(1) $2\mathrm{C_2H_5OH} + 2\mathrm{Na} \rightarrow 2\mathrm{C_2H_5ONa} + \mathrm{H_2}$

(2) 12.22 L

[해설]

(1) 나트륨은 알코올의 하이드록시기에 있는 수소를 밀어내고 그 자리에 들어앉아 나트륨에틸레이트를 만든다. 이때 밀려난 수소가 짝을 지어 수소 기체가 된다.

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

계수비가 알코올 2 : 수소 1이라는 것이 이 문제의 열쇠다.

(2) 에틸알코올의 분자량은 46이므로

$n_{\mathrm{C_2H_5OH}} = \dfrac{46}{46} = 1\ \mathrm{mol}$

계수비에 따라 생기는 수소는 그 절반이다.

$n_{\mathrm{H_2}} = 1 \times \dfrac{1}{2} = 0.5\ \mathrm{mol}$

이상기체 상태방정식으로 부피를 구한다. $T = 273 + 25 = 298\ \mathrm{K}$이므로

$V = \dfrac{nRT}{P} = \dfrac{0.5 \times 0.082 \times 298}{1} = 12.218 \;\rightarrow\; \mathbf{12.22}\ \mathrm{L}$

기체상수를 $0.08205$로 잡으면 12.23 L가 되어 소수 둘째 자리가 갈린다. 어느 쪽도 계산 자체는 옳으므로, 발문이 정해 준 상수를 그대로 쓰면 된다.

나트륨은 물과도 같은 방식으로 반응해 수소를 낸다.

$2\mathrm{Na} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\mathrm{NaOH} + \mathrm{H_2}\uparrow$

물·알코올 어느 쪽과도 반응하므로 나트륨은 등유·경유 같은 석유류 속에 담가 보관한다. 한편 이산화탄소와의 반응은 $4\mathrm{Na} + 3\mathrm{CO_2} \rightarrow 2\mathrm{Na_2CO_3} + \mathrm{C}$여서 수소가 아니라 탄소가 나온다. 일부 교재의 정리 표에 이 줄의 발생 가스가 수소로 적혀 있으나, 반응식에 수소 원자가 아예 없으므로 오기다.

(1) 탄소 3개가 사슬로 이어지고, 각 탄소에 질산에스터 결합($\mathrm{-ONO_2}$)이 하나씩 붙은 구조 — $\mathrm{CH_2(ONO_2)-CH(ONO_2)-CH_2(ONO_2)}$

(2) 질산에스터류

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

[해설]

나이트로글리세린은 글리세린($\mathrm{C_3H_5(OH)_3}$)을 진한 질산과 진한 황산의 혼산으로 처리해 만든다. 글리세린이 가진 하이드록시기 3개가 모두 질산과 에스터 결합을 이루어 $\mathrm{-ONO_2}$로 바뀐 것이므로, 구조식은 탄소 3개 사슬의 각 탄소에 $\mathrm{-ONO_2}$가 하나씩 달린 모양이 된다.

이름에 “나이트로”가 들어가지만 나이트로화합물이 아니라 질산에스터류다. 나이트로기($\mathrm{-NO_2}$)가 탄소에 직접 붙으면 나이트로화합물이고, 산소를 사이에 두고 붙으면($\mathrm{-O-NO_2}$) 질산에스터류다. 나이트로글리세린은 후자이므로 질산에스터류이며, 같은 무리에 나이트로셀룰로스·나이트로글리콜·질산메틸·질산에틸이 있다. 제5류 위험물이므로 지정수량은 자기반응성 시험 결과에 따라 제1종 10 kg 또는 제2종 100 kg으로 정해진다.

분해반응식은 계수를 4로 잡아야 정수로 떨어진다. 좌변 4분자 안의 원자 수는 C 12개, H 20개, N 12개, O 36개다.

