2021년 위험물기능사실기(필답형) 3회차

(1) 에틸렌글리콜

(2) $\mathrm{C_2H_4(OH)_2}$

(3) $\mathrm{HO-CH_2-CH_2-OH}$ — 탄소 2개가 단일결합으로 이어지고, 각 탄소에 수소 2개와 하이드록시기 1개가 붙은 구조

[해설]

설명에 나온 조건을 하나씩 따라가면 물질이 좁혀진다. 하이드록시기가 2개인 2가 알코올이면서 단맛이 나고 물보다 무거우며(비중 1.11) 부동액의 원료로 쓰이는 것은 에틸렌글리콜이다.

시성식은 $\mathrm{C_2H_4(OH)_2}$로 쓰며, 하이드록시기의 위치를 드러내어 $\mathrm{CH_2OHCH_2OH}$ 또는 $\mathrm{HOCH_2CH_2OH}$로 적어도 같은 물질이다. 분자식으로는 $\mathrm{C_2H_6O_2}$가 된다.

구조식은 탄소 두 개를 단일결합으로 잇고 각 탄소의 남은 결합 손에 수소 2개와 하이드록시기 1개를 채우면 완성된다. 탄소의 원자가 4를 모두 채웠는지 확인하는 것이 구조식 문항의 채점 포인트다.

에틸렌글리콜은 인화점이 111 ℃로 높아 제3석유류(수용성)에 들어가고 지정수량은 4,000 L다. 무색무취의 끈끈한 액체이며 단맛이 나지만 독성이 있어 마시면 안 된다. 알코올류가 아니라 제3석유류로 분류되는 이유는, 위험물안전관리법령의 “알코올류”가 탄소 원자 수 1~3개인 포화 1가 알코올만을 가리키기 때문이다. 2가 알코올인 에틸렌글리콜과 3가 알코올인 글리세린은 모두 제3석유류(수용성)로 간다.

참고로 발문의 비중 1.1은 어림값이며, 물성표에 실리는 값은 보통 1.11이다.

① 철분

② 금속분

[해설]

제2류 위험물의 지정수량은 품명에 따라 100 kg · 500 kg · 1,000 kg의 세 단계로 나뉜다.

따라서 지정수량이 500 kg인 품명은 철분·금속분·마그네슘 세 가지이며, 이 중 어느 두 가지를 써도 정답이다.

이 세 품명은 입자의 굵기에 따라 위험물에서 빠지는 단서가 붙어 있다는 점도 함께 알아 두면 좋다. 철분은 철의 분말 중 53 μm 체를 통과하는 것이 50 wt% 미만이면 제외되고, 금속분은 알칼리금속·알칼리토금속·철·마그네슘 외의 금속 분말을 말하되 구리분·니켈분과 150 μm 체를 통과하는 것이 50 wt% 미만인 것은 제외되며, 마그네슘은 2 mm 체를 통과하지 못하는 덩어리와 지름 2 mm 이상의 막대 모양이 제외된다. 덩어리째로는 잘 타지 않고 잘게 부서져야 위험해지기 때문이다.

(1) $\mathrm{C_2H_5ONO_2}$

(2) 액체

(3) $\mathrm{C_6H_2OH(NO_2)_3}$

(4) 고체

[해설]

제5류 위험물은 모두 자기반응성 물질이지만 품명별로 상온에서의 상태가 갈린다. 두 물질의 품명을 먼저 짚으면 답이 정리된다.

질산에틸($\mathrm{C_2H_5ONO_2}$)은 질산에스터류다. 에틸알코올을 질산으로 에스터화해 얻는 무색투명한 액체로 방향이 있고 단맛이 나며, 물에는 잘 녹지 않고 알코올에 녹는다. 비점이 88 ℃로 낮아 증기가 쉽게 생기므로 인화 위험이 크다.

