(1) 벤젠 고리에 카보닐기가 붙은 벤조일기 두 개가 과산화 결합 $\mathrm{-O-O-}$ 으로 이어진 구조 — $\mathrm{C_6H_5{-}CO{-}O{-}O{-}CO{-}C_6H_5}$

(2) 242

[해설]

과산화벤조일(벤조일퍼옥사이드)은 제5류 위험물 중 유기과산화물에 속하는 무색·무취의 결정이다. 분자식은 $\mathrm{(C_6H_5CO)_2O_2}$, 곧 $\mathrm{C_{14}H_{10}O_4}$ 이다.

구조는 벤젠 고리 두 개가 각각 카보닐기($\mathrm{C{=}O}$)를 거쳐 산소 두 개가 이어진 과산화 결합($\mathrm{-O-O-}$)으로 연결된 형태다. 유기과산화물의 위험성은 바로 이 $\mathrm{-O-O-}$ 결합에서 나온다. 결합력이 약해 열·충격·마찰에 쉽게 끊어지면서 산소 라디칼을 내놓고, 그 자체가 산소를 품고 있어 공기가 없어도 자기연소한다.

분자량은 원자량을 그대로 더해 구한다(C 12, H 1, O 16).

$M = 12 \times 14 + 1 \times 10 + 16 \times 4 = 168 + 10 + 64 = \mathbf{242}$

벤조일기 하나($\mathrm{C_6H_5CO}$)를 105 로 먼저 셈해 $105 \times 2 + 16 \times 2 = 242$ 로 풀어도 결과는 같다. 따라서 분자량은 242 다.

건조한 상태에서는 폭발 위험이 커지므로 물이나 프탈산다이메틸 같은 희석제로 습윤시켜 저장하고, 직사광선과 마찰·충격을 피한다. 소화는 다량의 물로 냉각시키는 것이 효과적이다.

① 질식소화

② 냉각소화

[해설]

질식소화는 산소 공급을 끊는 방식이다. 이산화탄소는 그 자체가 타지 않고 산소와도 반응하지 않으면서 공기보다 무거워(증기비중 약 1.52) 화면을 덮는다. 공기 중 산소 농도를 21 %에서 15 % 이하로 떨어뜨리면 연소가 이어지지 못한다.

냉각소화는 온도를 낮추는 방식이다. 소화기 안에 액체로 압축돼 있던 이산화탄소가 노즐을 빠져나오며 한꺼번에 기화하는데, 이때 주위에서 기화열(증발잠열)을 빼앗아 발화점 아래로 온도를 끌어내린다. 일부 교재는 이 대목을 “물을 뿌려 온도를 낮춘다”는 일반적인 냉각소화 설명으로 적어 두었으나, 이산화탄소 소화기의 냉각 효과는 물이 아니라 액화 이산화탄소가 기화하면서 빼앗는 열에서 나온다.

이산화탄소 소화기는 소화 후 잔여물이 남지 않아 유류화재(B급)와 전기화재(C급)에 적합하며, 정밀기기·전산실처럼 오염을 꺼리는 곳에 쓴다. 다만 밀폐된 공간에서 쓰면 사람이 질식할 수 있고, 방출 시 노즐이 매우 차가워져 동상의 위험이 있다. 또 제3류 위험물이나 금속분처럼 이산화탄소를 분해해 버리는 물질에는 쓰지 못한다.

(1) $\mathrm{4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3}$

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

(3) 금속분

[해설]

(1) 알루미늄은 산소와 결합해 산화알루미늄이 되며, 이때 생기는 흰 산화알루미늄 가루가 흰 연기로 보인다. 반응열이 매우 커서 분말 상태에서는 분진폭발의 위험도 있다.

(2) 알루미늄은 이온화 경향이 수소보다 커서 산과 만나면 수소를 밀어낸다. 원자 수를 맞추면 $\mathrm{2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2}$ 가 된다.

(3) 알루미늄분의 품명은 금속분이다. 법령에서 말하는 금속분은 알칼리금속·알칼리토금속·철·마그네슘 외의 금속 분말을 뜻하며, 구리·니켈 가루와 $150\,\mathrm{\mu m}$ 체를 통과하는 것이 50 wt% 미만인 것은 제외한다. 알루미늄분의 지정수량은 500 kg, 위험등급은 III 이다.

