을 만들면 충격에 매우 민감해진다. 그래서 저장 시 금속용기를 피하고, 건조하면 폭발 위험이 커지므로 물에 적셔 습윤 상태로 보관한다.

① 제조소

② 일반취급소

③ 옥내저장소

④ 옥외저장소

⑤ 옥외탱크저장소

[해설]

안전거리는 제조소등의 외벽에서 주거ㆍ학교ㆍ병원ㆍ문화재ㆍ고압가스시설 등 보호대상물까지 두는 거리이고, 보유공지는 제조소등 주위에 소화활동과 연소확대 방지를 위해 비워 두는 공터다. 규제 목적이 달라 둘 다 걸리는 시설과 하나만 걸리는 시설이 나뉜다.

둘 다 두어야 하는 것 — 제조소, 일반취급소, 옥내저장소, 옥외저장소, 옥외탱크저장소의 다섯이다. 모두 위험물을 다루는 규모가 크고 지상에 노출돼 있다는 공통점이 있다.

보유공지만 두는 것 — 간이탱크저장소(옥외에 설치하는 경우), 옥내탱크저장소의 탱크 상호간 간격 등 일부에 한한다.

둘 다 없는 것 — 지하탱크저장소, 이동탱크저장소, 옥내탱크저장소, 암반탱크저장소, 주유취급소, 판매취급소처럼 위험물이 지하에 있거나 이동하거나 취급량이 작은 시설이다. 위험물이 땅속에 있으면 인접 건물에 미치는 영향이 작아 안전거리 개념 자체가 성립하지 않는다고 보면 외우기 쉽다.

일부 교재는 저장소 세 가지(옥내저장소ㆍ옥외저장소ㆍ옥외탱크저장소)만 답으로 싣지만, 제조소와 일반취급소도 안전거리와 보유공지를 모두 규정하고 있으므로 다섯 가지를 모두 적는 것이 맞다.

$P = p_1 + p_2 + p_3 + 0.35\ \mathrm{MPa}$

$P$: 필요한 압력[MPa]

$p_1$: 소방용 호스의 마찰손실수두압[MPa]

$p_2$: 배관의 마찰손실수두압[MPa]

$p_3$: 낙차의 환산수두압[MPa]

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준 제129조가 정한 옥내소화전설비 가압송수장치의 압력수조 기준이다. 노즐 끝에서 필요한 방수압력을 확보하려면, 물이 가는 길에서 잃는 압력을 모두 더하고 거기에 노즐 방수압력에 해당하는 몫을 얹어야 한다는 것이 이 식의 뜻이다.

$P = p_1 + p_2 + p_3 + 0.35\ \mathrm{MPa}$

· $p_1$은 호스에서, $p_2$는 배관에서 마찰로 잃는 압력이다. 손실이 나는 구간을 호스와 배관으로 나눠 본다는 점을 기억하면 둘을 뒤바꾸지 않는다.

· $p_3$는 수조에서 방수구까지의 높이차를 압력으로 환산한 값이다.

· 마지막 0.35[MPa]는 옥내소화전 노즐 선단에서 확보해야 하는 방수압력이다. 이 상수는 그대로 외운다.

같은 조문에서 옥외소화전설비는 상수가 0.35[MPa], 스프링클러설비는 0.1[MPa]로 다르게 정해져 있으므로 설비별 상수를 함께 정리해 두면 좋다.

① 균열이 확인된 경우에는 불합격으로 할 것

② 선상 및 원형상의 결함 크기가 4[mm]를 초과할 경우에는 불합격으로 할 것

③ 2 이상의 결함지시모양이 동일선상에 연속해서 존재하고 그 상호간의 간격이 2[mm] 이하인 경우에는 상호간의 간격을 포함하여 연속된 하나의 결함지시모양으로 간주할 것(다만, 결함지시모양 중 짧은 쪽의 길이가 2[mm] 이하이면서 상호간의 간격 이하인 경우에는 독립된 결함지시모양으로 한다)

④ 결함지시모양이 존재하는 임의의 개소에 있어서 2,500[mm²]의 사각형(한 변의 최대길이는 150[mm]로 한다) 내에 길이 1[mm]를 초과하는 결함지시모양의 길이의 합계가 8[mm]를 초과하는 경우에는 불합격으로 할 것

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준 제32조의 침투탐상시험 판정기준이다. 침투탐상시험은 표면에 침투액을 발라 미세한 균열 속으로 스며들게 한 뒤 현상액으로 끌어올려 표면으로 열린 결함을 눈에 보이게 하는 비파괴검사다.