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

우변을 세어 보면 C는 12개, H는 20개, N은 12개이고 O는 $24 + 10 + 2 = 36$개로 좌변과 딱 맞는다. 산소가 남아돌아 $\mathrm{O_2}$까지 나온다는 것은 이 분자가 스스로 완전연소하고도 산소가 남을 만큼 산소를 품고 있다는 뜻이다. 제5류 위험물이 공기가 없어도 자기연소하고, 질식소화가 듣지 않아 다량의 물로 냉각소화해야 하는 까닭이 여기에 있다.

액체 1몰(227 g)이 분해되면서 순식간에 다량의 기체로 바뀌므로 폭굉이 일어난다. 무색 투명한 기름 모양 액체이며 충격·마찰에 매우 예민하고, 겨울에 얼면 오히려 더 위험해진다. 규조토에 흡수시켜 안정화한 것이 다이너마이트다.

물과 반응하여 가연성 가스인 수소를 발생시키기 때문

[해설]

알루미늄분은 제2류 위험물 중 금속분(지정수량 500 kg)에 해당한다. 금속분은 물과 만나면 수산화물을 만들면서 수소를 내놓는다.

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

불이 난 곳에 물을 뿌리면 가연성 가스인 수소가 계속 만들어져 불이 더 커지고, 좁은 공간에서는 폭발로 이어질 수 있다. 게다가 금속 화재는 온도가 매우 높아 물이 순간적으로 수증기가 되며 부피가 팽창해 불티를 흩뿌리는 수증기 폭발 위험도 있다.

그래서 금속분 화재(D급 화재)에는 물·포·이산화탄소를 쓰지 않고, 마른모래·팽창질석·팽창진주암으로 덮어 공기를 끊는 질식소화를 한다. 탄산수소염류를 쓴 분말소화약제(제3종이 아닌 제1·2종 계열)도 적응성이 있다.

알루미늄은 양쪽성 원소라 산과도 알칼리와도 반응해 수소를 낸다는 점을 함께 알아 두면 좋다.

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

$2\mathrm{Al} + 2\mathrm{NaOH} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\mathrm{NaAlO_2} + 3\mathrm{H_2}\uparrow$

덩어리 알루미늄은 표면에 치밀한 산화피막이 생겨 비교적 안정하지만, 잘게 부순 분말은 표면적이 커져 물·산과 쉽게 반응하고 분진폭발의 위험까지 생긴다.

10.37 $\mathrm{m^3}$

[해설]

탱크의 내용적 공식은 모양마다 다르다. 양 끝 경판이 볼록한 횡형 원통형 탱크는 가운데 동체의 부피에 좌우 경판 부피를 각각 $\dfrac{1}{3}$씩 얹은 값으로 본다.

$V = \pi r^2 \left(l + \dfrac{l_1 + l_2}{3}\right)$

여기서 $r$은 단면의 반지름, $l$은 동체의 길이, $l_1$·$l_2$는 좌우 경판의 길이다. 주어진 값을 넣으면

$V = \pi \times 1^2 \times \left(3 + \dfrac{0.45 + 0.45}{3}\right) = \pi \times (3 + 0.3) = \pi \times 3.3 = 10.367$

이므로 내용적은 10.37 $\mathrm{m^3}$이다.

경판 두 개를 합한 0.9 m를 3으로 나누면 0.3 m가 되어, 결국 “길이 3.3 m짜리 민짜 원통”과 같은 부피가 된다고 보면 셈이 간단하다.

같은 그림에 경판 길이를 1.5 m로 넣어 12.57 $\mathrm{m^3}$로 싣는 교재도 있으나, 반지름이 1 m인 탱크에서 경판만 1.5 m씩 튀어나오는 것은 형상으로도 무리이고, 그 치수 조합은 다른 회차 문항에 실려 있던 것이다. 이 문제의 조건은 0.45 m로 본다.

끝으로 내용적과 용량은 다른 값이다. 탱크의 용량은 내용적에서 공간용적을 뺀 값이고, 공간용적은 보통 내용적의 5~10 %로 잡는다. 문제가 내용적을 물었는지 용량을 물었는지 먼저 확인해야 한다. 또 양 끝이 평평한 원통형이라면 경판 항이 사라져 $V = \pi r^2 l$만 쓰면 된다.