알루미늄은 양쪽성 원소라 산뿐 아니라 알칼리와도 반응해 수소를 낸다 — $\mathrm{2Al + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow 2NaAlO_2 + 3H_2}$. 물과도 반응해 수소를 내놓으므로 주수소화는 금물이고, 마른 모래나 팽창질석·팽창진주암으로 덮어 질식소화한다.

① 인화성

② 발화성

③ 지정수량

[해설]

위험물안전관리법 제2조(정의)의 문장이다. 위험물은 인화성 또는 발화성 등의 성질을 가지는 것으로서 대통령령이 정하는 물품이고, 지정수량은 종류별 위험성을 고려해 대통령령으로 정한 수량으로 제조소등의 설치허가 등에서 최저의 기준이 된다.

같은 조문에서 “제조소등”은 제조소·저장소·취급소를 한데 묶어 부르는 말로 정의된다. 위험성이 클수록 지정수량은 작아지므로(예: 특수인화물 50 L, 알코올류 400 L, 제4석유류 6,000 L) 지정수량은 곧 위험도의 척도다.

지정수량의 배수는 품명별로 저장(취급)수량을 그 품명의 지정수량으로 나눈 값을 모두 더해 구하며, 합이 1 이상이면 지정수량 이상을 취급하는 것으로 보아 허가 대상이 된다.

(1) 에테인($\mathrm{C_2H_6}$)

(2) $\mathrm{2C_2H_6 + 7O_2 \rightarrow 4CO_2 + 6H_2O}$

[해설]

트라이에틸알루미늄 $\mathrm{(C_2H_5)_3Al}$ 은 제3류 위험물 중 알킬알루미늄으로, 자연발화성과 금수성을 함께 가진다. 물과 만나면 알루미늄에 붙어 있던 에틸기가 물의 수소를 받아 떨어져 나오면서 에테인 가스를 내놓는다.

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

일부 교재는 이 반응식을 $\mathrm{(C_2H_5)_3Al + H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3C_2H_6}$ 으로 실어 두었는데, 그렇게 쓰면 왼쪽 수소가 17개·오른쪽이 21개로 맞지 않는다. 물 계수를 3 으로 두어야 수소 21개·산소 3개로 양변이 맞는다.

발생한 에테인의 완전연소는 탄소 2개가 $\mathrm{2CO_2}$, 수소 6개가 $\mathrm{3H_2O}$ 로 가므로 산소가 3.5개 필요하다. 계수를 정수로 만들기 위해 전체에 2를 곱하면 $\mathrm{2C_2H_6 + 7O_2 \rightarrow 4CO_2 + 6H_2O}$ 가 된다.

트라이에틸알루미늄은 공기와 닿아도 스스로 발화하므로 용기에 불활성 기체를 채워 밀봉하고, 희석제로 벤젠·헥세인을 쓴다. 물과 반응해 가연성 가스를 내므로 주수소화는 절대 금지이며 마른 모래·팽창질석·팽창진주암으로 덮어 소화한다.

(1) 제1류 — 혼재 가능 제6류 / 혼재 불가 제2류·제3류·제4류·제5류

(2) 제2류 — 혼재 가능 제4류·제5류 / 혼재 불가 제1류·제3류·제6류

(3) 제3류 — 혼재 가능 제4류 / 혼재 불가 제1류·제2류·제5류·제6류

(4) 제4류 — 혼재 가능 제2류·제3류·제5류 / 혼재 불가 제1류·제6류

(5) 제5류 — 혼재 가능 제2류·제4류 / 혼재 불가 제1류·제3류·제6류

(6) 제6류 — 혼재 가능 제1류 / 혼재 불가 제2류·제3류·제4류·제5류

[해설]

한 차량에 여러 유별을 함께 실으면 사고가 났을 때 서로를 부추기므로, 위험물안전관리법 시행규칙의 운반에 관한 기준(별표 19)은 함께 실을 수 있는 짝을 못 박아 두었다.

표를 통째로 외우기보다 혼재할 수 있는 다섯 쌍만 기억하면 된다. 1과 6, 2와 4, 2와 5, 3과 4, 4와 5 — 이 다섯 쌍이 전부이고 나머지 조합은 모두 금지다.

산화성인 제1류와 제6류는 자기들끼리만 어울리고, 가연성인 제2류·제3류·제4류·제5류가 그 안에서 짝을 이룬다고 보면 자연스럽다. 그래서 제3류는 제4류와만, 제5류는 제2류·제4류와, 제6류는 제1류와만 함께 실을 수 있다.

