(1) 과산화수소, 황린, 칼륨, 특수인화물

(2) 질산염류, 브로민산염류, 아이오딘산염류, 황화인, 적린, 알코올류, 제1석유류

(3) 제2석유류

[해설]

위험등급은 유별이 아니라 품명별로 붙는다. 유별마다 지정수량이 가장 작은 품명들이 I 등급이라는 뼈대를 세워 두면 외우기 쉽다.

제1류 — I : 아염소산염류·염소산염류·과염소산염류·무기과산화물(50 kg) / II : 브로민산염류·질산염류·아이오딘산염류(300 kg)

제2류 — I 등급 없음 / II : 황화인·적린·황(100 kg)

제3류 — I : 칼륨·나트륨·알킬알루미늄·알킬리튬(10 kg), 황린(20 kg) / II : 알칼리금속(칼륨·나트륨 제외)·알칼리토금속, 유기금속화합물(50 kg)

제4류 — I : 특수인화물 / II : 제1석유류·알코올류 / III : 제2석유류 이하와 동식물유류

제5류 — I : 지정수량이 10 kg 인 품명 / II : 그 밖의 것

제6류 — 품명 전부가 I 등급이므로 과산화수소도 I 이다.

여기에 나오지 않는 나머지는 모두 III 등급이다. 제2류의 철분·금속분·마그네슘·인화성 고체, 제3류의 금속의 수소화물·인화물·탄화물, 제4류의 제2·3·4석유류와 동식물유류가 여기에 든다.

함정은 두 군데다. 첫째, 제3류라고 모두 I 등급이 아니다 — 황린은 지정수량 20 kg 으로 작아 I 등급이지만 같은 제3류의 탄화물·수소화물은 III 등급이다. 둘째, 제4류에서 II 등급은 제1석유류와 알코올류뿐이고 I 등급은 특수인화물 하나뿐이라, 제2석유류부터는 모두 III 등급으로 내려간다.

(1) $\mathrm{2KClO_3 \rightarrow 2KCl + 3O_2}$

(2) 해당 없음

(3) 해당 없음

[해설]

염소산칼륨은 제1류 위험물(산화성 고체) 중 염소산염류로 지정수량은 50 kg, 위험등급은 Ⅰ이다. 무색 결정 또는 백색 분말이며 강한 산화제다.

(1) 열분해 — 400 $^\circ\mathrm{C}$ 부근에서 분해가 시작되어 온도가 더 오르면 염화칼륨과 산소로 완전히 갈라진다.

$\mathrm{2KClO_3 \rightarrow 2KCl + 3O_2}$

좌변의 O 6개가 우변의 $\mathrm{3O_2}$ 로 그대로 나오는 것을 확인하면 계수가 맞았다는 것을 알 수 있다. 이산화망가니즈를 촉매로 넣으면 훨씬 낮은 온도에서도 분해되어 산소를 내놓는다.

(2) 물과의 반응 — 염소산칼륨은 찬물과 알코올에는 잘 녹지 않고 온수·글리세린에는 녹지만, 이는 녹는 것일 뿐 화학반응이 아니다. 새로운 물질이 생기지 않으므로 반응식이 없다. 같은 제1류라도 무기과산화물은 물과 반응해 산소를 내므로 여기서 갈린다.

(3) 연소반응 — 제1류 위험물은 불연성 고체다. 분자 안에 산소를 많이 품고 있어 다른 물질이 타는 것을 도울 뿐, 자신은 타지 않는다. 따라서 연소반응식도 없다.

정리하면 이 문제는 “산화성 고체는 스스로 타지 않고, 물과도 반응하지 않는다”는 성질을 반응식의 유무로 확인시키는 문항이다. 다만 가연물·유기물과 섞이면 마찰·충격만으로도 폭발할 수 있으므로 분해온도 이상으로 가열하지 말고 환원제·황·목탄분 등과 격리해 저장한다. 화재에는 산소 공급을 끊기 어려우므로 다량의 물로 냉각소화하는 것이 원칙이다.

(1) 해당 없음

(2) 산소

(3) 산소

(4) 수소

(5) 수소

(6) 해당 없음

(7) 수소

(8) 수소

[해설]

“물에 녹기만 하는 것”과 “물과 반응하는 것”을 갈라 보는 것이 이 문제의 핵심이다. 잘 녹기만 하고 화학변화가 없으면 발생 기체는 없다.

