(1) $2CH_3OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 4H_2O$

(2) 300[kg]

[해설]

(1) 연소반응식 세우기

메탄올 $CH_3OH$는 탄소 1, 수소 4, 산소 1이다. 탄소 1개는 $CO_2$ 1개, 수소 4개는 $H_2O$ 2개가 되므로 $CH_3OH + 1.5O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$이고, 계수를 정수로 만들기 위해 전체에 2를 곱한다.

$2CH_3OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 4H_2O$

산소 계수가 1.5가 되는 것은 메탄올이 이미 산소 원자 1개를 가지고 있기 때문이다.

(2) 이론산소량

메탄올의 분자량은 $12 + 1 \times 4 + 16 = 32$이므로

$\dfrac{200\,\mathrm{kg}}{32\,\mathrm{kg/kmol}} = 6.25\,\mathrm{kmol}$

반응식에서 $CH_3OH : O_2 = 2 : 3$이므로 필요한 산소는

$6.25 \times \dfrac{3}{2} = 9.375\,\mathrm{kmol}$

산소의 분자량은 32이므로

$9.375 \times 32 = \mathbf{300}\,\mathrm{kg}$

메탄올과 산소의 분자량이 둘 다 32라서, 결국 메탄올 질량의 1.5배가 그대로 이론산소량이 된다. 부피(표준상태)를 물었다면 $9.375 \times 22.4 = 210\,\mathrm{m^3}$가 되므로, 요구 단위가 [kg]인지 $\mathrm{m^3}$인지에 따라 답이 300과 210으로 갈린다. 발문의 단위를 반드시 확인해야 한다.

메탄올은 제4류 위험물 「알코올류」로 인화점 11[℃], 연소 시 불꽃이 거의 보이지 않아 화재 발견이 늦어지는 것이 특징이며, 독성이 있어 소량으로도 실명을 일으킨다.

① o-자일렌(ortho-) — 벤젠고리의 1,2-위치에 메틸기 2개

② m-자일렌(meta-) — 벤젠고리의 1,3-위치에 메틸기 2개

③ p-자일렌(para-) — 벤젠고리의 1,4-위치에 메틸기 2개

[해설]

자일렌의 화학식은 $\mathrm{C_6H_4(CH_3)_2}$로 세 이성질체가 모두 같다. 갈리는 것은 두 메틸기의 상대 위치뿐이므로, 답안에는 명칭과 함께 치환 위치를 분명히 밝혀야 한다.

세 이성질체 모두 제4류 위험물 제2석유류(비수용성)이며 지정수량은 1,000[L]이다. 인화점은 o-자일렌 32[℃], m-자일렌 25[℃], p-자일렌 25[℃]로 오르토체가 조금 높다.

명명법을 위치번호로 쓰면 각각 1,2-다이메틸벤젠, 1,3-다이메틸벤젠, 1,4-다이메틸벤젠이 된다.

(1) 메틸에틸케톤 $\mathrm{CH_3COC_2H_5}$ — 카보닐기($\mathrm{C{=}O}$)의 한쪽에 메틸기, 다른 쪽에 에틸기가 결합한 구조

(2) 과산화벤조일 $(\mathrm{C_6H_5CO})_2\mathrm{O_2}$ — 벤조일기($\mathrm{C_6H_5CO-}$) 두 개가 과산화 결합($\mathrm{-O-O-}$)으로 이어진 구조

[해설]

메틸에틸케톤은 제4류 위험물 제1석유류(비수용성)로 지정수량 200[L], 비중 0.8, 비점 80[℃], 인화점 -7[℃], 착화점 505[℃], 연소범위 1.8~10.0[%]이다. 케톤류이므로 골격의 중심에 카보닐기가 온다는 점이 채점 포인트다.

과산화벤조일은 제5류 위험물 유기과산화물로 비중 1.33, 융점 105[℃], 착화점 80[℃]이다. 구조식에서 반드시 살려야 하는 것은 두 개의 벤조일기를 잇는 $\mathrm{-O-O-}$ 결합이다. 이 과산화 결합이 끊어지면서 라디칼이 생기기 때문에 자기반응성 물질로 분류된다.

자기반응성 물질이라 마찰·충격에 민감하므로 저장 시에는 희석제(프탈산다이메틸, 프탈산다이뷰틸 등)를 섞어 폭발 위험을 낮춘다.