칼슘의 탄화물 — 300 kg

황린 — 20 kg

칼륨 — 10 kg

알킬리튬 — 10 kg

나트륨 — 10 kg

[해설]

제3류 위험물(자연발화성 물질 및 금수성 물질)의 지정수량은 10 kg · 20 kg · 50 kg · 300 kg 네 단계뿐이고, 위험등급도 여기에 맞춰 갈린다.

따라서 나트륨·칼륨·알킬리튬은 10 kg, 황린은 20 kg, 칼슘의 탄화물은 300 kg이다. 칼슘의 탄화물의 대표 물질은 탄화칼슘($\mathrm{CaC_2}$, 카바이드)으로, 물과 반응해 가연성 가스인 아세틸렌을 낸다.

$\mathrm{CaC_2} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Ca(OH)_2} + \mathrm{C_2H_2}\uparrow$

같은 제3류라도 성질이 갈린다는 점도 함께 보아 두자. 황린은 자연발화성만 있고 금수성은 없어 물속(pH 9 정도의 약알칼리성 물)에 넣어 보관하지만, 칼륨·나트륨은 금수성이라 등유·경유 같은 석유류 속에 담가 보관한다.

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) $\mathrm{CF_3Br}$

(2) $\mathrm{CF_2ClBr}$

(3) $\mathrm{C_2F_4Br_2}$

[해설]

할론 번호는 네 자리를 앞에서부터 탄소(C) – 플루오린(F) – 염소(Cl) – 브로민(Br)의 원자 수로 읽는다. 맨 뒤의 0은 생략해서 적기도 한다. 원자 수를 적어 넣은 뒤 탄소의 남은 결합 자리는 수소로 채우면 화학식이 완성된다.

(1)의 탄소 하나는 결합 자리가 4개인데 F 3개와 Br 1개로 모두 찼으므로 수소가 붙지 않는다. (3)은 탄소가 2개이므로 결합 자리가 6개이고 F 4개 + Br 2개로 역시 딱 맞는다. 반면 할론 1011은 F가 없어 자리가 남으므로 수소 2개가 들어가 $\mathrm{CH_2ClBr}$가 된다.

$\mathrm{CF_2ClBr}$는 원소를 적는 순서만 바꾼 $\mathrm{CF_2BrCl}$로 써도 같은 물질이다.

할론은 연쇄반응을 끊는 부촉매(억제) 소화가 주된 작용이며, 소화 효과는 대체로 브로민이 많을수록 크다. 다만 오존층 파괴 문제로 1301·1211 등은 사용이 제한되고 있다.

(1) 40배 이하

(2) 6 $\mathrm{m^2}$ 이상 15 $\mathrm{m^2}$ 이하

(3) 0.1 m 이상

[해설]

판매취급소는 위험물안전관리법 시행령 별표 3에서 “점포에서 위험물을 용기에 담아 판매하기 위하여 지정수량의 40배 이하의 위험물을 취급하는 장소”로 정의한다. 그 안에서 다시 두 종류로 갈린다.

배합실에 관한 기준은 같은 법 시행규칙 별표 14에 있다. 배합실은 위험물을 덜거나 섞는 곳이라 새어 나온 액체와 증기를 가두어 두는 쪽으로 설계된다.

· 바닥면적 6 $\mathrm{m^2}$ 이상 15 $\mathrm{m^2}$ 이하
· 내화구조 또는 불연재료로 된 벽으로 구획
· 바닥은 위험물이 스며들지 않는 재료를 쓰고 적당한 경사와 집유설비를 둘 것
· 출입구에는 방화문을 설치하고, 문턱의 높이는 바닥면으로부터 0.1 m 이상
· 내부에 체류한 가연성 증기를 지붕 위로 내보내는 설비를 갖출 것

문턱을 0.1 m 이상 올리는 까닭은 흘린 위험물이 배합실 밖으로 흘러나가지 못하게 턱으로 가두기 위해서다. 같은 이유로 바닥에 경사와 집유설비를 둔다. 또 제4류 위험물의 증기는 공기보다 무거워 바닥에 깔리므로, 이를 뽑아내는 배출설비는 지붕 위로 내보내도록 정해져 있다.