(1) 질산나트륨(제1류 — 질산염류) : 물에 잘 녹지만 분해되지 않는다 → 해당 없음

(2) 과산화나트륨(제1류 — 무기과산화물) : $2\mathrm{Na_2O_2} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 4\mathrm{NaOH} + \mathrm{O_2}$ → 산소

(3) 과산화마그네슘(제1류 — 무기과산화물) : $2\mathrm{MgO_2} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\mathrm{Mg(OH)_2} + \mathrm{O_2}$ → 산소

(4) 칼슘(제3류 — 알칼리토금속) : $\mathrm{Ca} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Ca(OH)_2} + \mathrm{H_2}$ → 수소

(5) 칼륨(제3류 — 칼륨) : $2\mathrm{K} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\mathrm{KOH} + \mathrm{H_2}$ → 수소. 반응이 격렬해 발생한 수소가 반응열로 점화되는 일이 잦다.

(6) 과염소산나트륨(제1류 — 과염소산염류) : 물에 녹기만 할 뿐 반응하지 않는다 → 해당 없음

(7) 수소화나트륨(제3류 — 금속의 수소화물) : $\mathrm{NaH} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{NaOH} + \mathrm{H_2}$ → 수소

(8) 수소화칼륨(제3류 — 금속의 수소화물) : $\mathrm{KH} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{KOH} + \mathrm{H_2}$ → 수소

정리하면 같은 제1류라도 무기과산화물만 물과 반응해 산소를 내고, 질산염류·과염소산염류는 그렇지 않다. 제3류는 금속이든 금속의 수소화물이든 물과 만나면 수소를 내놓는 금수성 물질이라 주수소화가 금지되며, 마른모래나 탄산수소염류 분말로 소화한다.

덧붙여 무기과산화물은 이산화탄소와도 반응해 산소를 내므로($2\mathrm{Na_2O_2} + 2\mathrm{CO_2} \rightarrow 2\mathrm{Na_2CO_3} + \mathrm{O_2}$) 이산화탄소소화기 역시 쓸 수 없다.

(1) $\mathrm{P_4S_3 + 8O_2 \rightarrow 2P_2O_5 + 3SO_2}$

(2) $\mathrm{2P_2S_5 + 15O_2 \rightarrow 2P_2O_5 + 10SO_2}$

(3) $\mathrm{P_4S_7 + 12O_2 \rightarrow 2P_2O_5 + 7SO_2}$

[해설]

황화인은 제2류 위험물(가연성 고체)이며 지정수량은 100 kg, 위험등급은 II다. 분자를 이루는 원소가 인(P)과 황(S)뿐이므로 무엇을 태우든 생성물은 두 가지로 정해진다. 인은 오산화인 $\mathrm{P_2O_5}$, 황은 이산화황 $\mathrm{SO_2}$ 다.

계수는 인 → 황 → 산소 차례로 맞춘다. $\mathrm{P_2O_5}$ 한 분자가 인 2개를 가져가므로 인의 개수를 짝수로 만드는 것이 첫걸음이다.

(1) 삼황화인 $\mathrm{P_4S_3}$ — 인 4개는 $\mathrm{2P_2O_5}$, 황 3개는 $\mathrm{3SO_2}$ 가 되고 우변 산소가 $10 + 6 = 16$ 개이므로 좌변은 $\mathrm{8O_2}$ 다.
$\mathrm{P_4S_3 + 8O_2 \rightarrow 2P_2O_5 + 3SO_2}$

(2) 오황화인 $\mathrm{P_2S_5}$ — 인이 2개뿐이라 분자 2개를 잡아 인을 4개로 만든다. 황 10개는 $\mathrm{10SO_2}$, 우변 산소는 $10 + 20 = 30$ 개이므로 좌변은 $\mathrm{15O_2}$ 다.
$\mathrm{2P_2S_5 + 15O_2 \rightarrow 2P_2O_5 + 10SO_2}$

(3) 칠황화인 $\mathrm{P_4S_7}$ — 인 4개는 $\mathrm{2P_2O_5}$, 황 7개는 $\mathrm{7SO_2}$ 가 되고 우변 산소가 $10 + 14 = 24$ 개이므로 좌변은 $\mathrm{12O_2}$ 다.
$\mathrm{P_4S_7 + 12O_2 \rightarrow 2P_2O_5 + 7SO_2}$

세 가지 모두 연소하면 자극성·유독성이 강한 이산화황을 내놓는다. 오황화인·칠황화인은 물이나 알칼리와 반응해 황화수소 $\mathrm{H_2S}$ 와 인산 $\mathrm{H_3PO_4}$ 를 만들지만 삼황화인은 물에 녹지 않아 그런 반응을 하지 않는다. 화재 시에는 마른모래·이산화탄소로 질식소화한다.

(1) 물

(2) 해당 없음

(3) 경유, 유동파라핀

[해설]

보호액은 위험물이 공기나 물과 닿지 않도록 잠가 두는 액체다. 무엇을 피해야 하는가가 곧 보호액을 고르는 기준이 된다.