‘혼재할 수 없는 유별’을 물으면 위 다섯 쌍에 들지 않는 나머지를 적으면 된다. 자기 유별은 답에 넣지 않는다.

이 기준은 지정수량의 $\dfrac{1}{10}$ 이하인 위험물에는 적용하지 않는다. 문제에서 ‘지정수량의 10배’, ‘지정수량의 $\dfrac{1}{5}$’ 같은 단서를 주는 것은 모두 이 예외에 걸리지 않는다는 뜻이다.

같은 법령의 저장·취급 기준(옥내저장소 등에서 유별을 달리하는 위험물을 1 m 간격을 두고 저장할 수 있는 경우)과는 조합이 다르므로 섞어 외우지 않도록 한다.

예를 들어 제1류 위험물과 같은 차량에 실을 수 없는 것은 제2류 위험물, 제3류 위험물, 제4류 위험물, 제5류 위험물이며, 제4류 위험물과 실을 수 있는 것은 제2류·제3류·제5류 위험물이다.

(1) 아세톤

(2) $\mathrm{CH_3COCH_3}$

(3) 위험등급 II

[해설]

주어진 단서를 하나씩 맞춰 보면 물질이 좁혀진다. 분자량 58 은 $12 \times 3 + 1 \times 6 + 16 = 58$ 로 $\mathrm{C_3H_6O}$ 에 해당하고, 비중 0.79 로 물보다 가벼우며 비점이 56.5 ℃ 로 매우 낮다. 결정적인 단서는 아이오도폼 반응이다. 이 반응은 분자 안에 $\mathrm{CH_3CO-}$ 구조를 가진 물질이 아이오딘과 수산화칼륨을 만나 노란색 아이오도폼($\mathrm{CHI_3}$, 아이오딘폼·요오드포름) 침전을 만드는 것으로, 이 조건을 모두 만족하는 것은 아세톤이다. 시성식은 $\mathrm{CH_3COCH_3}$ 다.

아세톤은 제4류 위험물 중 제1석유류(수용성)로 지정수량은 400 L 이고, 제4류에서 특수인화물 다음으로 위험한 제1석유류·알코올류가 위험등급 II 에 해당한다.

물에도 유기용제에도 잘 녹는 무색 액체이며 특유의 냄새가 난다. 수용성이므로 화재 시 일반 포는 거품이 깨져 소용이 없고 알코올형 포를 써야 한다. 아세틸렌을 녹이는 성질이 있어 아세틸렌 용기의 용제로도 쓰인다.

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

[해설]

하이드라진($\mathrm{N_2H_4}$)은 제4류 위험물 제2석유류(수용성)로 강한 환원제이고, 과산화수소($\mathrm{H_2O_2}$)는 제6류 위험물로 강한 산화제다. 환원제와 산화제가 만났으므로 점화원 없이도 접촉만으로 반응이 시작되며(자동 점화), 이 성질 때문에 로켓의 추진제 조합으로 쓰인다.

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

하이드라진의 수소는 과산화수소의 산소에 산화되어 물이 되고, 질소는 환원되어 질소 기체로 빠져나간다. 반응 결과 남는 것이 질소와 물뿐이어서 유해한 잔류물이 거의 없고, 짧은 시간에 많은 기체와 열이 한꺼번에 생기므로 추진력이 크다.

양변의 원자 수를 맞춰 보면 왼쪽 H 는 $4 + 4 = 8$ 개, O 는 4개이고 오른쪽 $\mathrm{4H_2O}$ 의 H 8개·O 4개와 일치한다.

(1) $P = \dfrac{nRT}{V} = \dfrac{0.5 \times 0.082 \times 373}{2} = 7.65$

(2) 7.65 atm

[해설]

일정한 부피의 밀폐 공간에서 기화한 기체의 압력은 이상기체 상태방정식으로 구한다.

$PV = nRT = \dfrac{W}{M}RT \quad \Rightarrow \quad P = \dfrac{WRT}{MV}$

먼저 몰수를 구한다. 다이에틸에터 $\mathrm{(C_2H_5)_2O}$ 의 분자량은

$M = 12 \times 4 + 1 \times 10 + 16 = 74\,\mathrm{g/mol}$

이므로 $n = \dfrac{37}{74} = 0.5\,\mathrm{mol}$ 이다. 온도는 반드시 절대온도로 바꿔 $T = 273 + 100 = 373\,\mathrm{K}$, 부피는 $V = 2\,\mathrm{L}$, 기체상수는 $R = 0.082\,\mathrm{atm \cdot L/(mol \cdot K)}$ 를 쓴다.