(1) $\mathrm{HCHO}$

(2) $\mathrm{HCOOH}$

(3) 2,000 L

(4) 아세트알데하이드

(5) 특수인화물

[해설]

1차 알코올은 산화되면 알데하이드가 되고, 알데하이드가 한 번 더 산화되면 카복실산이 된다. 반대로 수소를 붙이는 환원은 이 화살표를 거꾸로 거슬러 올라가는 것이다.

$\mathrm{CH_3OH} \;\xrightarrow{\;-2\mathrm{H}\;}\; \mathrm{HCHO} \;\xrightarrow{\;+\mathrm{O}\;}\; \mathrm{HCOOH}$

$\mathrm{C_2H_5OH} \;\xrightarrow{\;-2\mathrm{H}\;}\; \mathrm{CH_3CHO} \;\xrightarrow{\;+\mathrm{O}\;}\; \mathrm{CH_3COOH}$

메탄올 쪽 사슬을 따라가면 폼알데하이드($\mathrm{HCHO}$) → 폼산($\mathrm{HCOOH}$)이다. 폼산은 개미산이라고도 부르며, 제4류 위험물 제2석유류(수용성)이므로 지정수량은 2,000 L다.

에탄올 쪽은 아세트알데하이드($\mathrm{CH_3CHO}$) → 아세트산($\mathrm{CH_3COOH}$)으로 간다. 아세트알데하이드는 비점이 21 ℃, 인화점이 영하 38 ℃로 매우 낮아 제4류 위험물 특수인화물에 들어가며 지정수량은 50 L다.

덧붙여, 산화 생성물을 묻는 말에서 “카복실기”와 “카복실산”은 다른 말이다. 카복실기($\mathrm{-COOH}$)는 분자에 붙은 작용기의 이름이고, 그 작용기를 가진 화합물 전체가 카복실산이다. 화학식으로 답할 대상은 화합물이므로 폼산 $\mathrm{HCOOH}$가 정답이다.

(1) 질산, 황린, 과산화나트륨, 질산암모늄, 다이에틸에터

(2) 마그네슘, 과산화나트륨

[해설]

운반할 때의 피복 기준은 위험물안전관리법령의 운반기준에 정해져 있다. 빛에 약한 것은 가리고, 물에 약한 것은 덮는다는 것이 요지다.

[보기]의 물질을 유별로 갈라 표에 대보면 답이 그대로 나온다.

과산화나트륨이 두 곳에 모두 들어간다는 점이 이 문제의 핵심이다. 제1류이므로 차광성 대상이고, 동시에 알칼리금속의 과산화물이라 물과 반응해 산소를 내므로 방수성 대상이기도 하다.

황화인은 물과 반응해 황화수소를 내지만 제2류 중 철분·금속분·마그네슘에 들지 않아 방수성 대상이 아니고, 휘발유는 제1석유류라 특수인화물이 아니어서 차광성 대상이 아니다. 두 물질은 유별만으로 갈리는 함정이다.

(1) 3.70 $\mathrm{g/L}$

(2) 1.85 $\mathrm{g/L}$

[해설]

증기밀도는 증기 1 L의 질량이다. 이상기체 상태방정식 $PV = nRT$에 몰수 $n = \dfrac{W}{M}$을 넣고 정리하면 밀도를 바로 얻는 식이 나온다.

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

절대온도는 $T = 273 + 30 = 303\ \mathrm{K}$이므로 분모 $RT = 0.082 \times 303 = 24.846$은 두 물질에 똑같이 쓰인다. 남는 것은 분자량뿐이다.