트라이나이트로페놀(피크르산, $\mathrm{C_6H_2OH(NO_2)_3}$)은 나이트로화합물이다. 페놀을 진한 질산과 진한 황산의 혼산으로 나이트로화해 얻는 광택 있는 황색 결정, 곧 고체다. 쓴맛과 독성이 있고 찬물에는 잘 녹지 않으며, 금속과 반응해 만들어지는 피크르산염은 충격에 매우 예민해지므로 철·구리 용기에 담지 않고 물에 적신 상태로 저장한다.

즉 질산에스터류는 액체가 많되 나이트로셀룰로스처럼 고체인 예외가 있고, 나이트로화합물은 모두 고체라고 정리해 두면 된다.

7배

[해설]

여러 위험물을 같은 장소에 저장할 때에는 각 위험물의 저장량을 그 품명의 지정수량으로 나눈 값을 모두 더해 배수의 총합을 구한다. 이 값이 1 이상이면 그 장소는 위험물안전관리법령의 규제를 받는다.

$\text{지정수량의 배수} = \dfrac{A\text{의 저장량}}{A\text{의 지정수량}} + \dfrac{B\text{의 저장량}}{B\text{의 지정수량}} + \cdots$

$\dfrac{2{,}000}{1{,}000} + \dfrac{400}{200} + \dfrac{1{,}200}{400} = 2 + 2 + 3 = 7$

따라서 지정수량 배수의 총합은 7배이다.

이 유형에서 갈리는 지점은 수용성 여부다. 같은 제1석유류라도 비수용성인 메틸에틸케톤은 200 L, 수용성인 아세톤은 400 L로 지정수량이 두 배 차이가 난다. 제4류 위험물은 수용성 쪽의 지정수량이 비수용성의 2배라는 규칙을 기억해 두면 표를 외우는 부담이 줄어든다.

아닐린 > 아세트산 > 에틸알코올 > 사이안화수소 > 아세트알데하이드

[해설]

인화점은 액체 표면에 불씨를 댔을 때 불이 붙는 최저 온도로, 이 값이 낮을수록 위험하다. 위험물안전관리법령이 제4류 위험물의 품명을 나누는 기준도 바로 인화점이므로, 품명을 알면 인화점의 순서를 거의 정할 수 있다.

제4류 위험물의 품명은 인화점을 기준으로 특수인화물(발화점 100 ℃ 이하 또는 인화점 −20 ℃ 이하이면서 비점 40 ℃ 이하) → 제1석유류(21 ℃ 미만) → 알코올류 → 제2석유류(21 ℃ 이상 70 ℃ 미만) → 제3석유류(70 ℃ 이상 200 ℃ 미만) → 제4석유류(200 ℃ 이상 250 ℃ 미만) → 동식물유류의 차례로 올라간다.

따라서 제3석유류 → 제2석유류 → 알코올류 → 제1석유류 → 특수인화물의 순서로 늘어놓으면 그대로 답이 된다. 개별 수치를 다 외우지 못해도 품명만 알면 순서를 세울 수 있다는 점이 이 유형의 요령이다.

(1) $\mathrm{C_6H_5CH_3}$

(2) 제1석유류(비수용성)

(3) 3.17

[해설]

벤젠(C₆H₆)의 수소 하나를 메틸기로 치환한 물질은 톨루엔(C₆H₅CH₃)이다.

• 품명 — 인화점 4 ℃로 21 ℃ 미만이고 물에 녹지 않아 제1석유류(비수용성), 지정수량 200 L이다.
• 증기비중 — 분자량을 공기의 평균분자량 29로 나눈 값이다.

증기비중 = 분자량 ÷ 29
= (12×7 + 1×8) ÷ 29 = 92 ÷ 29 ≈ 3.17

혼동 주의: 액체 비중(0.87, 물보다 가벼움)과 증기비중은 서로 다른 값이다.

(1) 소규모 옥내저장소

(2) 50배

(3) 6 m 미만

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 5의 소규모 옥내저장소의 특례는 규모가 작은 단층 저장창고에 일부 기준을 완화해 주는 규정이다.