① 변경허가를 받지 아니하고 제조소등의 위치·구조 또는 설비를 변경한 때

② 완공검사를 받지 아니하고 제조소등을 사용한 때

③ 위험물안전관리자를 선임하지 아니한 때

④ 대리자를 지정하지 아니한 때

⑤ 정기점검을 하지 아니한 때

[해설]

위험물안전관리법 제12조는 시·도지사가 제조소등의 설치허가를 취소하거나 6개월 이내의 사용정지를 명할 수 있는 사유를 각 호로 열거한다. 위 5가지 외에 수리·개조 또는 이전의 명령을 위반한 때, 정기검사를 받지 아니한 때, 저장·취급기준 준수명령을 위반한 때 등도 같은 조의 사유에 해당한다.

'허가취소 또는 사용정지'는 처분의 원인(사유)을 묻는 문제다. 사용정지 10일·30일·60일·90일처럼 처분의 정도를 답하는 것은 시행규칙 별표 2의 행정처분기준(1차·2차·3차 위반 시의 처분 단계)을 묻는 별개의 문제이므로 구분해야 한다.

행정처분기준은 같은 위반이라도 차수에 따라 처분이 무거워지는 구조여서, 1차 경고나 사용정지 짧은 기간에서 시작해 3차에서 허가취소로 가는 흐름을 갖는다.

약 16.13

[해설]

용해도는 용매(물) 100[g]에 녹을 수 있는 용질의 최대 질량[g]이다. 이 문제의 함정은 녹이는 물질이 수화물이라는 점에 있다. $KNO_3 \cdot 10H_2O$ 안의 결정수는 녹으면서 물(용매) 쪽으로 넘어간다. 즉 용질은 $KNO_3$ 부분만, 용매는 처음 넣은 물 20[g]에 결정수까지 더한 값이다.

1단계 — 분자량

$KNO_3 = 39 + 14 + 16 \times 3 = 101$, $10H_2O = 18 \times 10 = 180$, $KNO_3 \cdot 10H_2O = 281$

2단계 — 용질과 결정수로 나누기

용질 : $12.6 \times \dfrac{101}{281} = 4.53\,\mathrm{g}$

결정수 : $12.6 \times \dfrac{180}{281} = 8.07\,\mathrm{g}$

3단계 — 용매의 총량

$20 + 8.07 = 28.07\,\mathrm{g}$

4단계 — 용해도

$28.07\,\mathrm{g} : 4.53\,\mathrm{g} = 100 : x$

$x = \dfrac{4.5288}{28.0712} \times 100 = \mathbf{16.13}$

중간값을 4.53과 28.07로 반올림한 뒤 계산하면 16.14가 나온다. 반올림을 어디서 하느냐에 따른 차이이므로 필답형에서는 둘 다 정답으로 인정되지만, 중간 반올림 없이 계산한 값은 16.13이다.

결정수를 물 쪽에 더하는 것을 잊고 $\dfrac{4.53}{20} \times 100 = 22.65$로 답하는 것이 가장 흔한 오답이다.

① 위험물의 안전에 관계된 작업에 종사하는 자에 대한 안전교육 및 훈련에 관한 사항

② 위험물시설 및 작업장에 대한 안전순찰에 관한 사항

③ 위험물시설·소방시설 그 밖의 관련시설에 대한 점검 및 정비에 관한 사항

④ 위험물시설의 운전 또는 조작에 관한 사항

⑤ 위험물 취급작업의 기준에 관한 사항

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 제63조가 정한 예방규정의 내용은 아래 12가지(단서로 제외한 「그 밖에 위험물의 안전관리에 관하여 필요한 사항」을 빼고)이며, 이 중 5가지를 골라 쓰면 된다. 위 답안은 그중 다섯을 고른 것이다.

1. 안전관리업무를 담당하는 자의 직무 및 조직에 관한 사항
2. 안전관리자가 여행·질병 등으로 직무를 수행할 수 없을 경우 그 직무의 대리자에 관한 사항
3. 자체소방대를 설치하여야 하는 경우 자체소방대의 편성과 화학소방자동차의 배치에 관한 사항
4. 위험물의 안전에 관계된 작업에 종사하는 자에 대한 안전교육 및 훈련에 관한 사항
5. 위험물시설 및 작업장에 대한 안전순찰에 관한 사항
6. 위험물시설·소방시설 그 밖의 관련시설에 대한 점검 및 정비에 관한 사항
7. 위험물시설의 운전 또는 조작에 관한 사항
8. 위험물 취급작업의 기준에 관한 사항
9. 이송취급소의 경우 배관공사 현장에 대한 감독체제에 관한 사항과 배관 주위의 공사 시 배관의 안전확보에 관한 사항
10. 재난 그 밖의 비상시에 취하여야 하는 조치에 관한 사항
11. 위험물의 안전에 관한 기록에 관한 사항
12. 제조소등의 위치·구조 및 설비를 명시한 서류와 도면의 정비에 관한 사항