기준은 세 가지 잣대로 짜여 있다.

· 결함의 종류 — 균열이 확인되면 크기를 따지지 않고 무조건 불합격이다(①). 균열은 진행성 결함이기 때문이다.

· 개별 결함의 크기 — 선상ㆍ원형상 결함은 4[mm]가 경계다(②).

· 결함의 밀집도 — 작은 결함이라도 한곳에 몰리면 위험하므로, 2,500[mm²](한 변 최대 150[mm]) 사각형 안에서 길이 1[mm]를 넘는 결함들의 길이 합계가 8[mm]를 넘으면 불합격이다(④).

③은 판정에 앞서 결함을 어떻게 셀 것인가를 정한 항이다. 떨어져 있는 두 결함이라도 같은 선상에서 간격이 2[mm] 이하로 이어지면 하나로 묶어 길이를 재므로, 결과적으로 ②ㆍ④의 기준에 걸리기 쉬워진다. 단서 조항은 그 반대 방향의 예외다.

일부 교재는 이 문제를 3가지로 싣지만 세부기준이 정한 판정기준은 위 4개 항이므로 여기서는 4가지로 바로잡았다. 수치 4[mm] / 2[mm] / 2,500[mm²] / 150[mm] / 1[mm] / 8[mm]는 그대로 외워야 하는 값이다.

(1) $\mathrm{NaO}$

(2) $\mathrm{Na_2O_2}$

[해설]

조성 백분율에서 실험식을 얻고, 분자량으로 배수를 정해 분자식을 만드는 정석 문제다.

1단계 — 각 원소의 몰수 비

시료를 100[g]으로 잡으면 나트륨 58.97[g], 산소 41.03[g]이다. 원자량은 Na 23, O 16이므로

$\mathrm{Na} : \dfrac{58.97}{23} = 2.56$

$\mathrm{O} : \dfrac{41.03}{16} = 2.56$

$\mathrm{Na} : \mathrm{O} = 2.56 : 2.56 = 1 : 1$

따라서 실험식은 $\mathrm{NaO}$이다.

2단계 — 분자식

실험식량은 $23 + 16 = 39$이고, 분자식은 실험식의 정수배($n$배)다.

$78 = 39 \times n \ \Rightarrow\ n = 2$

그러므로 분자식은 $\mathrm{Na_2O_2}$, 곧 과산화나트륨이다. 제1류 위험물 무기과산화물(알칼리금속의 과산화물)로 지정수량 50[kg]이며, 물과 반응해 산소를 내놓으므로 주수소화를 금하고 마른모래로 질식소화한다.

$2\mathrm{Na_2O_2} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 4\mathrm{NaOH} + \mathrm{O_2}$

일부 교재는 발문에 산소를 "41.03[g]"으로 인쇄해 두었으나, 나트륨이 [%]로 주어지고 풀이도 41.03을 [%]로 다루므로 [%]가 맞다. 질량비를 백분율로 읽어야 100[g] 기준 환산이 성립한다.

㉮ 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.

200[g]

[해설]

연소하는 것은 코크스 전체가 아니라 그 안에 든 황뿐이다. 그러니 먼저 황의 질량을 뽑고, 그 다음 반응식의 몰비로 $\mathrm{SO_2}$를 구하면 된다.

1단계 — 황의 질량

$1{,}000\ \mathrm{kg} = 1{,}000{,}000\ \mathrm{g}$

$1{,}000{,}000 \times \dfrac{0.01}{100} = 100\ \mathrm{g}$

2단계 — 반응식과 질량비

$\mathrm{S} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{SO_2}$

황 1[mol](32[g])이 이산화황 1[mol](64[g])로 간다. 몰비가 1:1이므로 질량비는 32:64, 곧 1:2다.

$32 : 64 = 100 : x$

$x = \dfrac{100 \times 64}{32} = \mathbf{200\ \mathrm{g}}$

따라서 발생하는 $\mathrm{SO_2}$는 200[g]이다.

단위 환산에서 실수가 많다. [wt%]는 100으로 나누는 값이므로 0.01[wt%]는 $1 \times 10^{-4}$이고, 답을 [g]로 요구했으므로 처음부터 [kg]을 [g]으로 바꿔 두는 편이 안전하다. "과잉공기"는 황이 남김없이 $\mathrm{SO_2}$로 산화된다는 뜻일 뿐 계산에 쓰이는 수치가 아니다.