• 명칭 — 소규모 옥내저장소의 특례다.
• 저장수량 — 최대수량이 지정수량의 50배 이하일 때 적용한다.
• 처마높이 — 지면에서 처마까지 6 m 미만이어야 한다.

문제의 40배는 실제 저장량일 뿐이므로 기준을 묻는 물음에는 한도인 50배를 쓴다. 혼동 주의: 처마높이는 “6 m 이하”가 아니라 “미만”이다.

(1) pH 9 정도의 약알칼리성 물속에 저장한다

(2) 적린

(3) $\mathrm{P_2O_5}$

(4) $\mathrm{PH_3}$

[해설]

황린(P₄)은 제3류 자연발화성 물질로, 발화점이 약 34 ℃라 공기 중에 두면 스스로 불이 붙는다.

• 저장 — 물보다 무겁고 물에 녹지 않아 물속에 잠가 공기를 차단하되, 강알칼리가 되면 포스핀이 생기므로 pH 9 정도의 약알칼리로 유지한다.
• 적린 — 공기를 차단하고 약 250~260 ℃로 가열해 얻는 동소체로, 자연발화하지 않아 제2류 가연성 고체로 분류된다.
• 연소 생성물 — 흰 연기를 내는 오산화인(P₂O₅)이다.
• 강알칼리와의 반응 — 수산화칼륨 수용액과 만나면 맹독성 가스인 포스핀(PH₃)이 나온다.

P₄ + 5O₂ → 2P₂O₅
P₄ + 3KOH + 3H₂O → PH₃ + 3KH₂PO₂

(1) $\mathrm{KMnO_4}$

(2) 과망가니즈산염류

(3) 반응하지 않는다

(4) 해당없음

(5) 용해된다

[해설]

과망가니즈산칼륨(KMnO₄)은 제1류 위험물 과망가니즈산염류(지정수량 1,000 kg)에 속한다.

• 물과의 반응 — 물에 녹아 보라색 용액이 될 뿐 화학반응은 하지 않는다.
• 발생 기체 — 반응하지 않으므로 해당없음이다.
• 아세톤 — 알코올·빙초산과 함께 아세톤에도 녹는다.

핵심은 용해와 반응의 구분이다. 물과 반응해 산소를 내는 것은 과산화칼륨 같은 알칼리금속 과산화물이며, 과망가니즈산칼륨은 다량의 물로 냉각소화한다.

(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]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 4에서 정한 제조소의 안전거리는 피해가 크고 되돌릴 수 없는 시설일수록 멀다.

• 특고압가공전선 7,000 V 초과 35,000 V 이하 — 3 m 이상이며, 30,000 V가 이 구간에 든다.
• 특고압가공전선 35,000 V 초과 — 5 m 이상.
• 학교·병원 — 많은 사람을 수용하는 시설이라 30 m 이상.
• 주택 — 주거용 건축물로 10 m 이상이며, 제조소와 같은 부지 안에 있는 것은 제외한다.
• 지정문화유산·천연기념물 등 — 50 m 이상.

혼동 주의: 고압가스·액화석유가스·도시가스 시설은 20 m 이상이고, 제6류 위험물만 취급하는 제조소에는 안전거리 규정이 적용되지 않는다.

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

(2) 12.23 L

[해설]

나트륨은 알코올의 하이드록시기와 반응해 나트륨에틸레이트와 수소를 만든다.

2C₂H₅OH + 2Na → 2C₂H₅ONa + H₂

에틸알코올 46 g = 1 mol → 수소 0.5 mol
V = nRT/P = 0.5 × 0.08205 × (273 + 25) ÷ 1
= 12.23 L

혼동 주의: 온도가 25 ℃이므로 표준상태 값(0.5 × 22.4 = 11.2 L)을 쓰면 틀린다.

(1) 화기엄금, 충격주의

(2) 화기엄금

(3) 가연물접촉주의

(4) 해당없음

[해설]

주의사항은 운반용기 외부에 붙이는 것과 제조소등에 세우는 게시판 두 가지가 따로 정해져 있고, 요구하는 항목의 수가 다르다. 운반용기 쪽이 더 자세하고, 게시판은 “물기엄금 · 화기주의 · 화기엄금” 세 가지 중에서만 쓴다. 그래서 제6류 위험물처럼 운반용기에는 표시할 것이 있어도 게시판에는 쓸 것이 없는 경우가 생긴다.