(1) 황린은 발화점이 34 $^\circ\mathrm{C}$ 에 지나지 않아 공기 중에 두면 그대로 자연발화한다. 물에 녹지 않고 물보다 무거우므로 물속에 가라앉혀 공기를 끊는다. 이때 pH 9 정도의 약알칼리성 물을 쓰는데, 물이 강알칼리로 기울면 맹독성 가연성 가스인 포스핀이 생기기 때문이다.

(2) 트라이에틸알루미늄은 알킬알루미늄에 드는 제3류 위험물로, 자연발화성과 금수성을 함께 가진다. 물에 넣으면 에테인을 내며 폭발적으로 반응하고($\mathrm{(C_2H_5)_3Al + 3H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3C_2H_6}$), 석유류에 담가도 안전이 보장되지 않는다. 그래서 보호액을 쓰지 않고 용기를 밀봉한 뒤 질소 등 불연성 가스를 채워 저장한다. 답이 “해당 없음”인 까닭이다.

(3) 칼륨은 물과 격렬히 반응해 수소를 내므로($\mathrm{2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2}$) 물을 쓸 수 없고, 물보다 가벼운 석유류 속에 가라앉혀 공기와 물을 함께 차단한다. [보기] 중에서는 경유와 유동파라핀이 여기에 해당한다.

[보기]의 나머지 둘은 어느 쪽에도 쓸 수 없다. 에탄올은 하이드록시기의 수소 때문에 칼륨과 반응해 수소를 내고, 염산은 산이라 금속을 녹이면서 수소를 발생시킨다.

(1) ① 탄소 6개가 정육각형 고리를 이루고 각 탄소에 수소가 하나씩 붙은 구조 — $\mathrm{C_6H_6}$  /  ② 제1석유류(비수용성)

(2) ① 벤젠 고리의 수소 한 자리에 나이트로기 $\mathrm{-NO_2}$ 가 붙은 구조 — $\mathrm{C_6H_5NO_2}$  /  ② 제3석유류(비수용성)

(3) ① 벤젠 고리의 수소 한 자리에 아미노기 $\mathrm{-NH_2}$ 가 붙은 구조 — $\mathrm{C_6H_5NH_2}$  /  ② 제3석유류(비수용성)

[해설]

세 물질 모두 벤젠 고리를 뼈대로 삼는 제4류 위험물(인화성 액체)이다. 품명은 오직 인화점으로 갈린다. 1기압에서 인화점이 21 $^\circ\mathrm{C}$ 미만이면 제1석유류, 70 $^\circ\mathrm{C}$ 이상 200 $^\circ\mathrm{C}$ 미만이면 제3석유류다.

벤젠은 특유의 방향이 나는 무색 액체로 증기가 독성이 강하고 인화점이 영하라 상온에서도 불이 붙는다. 나이트로벤젠은 벤젠을 진한 질산과 진한 황산으로 나이트로화해 얻는 담황색 액체이고, 이것을 환원하면 아닐린이 된다. 두 물질 모두 물보다 무겁고 물에 거의 녹지 않는 비수용성이다.

이름에 “나이트로”가 들어가 제5류로 착각하기 쉬운데, 나이트로벤젠은 제4류 제3석유류다. 나이트로기가 하나뿐이어서 자기반응성을 갖지 못하기 때문이며, 나이트로기가 셋 붙은 트라이나이트로톨루엔·트라이나이트로페놀에 이르러야 제5류 나이트로화합물이 된다.

① 12

② 10인

③ 15인

④ 20인

⑤ 2대

[해설]

자체소방대는 사업소가 스스로 갖추어야 하는 소방 조직이다. 제4류 위험물을 지정수량의 3천배 이상 취급하는 제조소·일반취급소와 제4류 위험물을 지정수량의 50만배 이상 저장하는 옥외탱크저장소가 설치 대상이다.

제조소·일반취급소 쪽은 규칙이 단순하다. 배수 구간이 3천 → 12만 → 24만 → 48만 으로 넘어갈 때마다 차가 1대씩 늘고, 차 1대에 대원 5인이 따라붙어 5·10·15·20인이 된다. 대수만 외워 두면 인원은 곱셈으로 나온다.

따로 외워야 하는 것은 마지막 줄이다. 옥외탱크저장소는 배수가 50만배 이상으로 커도 2대·10인에서 멈춘다. 저장만 할 뿐 위험물을 다루는 공정이 없어 사고 가능성이 상대적으로 낮기 때문이다.

아울러 화학소방자동차 가운데 포수용액을 방사하는 차가 전체 대수의 $\dfrac{2}{3}$ 이상이어야 하고, 각 차에는 소화약제를 정해진 양 이상 싣도록 하고 있다.

(1) 14 L

(2) 66.67 L

[해설]

나트륨은 제3류 위험물(지정수량 10 kg)로, 공기 중에서 타면 산화나트륨이 된다. 먼저 계수를 맞춘 연소반응식을 세운다.