항목을 하나씩 외우기보다 사람(직무·대리자·교육) → 조직(자체소방대) → 일상관리(순찰·점검·운전·취급) → 비상(조치) → 기록·문서의 흐름으로 묶어 두면 다섯 가지를 대는 데 무리가 없다.

예방규정은 관계인이 스스로 정하는 자율 안전관리 규정이지만, 제조소등을 사용을 시작하기 전에 시·도지사에게 제출해 승인을 받아야 하며 변경할 때도 마찬가지다.

(1) $2\mathrm{K_2O_2} + 2\mathrm{CO_2} \rightarrow 2\mathrm{K_2CO_3} + \mathrm{O_2}$

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

[해설]

설명에 해당하는 물질은 과산화칼륨($\mathrm{K_2O_2}$)이다. 분자량은 $39 \times 2 + 16 \times 2 = 110$으로 조건과 맞고, 제1류 위험물 무기과산화물로 지정수량은 50[kg]이다.

(1) 이산화탄소와 반응하면 탄산칼륨과 함께 산소를 내놓는다. 그래서 과산화칼륨 화재에는 이산화탄소소화기를 쓸 수 없다. 오히려 산소를 공급해 불을 키운다.

(2) 아세트산 같은 산과 반응하면 그 산의 칼륨염과 과산화수소가 생긴다. 과산화수소 역시 산화성 액체이므로 위험이 이어진다.

함께 익혀 둘 반응으로 물과의 반응 $2\mathrm{K_2O_2} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 4\mathrm{KOH} + \mathrm{O_2}$가 있다. 물·이산화탄소 어느 쪽과 만나도 산소를 내므로 무기과산화물의 소화는 마른모래 등을 이용한 질식소화가 원칙이다.

① 저장용기를 공용하는 경우에는 방호구역 또는 방호대상물마다 선택밸브를 설치할 것

② 선택밸브는 방호구역 외의 장소에 설치할 것

③ 선택밸브에는 "선택밸브"라고 표시하고 선택이 되는 방호구역 또는 방호대상물을 표시할 것

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준 제134조가 정한 선택밸브의 기준이다. 하나의 저장용기군으로 여러 구역을 방호할 때, 소화약제가 불이 난 구역으로만 흘러가게 하는 장치가 선택밸브다.

② 선택밸브를 방호구역 밖에 두는 이유는 명확하다. 화재가 난 구역 안에 밸브가 있으면 열과 연기 때문에 조작할 수 없고, 밸브 자체가 손상되면 소화약제를 보낼 수 없기 때문이다.

③ 표시 규정도 같은 맥락이다. 여러 개의 선택밸브가 나란히 있을 때 어느 밸브가 어느 구역용인지 표시가 없으면 다급한 상황에서 엉뚱한 구역으로 약제를 방출하게 된다.

약 57.25[L]

[해설]

드라이아이스는 이산화탄소($\mathrm{CO_2}$)의 고체이므로, 기화한 뒤의 부피는 이상기체 상태방정식으로 구한다.

$PV = nRT = \dfrac{W}{M}RT \;\Rightarrow\; V = \dfrac{WRT}{PM}$

· 압력 $P = 100\,\mathrm{kPa} \times \dfrac{1\,\mathrm{atm}}{101.325\,\mathrm{kPa}} = 0.987\,\mathrm{atm}$

· 질량 $W = 100\,\mathrm{g}$, 분자량 $M = 44\,\mathrm{g/mol}$

· 기체상수 $R = 0.08205\,\mathrm{L \cdot atm/(mol \cdot K)}$, 절대온도 $T = 273 + 30 = 303\,\mathrm{K}$

대입하면

$V = \dfrac{100 \times 0.08205 \times 303}{0.987 \times 44} = 57.25\,\mathrm{L}$

따라서 부피는 약 57.25[L]이다. 절대온도를 303.15[K]로, 기체상수를 0.082로 두면 57.24[L]가 나오는데, 반올림 차이일 뿐 모두 정답으로 인정된다.