(1) 톨루엔 $\mathrm{C_6H_5CH_3}$의 분자량은 $12 \times 7 + 1 \times 8 = 92$이므로

$\rho = \dfrac{1 \times 92}{24.846} = 3.702 \;\rightarrow\; \mathbf{3.70}\ \mathrm{g/L}$

(2) 에틸알코올 $\mathrm{C_2H_5OH}$의 분자량은 $12 \times 2 + 1 \times 6 + 16 = 46$이므로

$\rho = \dfrac{1 \times 46}{24.846} = 1.851 \;\rightarrow\; \mathbf{1.85}\ \mathrm{g/L}$

분자량이 딱 두 배(46 → 92)이므로 밀도도 두 배가 된다는 점을 확인하면 검산이 된다.

주의할 것은 증기밀도와 증기비중이 다른 값이라는 점이다. 증기비중은 분자량을 공기의 평균분자량 29로 나눈 무차원 수이고(톨루엔 $92 \div 29 = 3.17$), 증기밀도는 위처럼 $\mathrm{g/L}$ 단위를 갖는다. 또 표준상태(0 ℃, 1기압)라면 $\rho = M \div 22.4$로 간단히 끝나지만, 이 문제처럼 30 ℃가 주어지면 반드시 상태방정식을 세워야 한다.

(1) 해당 없음

(2) 2,000 $\mathrm{m^2}$ → 1,000 $\mathrm{m^2}$ 이하

(3) 해당 없음

(4) 해당 없음

[해설]

제6류 위험물(산화성 액체)은 그 자체가 타지 않는 불연성이라, 옥내저장소 기준 곳곳에서 예외를 받는다. 그래서 네 서술 가운데 틀린 것은 (2) 하나뿐이다.

(1) 안전거리 — 옥내저장소는 원칙적으로 제조소와 같은 안전거리를 두어야 하지만, 제6류 위험물의 옥내저장소는 대상에서 제외된다. 옳은 서술이다.

(2) 바닥면적 — 저장창고의 바닥면적 한도는 저장 품목에 따라 1,000 $\mathrm{m^2}$와 2,000 $\mathrm{m^2}$로 갈린다. 위험성이 큰 쪽이 1,000 $\mathrm{m^2}$인데, 제6류 위험물이 여기에 들어간다. 따라서 2,000 $\mathrm{m^2}$는 틀렸고 1,000 $\mathrm{m^2}$ 이하로 고쳐야 한다.

(3) 지붕 — 저장창고의 지붕은 폭발력이 위로 빠지도록 가벼운 불연재료로 하는 것이 원칙이지만, 제6류 위험물만의 저장창고는 지붕을 내화구조로 할 수 있다. 폭발적으로 분해할 물질이 아니기 때문이다. 옳은 서술이다.

(4) 피뢰설비 — 지정수량의 10배 이상을 저장하는 옥내저장소에는 피뢰침을 두어야 하지만, 여기서도 제6류 위험물의 옥내저장소는 제외된다. 옳은 서술이다.

정리하면 제6류 위험물은 안전거리 · 피뢰설비에서 빠지고 지붕을 내화구조로 할 수 있는 대신, 바닥면적은 좁은 쪽(1,000 $\mathrm{m^2}$)이 적용된다. 예외가 많다고 해서 모든 항목이 느슨해지는 것은 아니라는 점이 출제 포인트다.

① 5인

② 15인

③ 20인

④ 2대

⑤ 10인

[해설]

자체소방대는 제4류 위험물을 대량으로 다루는 사업소가 스스로 갖추어야 하는 소방 조직으로, 설치 대상과 편성 규모는 위험물안전관리법 시행령 별표 8이 정한다.

규칙이 단순해서 표를 통째로 외울 필요가 없다. 제조소·일반취급소는 화학소방자동차가 한 대 늘 때마다 대원이 5인씩 늘어난다(1대–5인, 2대–10인, 3대–15인, 4대–20인). 경계가 되는 배수는 3천배 · 12만배 · 24만배 · 48만배로, 12만배 다음부터는 두 배씩 커진다고 기억하면 된다.

마지막 줄의 옥외탱크저장소는 성격이 달라 따로 정해 두었는데, 지정수량 50만배 이상이면 2대 · 10인이다.