$P = \dfrac{0.5 \times 0.082 \times 373}{2} = 7.646 \rightarrow 7.65\,\mathrm{atm}$

따라서 용기 안의 압력은 7.65 atm 이다. 기체상수를 0.08205 로 더 자세히 잡아도 $7.651$ 이 되어 소수 둘째 자리에서는 같은 값이 나오므로, 어느 쪽을 써도 답은 7.65 atm 이다.

온도를 섭씨 그대로 넣거나 몰수 대신 질량을 넣는 실수가 잦다. 단위를 atm · L · mol · K 로 맞춰 두면 $R = 0.082$ 를 그대로 쓸 수 있다.

②, ④, ⑤

[해설]

제4류 위험물의 지정수량은 위험물안전관리법 시행령 별표 1에 품명별로 정해져 있다. 보기의 물질이 어느 품명에 드는지부터 가려낸 뒤 법정 수량과 대조하면 된다.

따라서 옳게 짝지어진 것은 ②, ④, ⑤ 다.

틀린 두 개를 짚어 보자. 아마인유는 동식물유류로 지정수량이 10,000 L 인데 6,000 L 로 적혀 있다. 제4석유류(6,000 L)와 헷갈리기 쉬운 지점이다. 산화프로필렌은 발화점이 낮고 비점이 34 ℃ 로 매우 낮은 특수인화물이라 지정수량이 50 L 로 가장 적은데, 200 L 로 부풀려 적혀 있다.

제4류 지정수량은 특수인화물 50 L, 제1석유류 200 L(비수용성)·400 L(수용성), 알코올류 400 L, 제2석유류 1,000 L·2,000 L, 제3석유류 2,000 L·4,000 L, 제4석유류 6,000 L, 동식물유류 10,000 L 로 묶어 두면 이런 문항을 빠르게 처리할 수 있다.

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

(2) $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5 + 6O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O}$

(3) $\mathrm{2CH_3COC_2H_5 + 11O_2 \rightarrow 8CO_2 + 8H_2O}$

(4) $\mathrm{CS_2 + 3O_2 \rightarrow CO_2 + 2SO_2}$

(5) $\mathrm{2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O}$

(6) $\mathrm{C_6H_5CH_3 + 9O_2 \rightarrow 7CO_2 + 4H_2O}$

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

[해설]

완전연소식은 원소가 갈 곳을 먼저 못 박고 계수를 맞추면 된다. 탄소는 $\mathrm{CO_2}$, 수소는 $\mathrm{H_2O}$, 황은 $\mathrm{SO_2}$ 로 간다. 필요한 산소 분자 수는 “우변의 산소 원자수 − 분자가 이미 가진 산소 원자수”를 2로 나눠 구하고, 분수가 나오면 식 전체에 2를 곱해 정수로 만든다.

(1) 아세트알데하이드 $\mathrm{CH_3CHO}$($\mathrm{C_2H_4O}$) — 2분자로 잡으면 탄소 4·수소 8이라 $\mathrm{4CO_2 + 4H_2O}$ 이고, 우변 산소 12개에서 자체 산소 2개를 빼면 $\mathrm{5O_2}$ 다.
$\mathrm{2CH_3CHO + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O}$

(2) 다이에틸에터 $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5}$($\mathrm{C_4H_{10}O}$) — 탄소 4·수소 10이므로 $\mathrm{4CO_2 + 5H_2O}$, 우변 산소 13개에서 자체 산소 1개를 빼면 $\mathrm{6O_2}$ 다.
$\mathrm{C_2H_5OC_2H_5 + 6O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O}$

(3) 메틸에틸케톤 $\mathrm{CH_3COC_2H_5}$($\mathrm{C_4H_8O}$) — 탄소 4는 $\mathrm{4CO_2}$, 수소 8은 $\mathrm{4H_2O}$ 이고 우변 산소 12개에서 자체 산소 1개를 빼면 $(12 - 1) \div 2 = 5.5$ 분자라 전체를 2배 한다.
$\mathrm{2CH_3COC_2H_5 + 11O_2 \rightarrow 8CO_2 + 8H_2O}$