$\mathrm{4Na + O_2 \rightarrow 2Na_2O}$

식에서 나트륨 4몰이 탈 때 산소 1몰이 든다는 몰비를 얻는다. 주어진 나트륨의 몰수는

$n_{\mathrm{Na}} = \dfrac{57.5\ \mathrm{g}}{23\ \mathrm{g/mol}} = 2.5\ \mathrm{mol}$

이므로 필요한 산소는

$n_{\mathrm{O_2}} = 2.5 \times \dfrac{1}{4} = 0.625\ \mathrm{mol}$

이다. 표준상태($0\ ^\circ\mathrm{C}$, 1기압)에서 기체 1몰은 22.4 L 를 차지하므로

$V_{\mathrm{O_2}} = 0.625 \times 22.4 = \mathbf{14}\ \mathrm{L}$

가 된다.

(2) 공기는 산소를 부피로 21 % 만 품고 있다. 같은 양의 산소를 얻으려면 공기는 그만큼 더 있어야 하므로 부피분율로 나눈다.

$V_{\mathrm{air}} = \dfrac{14}{0.21} = \mathbf{66.67}\ \mathrm{L}$

공기의 부피를 구할 때 0.21 을 곱하는 실수가 잦다. 공기가 산소보다 많아야 한다는 사실만 떠올리면 나눗셈이라는 것이 바로 잡힌다.

덧붙이면 나트륨은 물과 만나면 수소를 내며 발열하므로($\mathrm{2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2}$) 등유·경유 속에 담가 보관하고, 화재에는 물이 아니라 마른모래·건조된 소금·탄산수소염류 분말을 쓴다.

(1) 메틸에틸케톤

(2) 클로로벤젠

(3) 아세트산에틸(초산에틸)

[해설]

시성식은 작용기를 드러내 쓴 식이므로 탄소 사슬 사이에 무엇이 끼어 있는지만 보면 어느 무리인지 바로 갈린다. 가운데에 $\mathrm{-CO-}$ 가 끼면 케톤, $\mathrm{-COO-}$ 가 끼면 에스터다.

(1) $\mathrm{CH_3COC_2H_5}$ — 메틸기와 에틸기가 카보닐기를 사이에 두고 붙어 있으므로 메틸에틸케톤(MEK)이다. 제1석유류(비수용성), 지정수량 200 L, 인화점 $-1\ ^\circ\mathrm{C}$ 로 낮다.

(2) $\mathrm{C_6H_5Cl}$ — 벤젠 고리의 수소 한 자리를 염소가 차지한 클로로벤젠이다. 인화점이 $27\sim32\ ^\circ\mathrm{C}$ 정도로 벤젠보다 크게 높아 제2석유류(비수용성)에 들며, 지정수량은 1,000 L다. 물보다 무겁고 물에 녹지 않는다.

(3) $\mathrm{CH_3COOC_2H_5}$ — $\mathrm{-COO-}$ 를 가진 에스터로, 아세트산과 에탄올이 결합한 아세트산에틸이다. 아세트산을 초산이라고도 하므로 초산에틸이라 적어도 같은 물질이며 채점에서 함께 인정된다. 제1석유류(비수용성), 지정수량 200 L, 인화점 $-4\ ^\circ\mathrm{C}$.

(1)과 (3)은 $\mathrm{C_4H_8O}$ 와 $\mathrm{C_4H_8O_2}$ 로 원자 수가 비슷해 보이지만, 산소가 하나 더 있어 그 산소가 $\mathrm{-COO-}$ 를 이룬다는 점이 갈림길이다. 세 물질 모두 비수용성이고 증기가 공기보다 무거워 낮은 곳에 깔리므로 환기에 주의해야 한다.

(1) 소규모 옥내저장소

(2) 50배

(3) 6 m 미만

[해설]

옥내저장소 가운데 규모가 작은 것에는 일반 기준을 그대로 들이대지 않고 완화된 기준을 적용하는데, 이것이 위험물안전관리법 시행규칙 별표 5 의 소규모 옥내저장소의 특례다. 특례를 받으려면 아래 세 가지를 모두 채워야 한다.

문제에서 준 조건이 “처마높이 6 m 미만, 지정수량의 40배”이므로 세 요건 가운데 둘이 이미 채워져 있고, 그림 역시 단층 저장창고의 모습이다. 따라서 이 시설은 소규모 옥내저장소이며, 특례가 허용하는 최대 배수는 50배, 처마높이 기준은 6 m 미만이다. 40배는 50배 이하이므로 특례 대상에 든다.

비슷한 자리에 놓이는 복합용도 건축물의 옥내저장소는 지정수량의 20배 이하여야 한다는 점과 짝지어 외워 두면 헷갈리지 않는다. 배수 기준이 소규모는 50배, 복합용도는 20배다.