참고로 자체소방대 설치 의무 자체는 제4류 위험물을 지정수량의 3천배 이상 취급하는 제조소·일반취급소와, 제4류 위험물을 지정수량의 50만배 이상 저장하는 옥외탱크저장소에 생긴다. 화학소방자동차에는 규정된 소화능력과 소화약제를 갖추어야 하고, 포수용액을 방사하는 차가 대수의 $\dfrac{2}{3}$ 이상이어야 한다는 조건도 함께 나온다.

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

(2) 수소

[해설]

철은 이온화 경향이 수소보다 크다. 그래서 묽은 산에 넣으면 철이 전자를 내주고 $\mathrm{Fe^{2+}}$로 녹아 들어가며, 밀려난 수소 이온끼리 짝을 지어 수소 기체가 되어 빠져나온다.

$\mathrm{Fe} + 2\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{FeCl_2} + \mathrm{H_2}\uparrow$

염산의 $\mathrm{Cl}$ 수를 맞추기 위해 $\mathrm{HCl}$ 앞에 계수 2가 붙는다는 점만 주의하면 된다. 묽은 황산에서도 같은 방식으로 반응한다.

$\mathrm{Fe} + \mathrm{H_2SO_4} \rightarrow \mathrm{FeSO_4} + \mathrm{H_2}\uparrow$

철분은 제2류 위험물(가연성 고체)로 지정수량은 500 kg이며, 53 $\mu\mathrm{m}$의 표준체를 통과하는 것이 50 wt% 미만이면 위험물에서 제외된다. 물이나 산과 닿으면 수소를 내므로 주수소화를 하지 않고 마른모래 등으로 질식소화한다.

다만 진한 질산에서는 철 표면에 얇고 치밀한 산화막이 생겨 더 이상 반응이 진행되지 않는데, 이 상태를 부동태라 한다. 진한 질산을 철제 용기로 운반할 수 있는 이유가 여기에 있다.

(1) 에테인($\mathrm{C_2H_6}$)

(2) 포스핀($\mathrm{PH_3}$)

(3) 해당 없음

(4) 해당 없음

(5) 해당 없음

[해설]

물과 만나 가연성 기체를 내는 것은 제3류 위험물 중 금수성 물질이다. [보기]에서 제3류에 해당하는 것은 (1)과 (2)뿐이므로, 유별을 먼저 가르면 나머지는 저절로 정리된다.

(1) 트라이에틸알루미늄(알킬알루미늄, 지정수량 10 kg)은 물과 격렬하게 반응해 에테인을 낸다.

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

(2) 인화알루미늄(금속의 인화물, 지정수량 300 kg)은 물과 반응해 맹독성 가연성 가스인 포스핀(인화수소)을 낸다.

$\mathrm{AlP} + 3\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Al(OH)_3} + \mathrm{PH_3}\uparrow$

(3) 염소산칼륨과 (4) 과염소산나트륨은 제1류 위험물(산화성 고체)이다. 스스로 타지 않고 남을 태우는 물질이며, 물과 반응해 기체를 내놓지 않는다. 염소산칼륨은 찬물에는 잘 녹지 않고 온수·글리세린에 녹으며, 과염소산나트륨은 물에 잘 녹지만 녹는 것일 뿐 반응이 아니다. 알칼리금속의 과산화물(과산화칼륨·과산화나트륨 등)만이 제1류 중 물과 반응해 산소를 내는 예외인데, 그 산소도 가연성 기체가 아니라 조연성 기체다.

(5) 사이안화수소는 제4류 위험물 제1석유류(수용성, 지정수량 400 L)로 물에 잘 녹는다. 역시 녹을 뿐이어서 가연성 기체가 새로 생기지는 않는다.

정리하면 “물에 녹는 것”과 “물과 반응하는 것”은 다르다. 이 문제는 그 구분을 묻고 있다.

① 위험물기능장, 위험물산업기사, 위험물기능사의 자격을 취득한 사람

② 안전관리자 교육이수자

③ 제4류 위험물

[해설]

위험물취급자격자는 세 갈래로 나뉘며, 국가기술자격을 딴 사람만이 모든 유별의 위험물을 다룰 수 있다는 것이 골자다.