(1) 고정지붕구조 탱크 / 상부포주입법

(2) 고정지붕구조 또는 부상덮개부착 고정지붕구조 탱크 / 상부포주입법

(3) 고정지붕구조 탱크 / 저부포주입법

(4) 부상지붕구조 탱크 / 상부포주입법

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준 제133조가 고정포방출구를 형식별로 정의한다. 갈리는 축은 딱 두 가지 — 탱크의 지붕구조와 포를 어디로 넣는가(주입방법)다.

상부포주입법은 고정포방출구를 탱크 옆판의 상부에 설치해 액표면 위로 포를 방출하는 방식이고, 저부포주입법은 탱크의 액면 아래에 설치된 포방출구로 탱크 안에 포를 주입해 포가 떠오르게 하는 방식이다.

· Ⅰ형 — 고정지붕구조 탱크에 상부포주입법. 방출된 포가 액면 아래로 몰입되거나 액면을 뒤섞지 않고 액면 위를 덮을 수 있도록 통계단 또는 미끄럼판 등의 설비를 두고, 탱크 내 위험물 증기가 밖으로 역류하지 못하게 하는 구조·기구를 갖춘다.

· Ⅱ형 — 고정지붕구조 또는 부상덮개부착 고정지붕구조 탱크에 상부포주입법. Ⅰ형과 달리 반사판을 두어 포가 탱크 옆판 내면을 따라 흘러내리면서 액면을 덮게 한다.

· Ⅲ형 — 고정지붕구조 탱크에 저부포주입법. 송포관(탱크 안의 위험물이 역류하지 못하는 구조·기구를 갖춘 것)으로부터 포를 방출한다.

· 특형 — 부상지붕(플로팅 루프)구조 탱크에 상부포주입법. 부상지붕의 부상부분 위에 금속제 칸막이를 세우고, 탱크 옆판과 칸막이 사이에 만들어진 환상(고리 모양) 부분에 포를 주입할 수 있는 반사판을 갖춘다. 부상지붕 탱크는 액면 전체가 아니라 이 환상부만 노출되므로 그 부분만 덮으면 된다는 것이 설계의 요점이다.

참고로 Ⅳ형은 Ⅲ형과 같은 저부포주입법이지만, 평상시 탱크 저부의 격납통에 수납돼 있던 특수호스가 포를 보내면 떠올라 그 선단이 액면에 도달한 뒤 포를 방출하는 형식이다.

정리하면 저부포주입법은 Ⅲ형·Ⅳ형뿐이고, 부상지붕구조에 쓰는 것은 특형뿐이다. 이 두 문장만 잡아 두면 형식 구분이 흔들리지 않는다.

(1) 과망가니즈산칼륨, 1,000[kg]

(2) $2\mathrm{KMnO_4} \rightarrow \mathrm{K_2MnO_4} + \mathrm{MnO_2} + \mathrm{O_2}$

(3) $4\mathrm{KMnO_4} + 6\mathrm{H_2SO_4} \rightarrow 2\mathrm{K_2SO_4} + 4\mathrm{MnSO_4} + 6\mathrm{H_2O} + 5\mathrm{O_2}$

(4) 황산칼륨($\mathrm{K_2SO_4}$), 과망가니즈산($\mathrm{HMnO_4}$)

[해설]

분자량이 물질을 확정해 준다. $\mathrm{KMnO_4}$의 분자량은 $39 + 55 + 16 \times 4 = 158$이고, 흑자색(또는 적자색) 결정에 수용액이 진한 보라색을 띠는 제1류 위험물은 과망가니즈산칼륨이다. 품명은 과망가니즈산염류, 지정수량 1,000[kg], 비중 2.7, 분해온도는 약 200~250[℃]다.

가열하면 분해해 산소를 내놓는다. 망가니즈의 산화수가 +7에서 +6($\mathrm{K_2MnO_4}$)과 +4($\mathrm{MnO_2}$)로 나뉘어 떨어지는 것이 특징이다.

$2\mathrm{KMnO_4} \rightarrow \mathrm{K_2MnO_4} + \mathrm{MnO_2} + \mathrm{O_2}$

묽은 황산과는 산화·환원이 일어나 $\mathrm{Mn^{2+}}$(황산망가니즈)까지 환원되면서 산소를 방출한다.