제5류는 분자 안에 산소를 품은 자기반응성 물질이라 불씨와 충격을 함께 막아야 하고, 제6류는 스스로 타지는 않지만 남을 태우는 산화성 액체이므로 가연물과 닿지 않게 하는 것이 핵심이다. 제6류 게시판이 비는 이유는 게시판에 쓸 수 있는 세 문구 가운데 산화성 액체에 맞는 것이 없기 때문이다.

① 질소($\mathrm{N_2}$)

② 아르곤($\mathrm{Ar}$)

③ 이산화탄소($\mathrm{CO_2}$)

[해설]

IG 계열은 자연계에 있는 기체만으로 만든 소화약제로, 연소면을 덮어 산소 농도를 낮추는 질식소화가 주된 작용이다. 오존층을 파괴하지 않고 잔여물도 남기지 않아 전기실·통신실처럼 물을 쓸 수 없는 공간에 쓰인다.

이름 뒤의 세 자리 숫자는 질소·아르곤·이산화탄소의 부피 조성비(%)를 10으로 나누어 반올림한 값을 차례로 적은 것이다. IG-541은 질소 52 % · 아르곤 40 % · 이산화탄소 8 %이므로 $52 \div 10 \approx 5$, $40 \div 10 = 4$, $8 \div 10 \approx 1$이 되어 541이 된다.

숫자만 외우려 하지 말고 “첫 자리는 질소, 둘째 자리는 아르곤, 셋째 자리는 이산화탄소”라는 순서를 잡아 두면 IG-55·IG-100까지 한꺼번에 정리된다.

(1) 해당 없음(따로 정해진 조건이 없다)

(2) 농도가 36 중량퍼센트(wt%) 이상인 것

(3) 비중이 1.49 이상인 것

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 1은 제6류 위험물(산화성 액체) 가운데 일부 품명에만 농도·비중 기준을 붙인다.

• 과염소산 — 붙은 단서가 없어 해당 없음이며, 그 자체로 제6류다.
• 과산화수소 — 농도가 36 중량퍼센트 이상인 것만 위험물이다.
• 질산 — 비중이 1.49 이상인 것만 위험물이다.

시판 소독용 과산화수소(3 % 안팎)가 위험물이 아닌 이유가 바로 이 농도 기준이다.

(1) 제1석유류 — 아세톤, 에틸벤젠

(2) 제2석유류 — 아세트산, 폼산, 클로로벤젠, 경유

(3) 제3석유류 — 글리세린, 나이트로벤젠, 나이트로톨루엔

[해설]

제4류 석유류는 1기압에서의 인화점으로 나뉜다. 제1석유류는 21 ℃ 미만, 제2석유류는 21 ℃ 이상 70 ℃ 미만, 제3석유류는 70 ℃ 이상 200 ℃ 미만이다.

• 제1석유류 — 아세톤(-18 ℃), 에틸벤젠(15 ℃).
• 제2석유류 — 클로로벤젠(27 ℃), 아세트산(40 ℃), 폼산, 경유(50~70 ℃).
• 제3석유류 — 나이트로벤젠(88 ℃), 나이트로톨루엔(106 ℃), 글리세린(160 ℃).

혼동 주의: 벤젠은 제1석유류지만 클로로벤젠은 인화점이 21 ℃를 넘어 제2석유류다.

(가) $\mathrm{P_4S_3}$

(나) 100 kg

(다) 오황화인

(라) 100 kg

(마) $\mathrm{P_4S_7}$

(바) 조해성

(사) 100 kg

[해설]

황화인은 인과 황이 결합한 화합물로 제2류 위험물(가연성 고체)에 속하며, 세 가지 모두 위험등급 II · 지정수량 100 kg으로 같다. 시험에서 갈리는 것은 화학식과 조해성 여부다.