그림에 그려진 집유설비는 액체 위험물을 저장할 때 필요한 설비다. 액상 위험물을 두는 저장창고의 바닥은 위험물이 스며들지 않는 구조로 만들고, 새어 나온 위험물이 한곳에 모이도록 적당히 경사지게 한 뒤 낮은 쪽에 집유설비를 둔다. 반대로 물과 반응하는 위험물이나 인화점이 $70\ ^\circ\mathrm{C}$ 미만인 위험물의 저장창고에는 바닥을 물이 스며들지 않는 구조로 하고 내부 온도를 낮추는 설비를 갖춘다.

① 접지에 의한 방법

② 공기 중의 상대습도를 70 % 이상으로 하는 방법

③ 공기를 이온화하는 방법

[해설]

액체 위험물이 배관·여과기·주입구를 지나며 마찰하면 전하가 쌓이고, 그 전하가 한꺼번에 방전되면 인화성 증기의 점화원이 된다. 그래서 위험물안전관리법령은 정전기 제거 설비의 방법을 세 가지로 못 박아 두었으며, 그중 하나만 갖추면 된다.

① 접지에 의한 방법 — 설비와 대지를 도선으로 이어 쌓인 전하를 땅으로 흘려보낸다. 가장 확실하고 널리 쓰인다.

② 공기 중의 상대습도를 70 % 이상으로 하는 방법 — 물체 표면에 얇은 수분막이 생겨 전하가 흩어져 나갈 통로가 만들어진다. 건조한 겨울에 정전기 사고가 잦은 까닭이 여기에 있다.

③ 공기를 이온화하는 방법 — 제전기 등으로 공기 중에 양·음이온을 만들어 쌓인 전하를 중화시킨다.

주의할 것은 “유속을 느리게 한다”가 법령이 정한 세 가지 방법에 들지 않는다는 점이다. 유속 제한·도전성 재료 사용·제전복 착용 등은 대전량 자체를 줄이는 실무 대책일 뿐이어서, 이 문제처럼 법령이 규정한 방법을 묻는 자리에 적으면 오답이 된다.

참고로 인화점이 21 $^\circ\mathrm{C}$ 미만인 위험물의 옥외탱크·옥내탱크·지하탱크 주입구와 이동탱크저장소의 주입설비에는 접지 전극을 따로 설치하도록 하고 있다.

4.92 m³

[해설]

탱크의 용량은 내용적에서 공간용적을 뺀 값이다. 그러므로 내용적을 먼저 구한 뒤 공간용적만큼 덜어 내면 된다.

가로로 뉜 타원형 탱크의 내용적은 단면인 타원의 넓이에 “길이로 환산한 값”을 곱해 구한다. 타원의 두 지름을 $a$, $b$ 라 하면 단면적은 $\dfrac{\pi ab}{4}$ 이고, 양 끝의 볼록한 경판은 같은 길이 원기둥의 $\dfrac{1}{3}$ 로 셈하므로

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

이다. 그림의 치수 $a = 2\ \mathrm{m}$, $b = 1.5\ \mathrm{m}$, $l = 2\ \mathrm{m}$, $l_1 = l_2 = 0.3\ \mathrm{m}$ 를 대입하면

$V = \dfrac{\pi \times 2 \times 1.5}{4}\left(2 + \dfrac{0.3 + 0.3}{3}\right) = 2.356 \times 2.2 = 5.18\ \mathrm{m^3}$

이 내용적이다. 공간용적이 내용적의 $\dfrac{5}{100}$ 이므로 용량은 내용적의 95 % 다.

용량 $= 5.18 \times 0.95 = \mathbf{4.92}\ \mathrm{m^3}$

주의할 곳이 두 군데 있다. 첫째, 타원 단면의 넓이는 $\pi r^2$ 가 아니라 두 지름을 곱해 4로 나눈 $\dfrac{\pi ab}{4}$ 다. 반지름 $1 \times 0.75$ 로 계산해도 결과는 같지만, 지름을 그대로 반지름 자리에 넣으면 값이 네 배로 커진다. 둘째, 경판 길이는 그대로 더하는 것이 아니라 둘을 합쳐 3으로 나눈다.

덧붙이면 위험물 탱크의 공간용적은 일반적으로 내용적의 $\dfrac{5}{100}$ 이상 $\dfrac{10}{100}$ 이하로 잡으며, 소화약제 방출구를 탱크 안 윗부분에 설치한 경우에는 그 방출구 아래 0.3 m 이상 1 m 미만 사이의 면에서 윗부분을 공간용적으로 본다.

(1) $\mathrm{2KHCO_3 \rightarrow K_2CO_3 + CO_2 + H_2O}$

(2) 15.3 m³

[해설]

(1) 탄산수소칼륨은 190 $^\circ\mathrm{C}$ 부근에서 1차 분해되어 탄산칼륨·이산화탄소·물이 된다.