$4\mathrm{KMnO_4} + 6\mathrm{H_2SO_4} \rightarrow 2\mathrm{K_2SO_4} + 4\mathrm{MnSO_4} + 6\mathrm{H_2O} + 5\mathrm{O_2}$

반면 진한 황산과는 단순한 복분해로 흘러 황산칼륨과 과망가니즈산이 생긴다. 생성된 과망가니즈산은 폭발성이 있어 위험하다.

$2\mathrm{KMnO_4} + \mathrm{H_2SO_4} \rightarrow \mathrm{K_2SO_4} + 2\mathrm{HMnO_4}$

같은 황산이라도 묽으냐 진하냐에 따라 생성물이 완전히 달라진다는 점이 이 문항의 핵심이다.

① 4[m]

② 2[m]

③ 4[m]

④ 1[m]

⑤ 2[m]

⑥ 4[m]

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 13의 주유취급소 기준이다. 수치가 4·2·1 세 개뿐이므로 어느 대상까지의 거리인가만 정확히 짝지으면 된다.

도로경계선까지는 주유·급유 모두 4[m]다. 차량이 도로에서 진입·정차하는 여유를 두기 위한 값이라 두 설비가 같다.

고정주유설비는 부지경계선ㆍ담 및 건축물의 벽까지 한꺼번에 2[m]로 묶여 있다.

고정급유설비는 여기서 갈린다. 부지경계선 및 담까지는 1[m]로 완화되지만, 건축물의 벽까지는 2[m]를 유지해야 한다. 고정급유설비는 이동탱크저장소 등에 옮겨 담는 설비라 차량 동선이 다르기 때문이다.

주유·급유 어느 쪽이든 개구부가 없는 벽이면 1[m]까지 줄일 수 있다. 개구부가 없으면 증기가 건축물 안으로 흘러들 통로가 없기 때문이다.

마지막으로 고정주유설비와 고정급유설비 상호 간에는 4[m] 이상을 둔다.

정리하면 도로경계선 4 / 상호 간 4 / 건축물의 벽 2(개구부 없으면 1) / 급유설비의 부지경계선ㆍ담만 1이다.

(1) 10[kg]

(2) $4\mathrm{K} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{K_2O}$

(3) $2\mathrm{K} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\mathrm{KOH} + \mathrm{H_2}$

[해설]

제시된 조건이 물질을 하나로 좁혀 준다. 제3류 위험물이면서 비중 0.86의 무른 경금속, 그리고 결정적으로 보라색 불꽃반응 — 칼륨($\mathrm{K}$)이다. 원자량 39, 융점 63.7[℃], 비점 774[℃]로 물보다 가볍고 칼로 잘릴 만큼 무르다. 위험등급 Ⅰ, 지정수량 10[kg]이다.

불꽃반응색은 알칼리금속을 가르는 가장 빠른 단서다. 리튬은 적색, 나트륨은 노란색, 칼륨은 보라색이다. 나트륨(비중 0.97, 융점 97.7[℃])과 헷갈리기 쉬우므로 비중과 불꽃색을 함께 본다.

연소하면 산화칼륨이 된다.

$4\mathrm{K} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{K_2O}$

물과는 격렬하게 반응해 수산화칼륨과 수소를 낸다. 발열이 커서 발생한 수소가 그 자리에서 점화되므로 폭발로 이어진다.

$2\mathrm{K} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\mathrm{KOH} + \mathrm{H_2}$

따라서 주수소화는 절대 금지이며, 등유·경유·유동파라핀 등 석유류 속에 넣어 보관하고 소화는 마른모래나 팽창질석·팽창진주암으로 한다.

(1) 펌프의 정지 및 긴급차단밸브의 폐쇄

(2) 해당 지역에 대한 지진재해정보를 계속 수집하고, 그 상황에 따라 펌프의 정지 및 긴급차단밸브를 폐쇄

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준 제137조가 정한 이송취급소의 지진 시 재해방지조치다. 이송취급소는 배관으로 위험물을 옮기는 시설이라 지진으로 배관이 손상되면 누설이 광범위하게 번진다. 그래서 지진의 세기에 따라 대응 단계를 나눠 규정한다.