자격증을 딴 사람은 유별을 가리지 않지만, 교육을 이수했거나 소방공무원으로 일한 경력으로 자격을 갖춘 사람은 제4류 위험물로 범위가 한정된다. 제4류가 실무에서 가장 흔한 인화성 액체이기 때문이다.

혼동하기 쉬운 개념을 함께 정리해 두자. 위험물취급자격자는 “누가 위험물을 손댈 수 있는가”를 정한 것이고, 위험물안전관리자는 제조소등마다 반드시 선임해야 하는 자리다. 안전관리자는 이 취급자격자 가운데에서 선임하며, 해임하거나 퇴직한 때에는 30일 이내에 다시 선임하고 선임한 날부터 14일 이내에 소방본부장 또는 소방서장에게 신고해야 한다. 안전관리자가 여행·질병 등으로 자리를 비울 때에는 대리자를 지정하되 그 기간은 30일을 넘길 수 없다.

(1) $\mathrm{CH_3COOH}$

(2) $\mathrm{C_6H_5NO_2}$

(3) $\mathrm{C_3H_5(OH)_3}$

[해설]

(1) 분자량 60에 신맛, 그리고 16 ℃ 부근에서 언다는 조건이 한 물질을 가리킨다. 아세트산(초산)이다. 분자량은 $12 \times 2 + 1 \times 4 + 16 \times 2 = 60$으로 맞고, 응고점이 약 16.2 ℃라서 겨울에 얼음처럼 굳는다고 하여 빙초산이라 부른다. 제4류 위험물 제2석유류(수용성)이므로 지정수량은 2,000 L다.

(2) 벤젠($\mathrm{C_6H_6}$)의 수소 하나를 나이트로기($\mathrm{-NO_2}$)로 치환하면 나이트로벤젠($\mathrm{C_6H_5NO_2}$)이 된다. 이름은 “나이트로”로 시작하지만 제5류가 아니라 제4류 제3석유류(비수용성, 2,000 L)라는 점이 자주 나오는 함정이다. 나이트로기가 하나뿐이라 폭발성이 없기 때문이다. 이를 환원시키면 아닐린이 된다.

(3) 하이드록시기가 3개인 3가 알코올이면서 단맛이 나는 것은 글리세린($\mathrm{C_3H_5(OH)_3}$)이다. 제3석유류 수용성이라 지정수량이 4,000 L여서 조건과 맞는다.

글리세린이 “알코올류”가 아닌 까닭도 짚어 두자. 위험물안전관리법령이 말하는 알코올류는 탄소 수 1~3개인 포화 1가 알코올만 가리키므로, 하이드록시기가 여러 개인 에틸렌글리콜(2가)과 글리세린(3가)은 모두 제3석유류(수용성)로 간다.

(1) $\mathrm{O_2}$

(2) $\mathrm{O_2}$

(3) $\mathrm{H_2O_2}$

[해설]

빈칸 문제라도 결국 원자 수를 좌우로 맞추면 답이 나온다.

(1) 가열분해 — 왼쪽에 K 4개·O 4개, 오른쪽 $2\mathrm{K_2O}$에 K 4개·O 2개가 있으므로 산소 2개가 남는다. 즉 $\mathrm{O_2}$다.

$2\mathrm{K_2O_2} \rightarrow 2\mathrm{K_2O} + \mathbf{O_2}\uparrow$

(2) 물과의 반응 — 왼쪽 O는 $2 \times 2 + 2 = 6$개, 오른쪽 $4\mathrm{KOH}$에 4개가 들어갔으므로 2개가 남아 $\mathrm{O_2}$가 된다. H는 좌우 모두 4개로 맞는다.

$2\mathrm{K_2O_2} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 4\mathrm{KOH} + \mathbf{O_2}\uparrow$

(3) 산과의 반응 — 과산화물이 산을 만나면 $\mathrm{-O-O-}$ 결합이 그대로 옮겨 가 과산화수소가 된다. 남는 원자를 세어 보아도 H 2개·O 2개이므로 $\mathrm{H_2O_2}$다.