$\mathrm{2KHCO_3 \rightarrow K_2CO_3 + CO_2 + H_2O}$

온도가 더 올라 590 $^\circ\mathrm{C}$ 를 넘으면 2차 분해가 일어나 $\mathrm{2KHCO_3 \rightarrow K_2O + 2CO_2 + H_2O}$ 로 간다. 이산화탄소가 두 배로 나오므로 어느 쪽을 묻는지 반드시 확인해야 한다.

(2) 먼저 탄산수소칼륨의 분자량을 구한다.

$\mathrm{KHCO_3} = 39 + 1 + 12 + (16 \times 3) = 100$

분자량이 100 이므로 100 kg 은 곧 1 kmol 이다. 1차 분해식에서 $\mathrm{KHCO_3}$ 2몰마다 $\mathrm{CO_2}$ 1몰이 나오므로

$n_{\mathrm{CO_2}} = 1 \times \dfrac{1}{2} = 0.5\ \mathrm{kmol}$

이다. 표준상태가 아니라 100 $^\circ\mathrm{C}$ 이므로 22.4 를 곱하지 말고 이상기체 상태방정식을 쓴다. 기체상수를 $0.082\ \mathrm{atm \cdot m^3 /(kmol \cdot K)}$ 로 잡고 $T = 273 + 100 = 373\ \mathrm{K}$ 를 대입하면

$V = \dfrac{nRT}{P} = \dfrac{0.5 \times 0.082 \times 373}{1} = \mathbf{15.3}\ \mathrm{m^3}$

가 된다. 몰수 대신 질량 22 kg 을 구해 $V = \dfrac{wRT}{PM}$ 에 넣어도 같은 값이 나온다.

분말소화약제는 종별로 주성분과 색이 다르다.

제2종은 칼륨 이온의 부촉매 효과가 나트륨보다 커서 제1종보다 소화력이 약 2배 좋다고 본다. 다만 유일하게 A급(일반화재)까지 듣는 것은 제3종뿐이다.

(1) 15 m 이상

(2) 15 m 이상

(3) 5 m 이상

[해설]

보유공지는 불이 옆으로 번지지 않도록 탱크 둘레에 비워 두는 땅이다. 저장량이 많을수록 넓어진다.

3,500배는 3,000배 초과 4,000배 이하 구간에 든다. 이 표는 유별을 가리지 않으므로 제4류와 제5류는 그대로 15 m 이상이다.

다만 제6류 위험물에는 완화 규정이 있다. 산화성 액체인 제6류는 스스로 타지 않아 화재 확대 위험이 작으므로 위 표의 $\dfrac{1}{3}$ 이상으로 줄일 수 있고, 그렇게 줄이더라도 1.5 m 이상은 확보해야 한다.

$15 \times \dfrac{1}{3} = \mathbf{5}\ \mathrm{m}$ 이상

5 m 는 1.5 m 를 넘으므로 그대로 답이 된다. 제6류 탱크를 같은 장소에 둘 이상 인접해 설치하는 경우에는 여기서 다시 $\dfrac{1}{3}$ 로 줄일 수 있으며, 이때도 하한은 1.5 m 다.

이 밖에 지정수량 4,000배를 넘는 탱크의 공지를 탱크 지름·높이로 정하는 것은, 그 정도 규모에서는 배수보다 탱크 자체의 크기가 화재 영향 범위를 더 잘 나타내기 때문이다.

(1) 50 kg

(2) 50 kg

(3) 300 kg

(4) 300 kg

(5) 300 kg

[해설]

제3류 위험물(자연발화성 물질 및 금수성 물질)의 지정수량은 10 · 20 · 50 · 300 kg 네 단계로만 나뉜다. 위험한 순서대로 값이 작아진다고 보면 된다.

이 문제의 함정은 50 kg 짜리 두 품명에 붙은 괄호 단서다. 칼륨과 나트륨도 알칼리금속이지만 이들은 따로 떼어 10 kg 으로 정해져 있어, “알칼리금속”이라는 품명이 가리키는 것은 리튬·루비듐·세슘 등 나머지다. 마찬가지로 알킬알루미늄·알킬리튬도 유기금속화합물의 일종이지만 10 kg 으로 따로 나가 있다.

300 kg 무리는 모두 물과 만나 가연성 가스를 내는 금수성 물질이다. 금속의 수소화물은 수소를, 금속의 인화물은 포스핀을, 탄화물은 아세틸렌이나 메테인을 내놓는다. 화재에 물을 쓸 수 없으므로 마른모래·팽창질석·팽창진주암이나 탄산수소염류 분말소화약제로 덮어 끈다.