· 진도계 5 이상 — 배관 손상이 실제로 일어날 수 있는 수준이므로 판단을 기다리지 않고 즉시 펌프를 정지하고 긴급차단밸브를 닫는다. 위험물의 흐름을 끊는 것이 최우선이다.

· 진도계 4 이상 — 아직 손상 여부가 불확실한 단계다. 지진재해정보를 계속 수집하면서 상황에 따라 펌프 정지와 긴급차단밸브 폐쇄를 시행한다. 즉 즉시 정지가 아니라 감시 후 조건부 정지다.

두 조치의 내용은 겹치지만 즉시 하느냐, 정보를 수집하며 상황에 따라 하느냐가 갈리는 지점이다. 진도계 숫자와 조치를 뒤바꿔 쓰는 실수가 잦으니 "5는 즉시, 4는 감시"로 묶어 두면 된다.

이 밖에 지진을 감지한 경우에는 신속히 펌프의 정지와 긴급차단밸브의 폐쇄 여부를 판단할 수 있도록 배관계의 안전을 확인하는 순찰을 하고, 진도계 5 이상의 지진이 있은 뒤에는 배관계의 안전을 확인한 후가 아니면 이송을 재개하지 않는다.

2,543.4[L]

[해설]

양쪽이 볼록한 타원형 탱크의 내용적 공식은 다음과 같다.

$V = \dfrac{\pi a b}{4}\left(l + \dfrac{l_1 + l_2}{3}\right)$

여기서 $a$는 단면 타원의 긴지름, $b$는 짧은지름, $l$은 원통 동체의 길이, $l_1 \cdot l_2$는 양쪽 볼록 경판의 길이다. 앞의 $\dfrac{\pi a b}{4}$가 타원 단면적이고, 괄호 안이 유효 길이다. 볼록한 경판은 원통이 아니므로 길이를 그대로 더하지 않고 3으로 나누어 반영한다.

1단계 — 단위를 [m]로 통일

$a = 1.2\ \mathrm{m},\quad b = 1.0\ \mathrm{m},\quad l = 2.5\ \mathrm{m},\quad l_1 = l_2 = 0.3\ \mathrm{m}$

2단계 — 대입

$V = \dfrac{3.14 \times 1.2 \times 1.0}{4}\left(2.5 + \dfrac{0.3 + 0.3}{3}\right)$

$V = 0.942 \times (2.5 + 0.2) = 0.942 \times 2.7 = 2.5434\ \mathrm{m^3}$

3단계 — 단위 환산

$1\ \mathrm{m^3} = 1{,}000\ \mathrm{L}$이므로

$V = 2.5434 \times 1{,}000 = \mathbf{2{,}543.4\ \mathrm{L}}$

답을 [L]로 요구했으므로 마지막 환산을 빠뜨리지 않아야 한다. $\pi$를 3.14159로 잡으면 2,544.7[L]이 나오는데, $\pi$ 값을 지정하지 않은 문제라면 이 정도의 소수 자릿수 차이는 정답으로 인정된다.

또한 저장물이 벤젠이라는 것은 이 계산에 쓰이지 않는 조건이다. 내용적은 탱크의 형상 치수만으로 정해진다. 다만 실제 탱크의 용량은 내용적에서 공간용적(통상 내용적의 5~10[%])을 뺀 값이라는 점은 구분해 두어야 한다.

① 과산화수소

② 과염소산

③ 2

④ 배수구

⑤ 분리장치

[해설]

옥외저장소는 지붕이 없는 야외에 위험물을 두는 저장소라 햇빛·빗물·비산이라는 옥외 고유의 위험을 따로 규제한다.

· ①·② 과산화수소, 과염소산 — 제6류 위험물 중 이 둘은 직사광선을 받으면 분해가 촉진된다. 과산화수소는 빛에 분해해 산소를 내면서 용기 내압을 올리므로 갈색 용기에 담고 구멍 뚫린 마개를 쓴다. 그래서 이 두 물질을 저장하는 옥외저장소에는 불연성 또는 난연성 천막으로 차광 설비를 한다. 가리개 자체가 타 버리면 뜻이 없으므로 재질을 불연성·난연성으로 못박은 것이다.

· ③ 2[m] — 덩어리 상태의 황은 경계표시 안쪽에 쌓아 저장하는데, 바람에 날리거나 넘쳐 흐르지 않도록 천막을 덮고 그 천막을 경계표시의 길이 2[m]마다 한 개 이상의 장치로 고정해야 한다.