기밀시험과 비파괴시험을 동시에 실시하는 방법

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 8은 지하저장탱크의 수압시험을 규정하면서, 소방청장이 정하여 고시하는 바에 따라 기밀시험과 비파괴시험을 동시에 실시하는 방법으로 수압시험을 대신할 수 있도록 하고 있다.

두 시험 중 하나만으로는 대체가 되지 않는다는 점이 채점 포인트다. 기밀시험은 탱크 내부에 압력을 걸어 새는 곳이 있는지를 보고, 비파괴시험은 초음파탐상·방사선투과 등으로 용접부나 강판의 결함을 확인한다. 누설 여부와 재료·용접부 건전성을 함께 확인해야 수압시험과 같은 수준의 검증이 되기 때문에 '동시에 실시'라는 조건이 붙는다.

(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.

(1) Ⅰ형 — 고정지붕구조 탱크에 상부포주입법을 쓰는 것으로, 방출된 포가 액면 아래로 몰입되지 않도록 통계단 또는 미끄럼판 등의 설비를 갖춘 포방출구

(2) Ⅱ형 — 고정지붕구조 또는 부상덮개부착고정지붕구조 탱크에 상부포주입법을 쓰는 것으로, 포가 탱크 옆판 내면을 따라 흘러내리도록 하는 반사판과 증기 역류 저지 구조를 갖춘 포방출구

(3) 특형 — 부상지붕구조 탱크에 상부포주입법을 쓰는 것으로, 부상지붕 위의 금속제 칸막이와 탱크 옆판 사이 환상부분에 포를 주입하는 포방출구

(4) Ⅲ형 — 고정지붕구조 탱크에 저부포주입법을 쓰는 것으로, 송포관으로부터 포를 방출하는 포방출구

(5) Ⅳ형 — 고정지붕구조 탱크에 저부포주입법을 쓰는 것으로, 액면하 저부의 격납통에 수납된 특수호스가 전개되어 그 끝이 액면에 도달한 뒤 포를 방출하는 포방출구

[해설]

포방출구는 위험물안전관리에 관한 세부기준이 정한 구분으로, 답을 가르는 축은 두 가지다. ① 포를 위에서 넣는가(상부포주입법) 아래에서 넣는가(저부포주입법), ② 탱크 지붕이 고정지붕인가 부상지붕인가.

상부포주입법은 고정포방출구를 탱크 옆판 상부에 설치해 액표면에 포를 뿌리는 방식으로 Ⅰ형·Ⅱ형·특형이 여기에 해당한다. 저부포주입법은 액면 아래에 설치된 포방출구로 포를 탱크 안에 밀어 넣는 방식으로 Ⅲ형·Ⅳ형이 해당한다. 따라서 Ⅲ형과 Ⅳ형의 차이는 주입 위치가 아니라 포를 보내는 수단(송포관이냐, 격납통 속 특수호스냐)이라는 점이 채점 포인트다.

특형은 부상지붕(플로팅 루프) 탱크 전용이다. 부상지붕의 부상부분 위에 높이 0.9[m] 이상의 금속제 칸막이를 탱크 옆판 내측으로부터 1.2[m] 이상 떨어뜨려 설치하고, 그 칸막이와 옆판 사이에 생기는 환상(도넛 모양) 공간에 포를 채운다. 부상지붕 탱크는 액면 전체가 아니라 이 환상부분이 화재 위험 구간이기 때문이다.

Ⅱ형의 '부상덮개부착고정지붕구조'는 고정지붕 탱크의 액면 위에 금속제 플로팅 팬 등의 덮개를 띄운 구조를 말한다. 특형의 부상지붕구조와 혼동하지 않도록 주의한다.

(1) $\mathrm{Fe} + 2\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{FeCl_2} + \mathrm{H_2}$

(2) $3\mathrm{Fe} + 4\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Fe_3O_4} + 4\mathrm{H_2}$

(3) $4\mathrm{Fe} + 3\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{Fe_2O_3}$

[해설]

세 반응 모두 수소 또는 산화철이 생긴다는 점에서 철분이 왜 가연성 고체(제2류, 지정수량 500[kg])로 다뤄지는지가 드러난다. 특히 (1)·(2)는 수소를 발생시키므로 폭발 위험이 있다.