품명은 법령의 표현대로 “금속의 수소화물”·“금속의 인화물”·“칼슘 또는 알루미늄의 탄화물”이며, 교재에 따라 “금속수소화합물”처럼 줄여 쓰기도 하지만 같은 것을 가리킨다.

① 회색

② 적색

③ 청색

④ 황색

⑤ 청색

[해설]

이동탱크저장소는 도로를 달리는 탱크로리이므로, 사고가 났을 때 겉색만 보고도 무엇을 실었는지 알 수 있어야 한다. 그래서 위험물안전관리에 관한 세부기준이 유별 도장 색상을 정해 두었다.

외울 때는 유별 번호와 색을 짝지어 1 회색 · 2 적색 · 3 청색 · 5 황색 · 6 청색 으로 읊으면 된다. 헷갈리기 쉬운 두 곳만 붙잡아 두자. 제3류와 제6류가 똑같이 청색이고, 제4류만 색상 제한이 없다는 점이다. 제4류는 실제로 가장 많이 운반되는 유별이라 색을 강제하지 않고 적색을 권장하는 데 그친다.

비고의 40 % 규정은 회사 상호나 도안을 넣을 수 있게 열어 둔 여지다. 다만 옆면과 뒷면은 다른 차량 운전자가 가장 먼저 보는 면이라 이 계산에서 빼고, 지정된 색을 온전히 유지해야 한다.

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

(2) $\mathrm{N_2H_4 + 2H_2O_2 \rightarrow N_2 + 4H_2O}$

[해설]

과산화수소는 제6류 위험물(산화성 액체)로, 농도가 36 중량퍼센트 이상인 것만 위험물로 다루며 지정수량은 300 kg 이다.

(1) 분해반응 — 과산화수소의 $\mathrm{O-O}$ 결합은 약해서 햇빛·열·금속분·이산화망가니즈 같은 정촉매를 만나면 쉽게 끊어지고, 물과 산소로 갈라진다.

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

분해할 때 부피가 크게 늘어난 산소 때문에 밀폐 용기가 터질 수 있으므로, 용기 마개에 작은 구멍(통기 구멍)을 내어 저장한다. 분해를 늦추려고 인산·요산 등을 안정제로 넣기도 한다.

(2) 하이드라진과의 반응 — 하이드라진 $\mathrm{N_2H_4}$ 는 제4류 제2석유류(수용성, 지정수량 2,000 L)인 강한 환원제다. 산화제인 과산화수소와 만나면 격렬하게 반응해 질소와 물만 남기며 다량의 열을 낸다.

$\mathrm{N_2H_4 + 2H_2O_2 \rightarrow N_2 + 4H_2O}$

좌변의 원자 수는 N 2개, H $4 + 4 = 8$ 개, O 4개이고 우변도 N 2개, H 8개, O 4개로 딱 맞는다. 생성물이 무해한 기체와 물뿐이면서 열이 크게 나오기 때문에 이 조합은 로켓 추진제로도 쓰인다. 뒤집어 말하면 산화제인 제6류와 환원성 물질을 같은 자리에 두면 안 된다는 뜻이며, 그래서 제6류는 운반 시 제1류하고만 함께 실을 수 있다.

① 이황화탄소 ② 발화점 ③ 100 ④ 20 ⑤ 40

⑥ 1 ⑦ 21

⑧ 21 ⑨ 70 ⑩ 40 ⑪ 40 ⑫ 60

⑬ 중유 ⑭ 크레오소트유 ⑮ 70 ⑯ 200 ⑰ 40

[해설]

제4류 위험물의 품명은 인화점을 기준으로 나뉜다. 특수인화물만 인화점 외에 발화점 또는 비점 조건이 하나 더 붙는데, 둘 중 어느 하나만 만족해도 특수인화물이 된다는 점(‘또는’)이 중요하다.

· 특수인화물 — 발화점 100 ℃ 이하 또는 인화점 영하 20 ℃ 이하이면서 비점 40 ℃ 이하 (지정수량 50 L)

· 제1석유류 — 인화점 21 ℃ 미만 (비수용성 200 L / 수용성 400 L)

· 알코올류 — 탄소 수 1 ~ 3개인 포화 1가 알코올 (400 L)

· 제2석유류 — 인화점 21 ℃ 이상 70 ℃ 미만 (비수용성 1,000 L / 수용성 2,000 L)

· 제3석유류 — 인화점 70 ℃ 이상 200 ℃ 미만 (비수용성 2,000 L / 수용성 4,000 L)

· 제4석유류 — 인화점 200 ℃ 이상 250 ℃ 미만 (6,000 L)

인화점의 경계가 21 – 70 – 200 – 250 으로 이어지므로 이 네 숫자만 외우면 제1석유류부터 제4석유류까지 한 번에 정리된다.