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

이산화탄소와의 반응도 함께 정리해 두면 좋다.

$2\mathrm{K_2O_2} + 2\mathrm{CO_2} \rightarrow 2\mathrm{K_2CO_3} + \mathrm{O_2}\uparrow$

과산화칼륨은 제1류 위험물 중 무기과산화물(알칼리금속의 과산화물)로 지정수량은 50 kg, 위험등급은 Ⅰ이다. 열·물·산·이산화탄소 어느 쪽과 만나도 산소를 내놓는 성질이 위험의 근원이다. 산소는 조연성이라 주변의 불을 키우고, 물과의 반응에서는 열까지 나므로 주수소화와 이산화탄소 소화약제는 금물이며 마른모래나 탄산수소염류 분말로 덮어 끈다.

6,666.67 L

[해설]

먼저 연소반응식을 세운다. 황이 완전연소하면 이산화황이 된다.

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

계수비가 $1 : 1$이므로 황 1 mol에 산소 1 mol이 든다.

① 황의 몰수

$n_{\mathrm{S}} = \dfrac{2{,}000\ \mathrm{g}}{32\ \mathrm{g/mol}} = 62.5\ \mathrm{mol}$

② 필요한 산소의 부피 — 표준상태에서 기체 1 mol은 22.4 L이므로

$V_{\mathrm{O_2}} = 62.5 \times 22.4 = 1{,}400\ \mathrm{L}$

③ 필요한 공기의 부피 — 공기 속 산소가 부피로 21 %이므로 산소량을 0.21로 나눈다.

$V_{\mathrm{air}} = \dfrac{1{,}400}{0.21} = 6{,}666.67\ \mathrm{L}$

따라서 필요한 공기의 부피는 6,666.67 L다.

계산에서 자주 어긋나는 지점이 둘 있다. 하나는 단위로, 2 kg을 g으로 바꾸지 않으면 몰수가 1,000배 틀린다. 다른 하나는 이론산소량과 이론공기량의 구분이다. 공기는 산소만으로 되어 있지 않으므로 산소량을 그대로 답하면 안 되고, 21 %로 나누어 약 4.76배로 키워야 한다.

참고로 황은 제2류 위험물(가연성 고체)로 지정수량은 100 kg이며, 순도가 60 wt% 미만인 것은 위험물에서 제외된다. 연소 생성물인 이산화황은 자극성이 강한 유독가스다.

(1) 질산에스터류(제1종), 아염소산염류, 과산화수소

(2) 유기과산화물(제2종), 하이드라진유도체(제2종), 질산염류

(3) 아닐린, 클로로벤젠, 다이크로뮴산염류

[해설]

위험등급은 품명의 지정수량으로 갈린다. 유별마다 등급이 붙는 지정수량이 정해져 있으므로, 각 물질의 지정수량을 먼저 적어 놓고 표에 대보면 된다.

유별로 정리하면 이렇다. 제6류 위험물은 전부 Ⅰ등급이므로 과산화수소는 지정수량이 300 kg이어도 Ⅰ이다. 제1류는 지정수량 50 kg인 것(아염소산염류·염소산염류·과염소산염류·무기과산화물)이 Ⅰ, 300 kg인 것(브로민산염류·질산염류·아이오딘산염류)이 Ⅱ, 나머지(다이크로뮴산염류 등 1,000 kg)가 Ⅲ이다. 제4류는 특수인화물이 Ⅰ, 제1석유류와 알코올류가 Ⅱ, 그 밖의 석유류·동식물유류가 Ⅲ이다.

제5류 위험물은 성격이 다르다. 지정수량이 품명이 아니라 자기반응성 시험 결과에 따라 제1종 10 kg · 제2종 100 kg으로 정해지므로, 종이 무엇인지 밝혀지지 않으면 등급이 확정되지 않는다. 같은 유기과산화물이라도 제1종이면 Ⅰ등급, 제2종이면 Ⅱ등급이 된다. 이 문제의 [보기]에 종이 함께 적혀 있는 이유가 여기에 있다.