· ④·⑤ 배수구, 분리장치 — 황이 빗물에 씻겨 그대로 흘러 나가면 안 되므로 저장·취급 장소 주위에 배수구를 두어 물길을 잡고, 그 끝에 분리장치를 두어 황을 걸러낸 뒤 물만 내보낸다.

덧붙여 황만을 저장·취급하는 경계표시의 내부 면적은 100[m²] 이하, 두 개 이상의 경계표시를 두는 경우 내부 면적의 합계는 1,000[m²] 이하로 한다.

(1) 옥외소화전설비

(2) 40.5[m³]

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17은 소화전 설비의 수원을 설치 개수에 상한을 두고 산정하도록 한다.

옥내소화전은 가장 많이 설치된 층의 설치개수(5개를 넘으면 5개)에 7.8[m³]을 곱한다. 7.8[m³]은 방수량 260[L/min]으로 30분간 방수한 양($260 \times 30 = 7,800\,\mathrm{L}$)이다.

$Q_{\text{옥내}} = 5 \times 7.8 = 39\ \mathrm{m^3}$

설치는 6개지만 산정에는 5개까지만 반영한다는 것이 첫 번째 함정이다.

옥외소화전은 설치개수(4개를 넘으면 4개)에 13.5[m³]을 곱한다. 13.5[m³]은 방수량 450[L/min]으로 30분간 방수한 양이다.

$Q_{\text{옥외}} = 3 \times 13.5 = 40.5\ \mathrm{m^3}$

따라서 수원의 용량이 더 많은 쪽은 옥외소화전설비이고, 두 설비의 요구를 모두 만족시키는 최소 확보량은 큰 쪽인

$\max(39,\ 40.5) = \mathbf{40.5\ \mathrm{m^3}}$

이다. 일부 교재는 두 값을 더한 79.5[m³]을 정답으로 싣지만, 발문이 묻는 것은 두 설비 중 확보해야 할 최소 용량이므로 합계는 답이 되지 않는다. 소문항 (1)에서 가장 많은 설비를 먼저 고르게 한 구성도 (2)가 그 설비의 용량을 묻는 흐름임을 뒷받침한다.

① 무기과산화물

② 황

③ 마그네슘

④ 황린

⑤ 하이드라진 유도체

[해설]

지정수량은 품명과 한 몸이므로, 빈칸 옆의 수치가 곧 답의 단서다.

· ① 제1류 위험물 중 50[kg]짜리 품명은 차아염소산염류ㆍ아염소산염류ㆍ염소산염류ㆍ과염소산염류ㆍ무기과산화물이다. 나머지가 모두 제시돼 있으므로 빈칸은 무기과산화물이다. 무기과산화물 중 알칼리금속의 과산화물(과산화나트륨ㆍ과산화칼륨 등)은 물과 반응해 산소를 내므로 금수성이라는 점이 함께 출제된다.

· ② 제2류 위험물의 100[kg] 품명은 황화인ㆍ적린ㆍ황 셋이다. 황은 순도 60[wt%] 이상인 것만 위험물로 본다.

· ③ 500[kg] 품명은 철분ㆍ금속분ㆍ마그네슘 셋이다.

· ④ 제3류 위험물에서 지정수량이 20[kg]인 품명은 황린 하나뿐이라 사실상 지정수량만 보고 답할 수 있다. 칼륨ㆍ나트륨ㆍ알킬알루미늄ㆍ알킬리튬이 10[kg], 황린이 20[kg], 알칼리금속(칼륨ㆍ나트륨 제외) 및 알칼리토금속ㆍ유기금속화합물이 50[kg], 금속의 수소화물ㆍ인화물ㆍ칼슘 또는 알루미늄의 탄화물이 300[kg]이다.

· ⑤ 제5류 위험물은 유기과산화물ㆍ질산에스터류ㆍ나이트로화합물ㆍ나이트로소화합물ㆍ아조화합물ㆍ다이아조화합물ㆍ하이드라진 유도체ㆍ하이드록실아민ㆍ하이드록실아민염류 순으로 열거된다. 아조화합물 다음 자리이면서 지정수량이 제2종 100[kg]인 품명으로 하이드라진 유도체가 온다.

제5류 위험물의 지정수량은 품명마다 고정된 값이 아니라 시험 결과에 따라 제1종 10[kg], 제2종 100[kg]으로 나뉜다는 점도 함께 기억해 두어야 한다.