단서로 붙은 ‘가연성 액체량 40 중량퍼센트 이하’ 규정은 페인트·바니시 같은 도료류를 걸러 내기 위한 것으로, 제2석유류에는 여기에 더해 인화점 40 ℃ 이상이면서 연소점 60 ℃ 이상이라는 조건이 함께 붙는다는 점이 제3석유류와 다르다.

대표 물질로 특수인화물에는 다이에틸에터(인화점 −45 ℃, 비점 34 ℃)·이황화탄소(발화점 100 ℃)·아세트알데하이드(비점 21 ℃)·산화프로필렌이, 제3석유류에는 중유·크레오소트유·아닐린·나이트로벤젠이 있다.

① 황린 → 적린

② 인화성 고체의 지정수량 500 kg → 1,000 kg

[해설]

제2류 위험물의 품명과 지정수량을 바르게 옮기면 다음과 같다.

틀린 곳 ① — 황린: 황린은 공기 중에서 저절로 불이 붙는 제3류 위험물(자연발화성 물질), 지정수량 20 kg 이므로 제2류 표에 들어올 수 없다. 그 자리에 들어갈 품명은 적린이다. 적린과 황린은 같은 인의 동소체지만, 적린은 발화점이 260 $^\circ\mathrm{C}$ 로 높은 안정한 가연성 고체이고 황린은 발화점이 34 $^\circ\mathrm{C}$ 에 지나지 않아 물속에 넣어 보관한다.

틀린 곳 ② — 인화성 고체: 제2류의 지정수량은 100 kg 과 500 kg 두 가지뿐인 것으로 외우기 쉬운데, 인화성 고체만 1,000 kg 으로 따로 정해져 있다. 인화성 고체는 고형 알코올처럼 인화점이 40 $^\circ\mathrm{C}$ 미만인 고체를 말한다.

정리하면 제2류의 지정수량은 가루가 아닌 것(황화인·적린·황) 100 kg, 가루·금속 계열(철분·금속분·마그네슘) 500 kg, 인화성 고체 1,000 kg 의 세 단계다. 참고로 철분은 53 $\mu\mathrm{m}$ 표준체를 통과하는 것이 50 중량퍼센트 미만이면, 마그네슘은 지름 2 mm 이상의 막대 모양이거나 2 mm 체를 통과하지 못하는 덩어리면 위험물에서 제외된다.

(1) 3 m 이상

(2) 5 m 이상

(3) 30 m 이상

(4) 30 m 이상

(5) 10 m 이상

(6) 50 m 이상

[해설]

안전거리는 제조소의 바깥쪽 벽(또는 이에 상당하는 공작물의 바깥쪽)에서 대상 시설까지 잰 수평거리다. 사람이 많이 모이거나 되돌릴 수 없는 피해가 생기는 곳일수록 멀리 떨어뜨린다.

· 사용전압 7,000 V 초과 35,000 V 이하의 특고압가공전선 — 3 m 이상

· 사용전압 35,000 V 를 초과하는 특고압가공전선 — 5 m 이상

· 주거용 건축물·공작물(제조소가 있는 부지 안의 것은 제외) — 10 m 이상

· 고압가스·액화석유가스·도시가스를 저장하거나 다루는 시설 — 20 m 이상

· 학교·병원·극장, 그 밖에 많은 사람을 수용하는 시설 — 30 m 이상

· 지정문화유산·천연기념물 등 — 50 m 이상

(1)의 30,000 V 는 7,000 V 초과 35,000 V 이하 구간에 들어가므로 3 m 이상이고, (2)처럼 35,000 V 를 넘겨야 5 m 로 올라간다. 이 경계가 갈림길이다.

(3)(4)의 학교·병원은 “많은 사람을 수용하는 시설”에 드는 대표 예다. 이 무리에는 300명 이상을 수용하는 영화상영관, 20명 이상을 수용하는 아동복지·노인복지·장애인복지 시설 등도 함께 든다.

(5)의 주택은 주거용 건축물이므로 10 m 이상인데, 제조소와 같은 부지 안에 있는 사택 등은 제외된다.

(6)은 2024년 국가유산 체계로 법령 용어가 정비된 자리다. 종전의 “지정문화재”가 “지정문화유산 및 천연기념물 등”으로 바뀌었을 뿐 거리 기준은 그대로 50 m 이상이다.

끝으로 제6류 위험물만 취급하는 제조소에는 안전거리 규정이 적용되지 않고, 부지 경계선에 방화상 유효한 담을 세우면 관할 소방서장의 인정에 따라 거리를 줄일 수 있다. 3 · 5 · 10 · 20 · 30 · 50 을 “전선 → 주택 → 가스시설 → 다수인 시설 → 문화유산” 순서로 이어 두면 헷갈리지 않는다.