(1) 염산은 비산화성 산이다. 산의 수소이온이 철을 산화시키는 힘은 $\mathrm{Fe^{2+}}$까지이므로 생성물은 염화철(Ⅱ)이다. 일부 교재에 $2\mathrm{Fe} + 6\mathrm{HCl} \rightarrow 2\mathrm{FeCl_3} + 3\mathrm{H_2}$로 실려 있으나, 원자수 균형은 맞아도 화학적으로는 성립하지 않는다. 설사 $\mathrm{Fe^{3+}}$가 생기더라도 남아 있는 철에 의해 $2\mathrm{FeCl_3} + \mathrm{Fe} \rightarrow 3\mathrm{FeCl_2}$로 환원된다. 진한 질산처럼 산화성 산이라야 $\mathrm{Fe^{3+}}$가 된다.

(2) 고온의 수증기와 철이 반응하면 생성되는 산화물은 자철석($\mathrm{Fe_3O_4}$)이다. 일부 교재의 $2\mathrm{Fe} + 3\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Fe_2O_3} + 3\mathrm{H_2}$는 원자수만 맞춘 식으로, 수증기 조건에서 $\mathrm{Fe_2O_3}$는 얻어지지 않는다.

(3) 공기 중 산화(녹스는 반응)에서는 $\mathrm{Fe_2O_3}$가 생긴다. 반응 조건에 따라 산화물이 달라진다는 점이 (2)와 (3)을 가르는 지점이다.

철분 화재에 물을 뿌리면 (2)의 반응으로 수소가 나오므로 주수소화는 금지이며, 마른모래나 팽창질석 등으로 질식소화한다.

(1) 이동탱크저장소(탱크로리)를 주차시켜 두는 장소

(2) 화기를 취급하는 장소 또는 인근 건축물로부터 5[m] 이상(인근 건축물이 1층인 경우 3[m] 이상)의 거리 확보

(3) 벽·바닥·보·서까래 및 지붕이 내화구조 또는 불연재료로 된 건축물의 1층에 설치

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 10이 정한 이동탱크저장소의 상치장소 기준이다. 이동탱크저장소는 탱크를 실은 차량 자체가 저장소이므로, 운행하지 않을 때 세워 두는 자리(상치장소)를 따로 규제한다.

옥외 기준의 핵심 수치는 5[m]다. 다만 인근 건축물이 1층이면 화재가 옮겨붙을 위험이 작다고 보아 3[m]로 완화된다. 또한 하천의 공지나 수면, 내화구조 또는 불연재료로 된 담이나 벽 그 밖에 이와 유사한 것에 접하는 경우에는 이 거리 규정을 적용하지 않는다.

옥내 기준에서는 건축물의 구조(내화구조 또는 불연재료)와 층수(1층)를 함께 답해야 한다. 지하층이나 2층 이상에는 둘 수 없다.

(1) $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5}$

(2) $\mathrm{CH_2{=}CHCN}$

[해설]

(1) 분자량 74에 특유의 향을 가진 제4류 위험물은 다이에틸에터이다. 시성식은 $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5}$로, 에틸기 두 개가 산소를 사이에 두고 결합한 에터 구조다. 분자량은 $(12 \times 2 + 1 \times 5) \times 2 + 16 = 74$이다. 특수인화물에 속하며 지정수량 50[L], 인화점 -40[℃]로 매우 낮고 연소범위도 넓어 취급에 주의해야 한다. 공기·햇빛과 접촉하면 과산화물을 만들므로 갈색병에 담아 냉암소에 보관한다.

(2) 분자량 53의 제1석유류는 아크릴로나이트릴이다. 시성식은 $\mathrm{CH_2{=}CHCN}$이며 분자량은 $12 \times 3 + 1 \times 3 + 14 = 53$이다. 제1석유류(비수용성)로 지정수량 200[L], 인화점 -5[℃]이고 연소하면 사이안화수소 등 유독가스가 발생한다.

두 문항 모두 분자량이 물질을 특정하는 열쇠다. 시성식은 분자식($\mathrm{C_4H_{10}O}$, $\mathrm{C_3H_3N}$)과 달리 작용기가 드러나게 써야 한다.

(1) C : 정전용량[F]

(2) Q : 전기량[C]

(3) V : 방전전압[V]

[해설]

정전기 에너지 $E$는 방전 시 방출되는 에너지량[J]이며, 이 값이 가연성 증기·기체·분진의 최소착화에너지보다 크면 점화원이 된다.