이름의 “삼·오·칠”은 황 원자의 수를 가리키지만 화학식이 규칙적으로 이어지지 않는다는 점이 함정이다. 삼황화인과 칠황화인은 인이 4개인 $\mathrm{P_4S_3}$·$\mathrm{P_4S_7}$인데 오황화인만 $\mathrm{P_2S_5}$로 쓴다. 그대로 외워 두는 편이 빠르다.

조해성이란 공기 중의 수분을 빨아들여 스스로 녹아 버리는 성질이다. 삼황화인은 찬물이나 염산에 녹지 않아 조해성이 없지만, 오황화인과 칠황화인은 조해성이 있어 물과 만나면 분해하며 황화수소($\mathrm{H_2S}$)와 인산($\mathrm{H_3PO_4}$)을 낸다. 황화수소는 가연성이면서 독성이 있으므로 물을 이용한 소화는 피하고 건조사·이산화탄소로 질식소화한다.

$\mathrm{P_2S_5} + 8\mathrm{H_2O} \rightarrow 5\mathrm{H_2S} + 2\mathrm{H_3PO_4}$

연소하면 세 가지 모두 오산화인과 아황산가스를 낸다.

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

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

① 칼륨

② 나트륨

③ 황린

[해설]

제3류 위험물(자연발화성 물질 및 금수성 물질)의 위험등급은 지정수량으로 갈린다. 지정수량이 작을수록 위험등급이 높다.

즉 위험등급 I 에 해당하는 품명은 칼륨·나트륨·알킬알루미늄·알킬리튬·황린 다섯 가지이며, 이 중 세 가지를 쓰면 된다. 지정수량 10 kg짜리 네 품명과 20 kg인 황린을 한 묶음으로 외워 두면 편하다.

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

(2) 60,000 g

[해설]

메탄올의 완전연소식은 2CH₃OH + 3O₂ → 2CO₂ + 4H₂O이며, 메탄올 2 mol이 탈 때 산소 3 mol이 필요하다.

메탄올 질량 = 비중 × 부피
0.8 kg/L × 50 L = 40 kg = 40,000 g

메탄올 몰수 = 40,000 ÷ 32 = 1,250 mol
이론산소량 = 1,250 × 3/2 × 32 = 60,000 g

혼동 주의: kmol 단위로 계산하면 결과가 60 kg으로 나오므로, 답을 쓰기 전에 g으로 바꿨는지 확인한다.

16.54 $\mathrm{m^3}$

[해설]

양쪽이 볼록한 횡형 원통형 탱크의 내용적은 볼록한 경판이 원통보다 부피가 작으므로, 경판 길이를 3으로 나눈 만큼만 동체 길이에 더해 구한다.

$V = \pi r^2 \left(l + \dfrac{l_1 + l_2}{3}\right)$
$V = 3.14 \times 1^2 \times \left(5 + \dfrac{0.4 + 0.4}{3}\right) = 3.14 \times 5.2667$
$V \approx 16.54\,\mathrm{m^3}$

발문에서 원주율을 3.14로 정했으므로, 정확한 π를 넣어 16.55가 나오지 않도록 주어진 값을 그대로 쓴다.

과산화칼륨, 질산암모늄, 과망가니즈산칼륨, 다이크로뮴산칼륨 — [보기] 네 가지 모두

[해설]

[보기]의 네 물질은 모두 제1류 위험물(산화성 고체)이며, 가열하면 분자 속 산소를 내놓으며 분해한다.

• 과산화칼륨 — 2K₂O₂ → 2K₂O + O₂
• 질산암모늄 — 2NH₄NO₃ → 2N₂ + 4H₂O + O₂
• 과망가니즈산칼륨 — 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂
• 다이크로뮴산칼륨 — 4K₂Cr₂O₇ → 4K₂CrO₄ + 2Cr₂O₃ + 3O₂

혼동 주의: 과산화칼륨은 물과 만나도 산소를 내므로 물을 뿌려 끄면 안 된다.