각 기호는 다음과 같다.

· $E$ : 정전기 에너지[J, 줄]

· $C$ : 정전용량[F, 패럿]

· $Q$ : 전기량(대전 전하량)[C, 쿨롱]

· $V$ : 방전전압[V, 볼트]

세 기호 사이에는 $Q = CV$의 관계가 있어, 이를 $E = \dfrac{1}{2}CV^2$에 넣으면 $E = \dfrac{1}{2}QV$가 된다. 두 식이 같은 식인 이유가 여기에 있다.

식에서 보듯 에너지는 전압의 제곱에 비례하므로, 정전기 대책의 핵심은 전압이 쌓이지 않게 하는 것이다. 접지, 공기 중 상대습도 70[%] 이상 유지, 도전성 재료 사용, 유속 제한 등이 그 방법이다.

(1) 질산칼륨

(2) $\mathrm{KNO_3}$

(3) $2\mathrm{KNO_3} \rightarrow 2\mathrm{KNO_2} + \mathrm{O_2}$

[해설]

분자량 조건이 물질을 특정해 준다. $\mathrm{KNO_3}$의 분자량은 $39 + 14 + 16 \times 3 = 101$이고, 흑색화약(질산칼륨·황·목탄의 혼합물)의 산소공급원으로 쓰이는 제1류 위험물이 바로 질산칼륨이다. 제1류 위험물 중 질산염류에 속하며 지정수량은 300[kg]이다.

질산칼륨은 약 400[℃]에서 분해하면서 산소를 내놓는다. 이때 질산염($\mathrm{NO_3^-}$)이 아질산염($\mathrm{NO_2^-}$)으로 바뀌므로 생성물은 아질산칼륨과 산소이다.

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

산화성 고체가 위험한 이유가 이 식에 그대로 드러난다. 자신은 타지 않지만 가열되면 산소를 방출해 주위 가연물의 연소를 격렬하게 만든다.

(1) 펌프와 발포기 사이에 설치한 벤투리관의 벤투리작용과 펌프 가압수가 포소화약제 저장탱크에 가하는 압력을 함께 이용하여 약제를 흡입·혼합하는 방식

(2) 펌프와 발포기 사이에 설치한 벤투리관의 벤투리작용만으로 약제를 흡입·혼합하는 방식

[해설]

두 방식 모두 벤투리관을 쓰지만, 가압수가 약제탱크를 밀어 주는 힘을 함께 쓰느냐가 갈림길이다. 라인 프로포셔너는 벤투리작용(관 목 부분의 압력강하)만으로 약제를 빨아들이므로 구조가 가장 간단하지만 압력손실이 크고 유량 변화에 약하다. 프레셔 프로포셔너는 여기에 가압수의 압력을 더해 약제를 밀어 주므로 혼합비가 안정적이어서 실무에서 가장 널리 쓰인다.

포소화약제의 혼합방식은 다음 네 가지로 정리된다.

· 펌프 프로포셔너 방식 : 펌프 토출관과 흡입관 사이의 배관에 설치한 흡입기로 약제를 펌프 흡입측으로 되돌려 혼합

· 프레셔 프로포셔너 방식 : 벤투리작용 + 가압수의 약제탱크 가압

· 라인 프로포셔너 방식 : 벤투리작용만 이용

· 프레셔 사이드 프로포셔너 방식 : 펌프 토출관에 압입기(약제 전용 펌프)를 두어 약제를 압입

31.91[mL]

[해설]

비중은 4[℃] 물을 기준으로 한 상대밀도이므로, 비중 0.94는 곧 밀도 0.94[g/mL]로 놓고 계산하면 된다.

혼합 후에도 질량은 보존되므로

$W = 10 + 20 = 30\,\mathrm{g}$

밀도는 질량을 부피로 나눈 값이므로 부피는

$V = \dfrac{W}{S} = \dfrac{30}{0.94} = 31.91\,\mathrm{mL}$

따라서 혼합액의 부피는 31.91[mL]이다.

여기서 알코올의 부피와 물의 부피를 따로 구해 더하면 안 된다. 알코올과 물을 섞으면 분자 사이에 수소결합이 생겨 부피가 각각의 부피 합보다 줄어들기 때문이며, 문제가 굳이 혼합액의 비중 0.94를 준 이유도 그것이다. 질량만 더하고 부피는 혼합액의 비중으로 되돌리는 것이 채점 포인트다.

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.