(4) 이황화탄소 $\mathrm{CS_2}$ — 수소가 없어 물이 생기지 않는다. 탄소는 $\mathrm{CO_2}$, 황 2개는 $\mathrm{2SO_2}$ 이므로 산소 원자는 $2 + 4 = 6$ 개, 곧 $\mathrm{3O_2}$ 다.
$\mathrm{CS_2 + 3O_2 \rightarrow CO_2 + 2SO_2}$

(5) 벤젠 $\mathrm{C_6H_6}$ — 탄소 6은 $\mathrm{6CO_2}$, 수소 6은 $\mathrm{3H_2O}$ 이고 산소가 $7.5$ 분자라 전체를 2배 한다.
$\mathrm{2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O}$

(6) 톨루엔 $\mathrm{C_6H_5CH_3}$($\mathrm{C_7H_8}$) — 탄소 7은 $\mathrm{7CO_2}$, 수소 8은 $\mathrm{4H_2O}$, 우변 산소가 $14 + 4 = 18$ 개이므로 $\mathrm{9O_2}$ 다.
$\mathrm{C_6H_5CH_3 + 9O_2 \rightarrow 7CO_2 + 4H_2O}$

(7) 메탄올 $\mathrm{CH_3OH}$ — 2분자로 잡으면 $\mathrm{2CO_2 + 4H_2O}$ 이고 우변 산소 8개에서 자체 산소 2개를 빼면 $\mathrm{3O_2}$ 다.
$\mathrm{2CH_3OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 4H_2O}$

일곱 가지 가운데 이황화탄소만 수소가 없어 물 대신 이산화황이 나온다는 점이 갈림길이다. 아세트알데하이드·다이에틸에터·이황화탄소는 특수인화물(지정수량 50 L), 메틸에틸케톤·벤젠·톨루엔은 제1석유류, 메탄올은 알코올류에 든다. 이황화탄소는 비중이 물보다 커 물속에 넣어 저장한다.

톨루엔을 진한 황산 촉매 아래에서 진한 질산과 반응시켜(혼산에 의한 나이트로화) 만든다.

[해설]

TNT 는 제5류 위험물 중 나이트로화합물에 속하며, 폭약의 폭발력을 비교할 때 기준으로 삼는 물질이다. 제조는 방향족 탄화수소인 톨루엔에 진한 질산과 진한 황산을 섞은 혼산을 작용시키는 나이트로화 반응으로 이루어진다.

$\mathrm{C_6H_5CH_3 + 3HNO_3 \xrightarrow{c\text{-}H_2SO_4} C_6H_2CH_3(NO_2)_3 + 3H_2O}$

여기서 진한 질산은 벤젠 고리에 붙일 나이트로기($\mathrm{-NO_2}$)를 공급하고, 진한 황산은 반응에 직접 들어가지 않고 촉매 겸 탈수제로 작용해 생성된 물을 붙잡아 반응을 오른쪽으로 밀어준다. 나이트로기가 톨루엔의 2·4·6번 위치에 세 개 들어가 트라이나이트로톨루엔 $\mathrm{C_7H_5N_3O_6}$ (분자량 227)이 된다.

이렇게 분자 안에 산소를 품게 된 TNT 는 공기가 없어도 자기연소하며, 열·충격·마찰로 폭발한다. 담황색 결정으로 물에는 녹지 않고 아세톤·벤젠·에터에는 녹으며, 금속과 반응하지 않아 금속 용기에 저장할 수 있다.

15.71 $\mathrm{m^3}$

[해설]

탱크의 내용적 공식은 탱크의 모양에 따라 갈린다. 가로로 눕히고 양쪽 경판이 볼록한 원통형 탱크는 가운데 원통부의 부피에 양쪽 경판 부피를 각각 $\dfrac{1}{3}$ 씩 더한 값으로 본다.

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

여기서 $r$ 은 단면의 반지름, $l$ 은 가운데 원통부의 길이, $l_1$ · $l_2$ 는 양쪽 경판의 길이다. 그림의 단면 원에 적힌 1 m 는 지름이 아니라 반지름이므로 $r = 1\,\mathrm{m}$ 로 대입한다. 여기를 지름으로 잘못 읽으면 값이 4분의 1로 어긋난다.

$V = \pi \times 1^2 \times \left(4 + \dfrac{1.5 + 1.5}{3}\right) = \pi \times 5 = 15.707 \rightarrow 15.71\,\mathrm{m^3}$

따라서 내용적은 15.71 $\mathrm{m^3}$ 이다.

양 끝이 평평한 횡형 탱크나 세워서 설치한 원통형 탱크는 경판을 셈에 넣지 않고 $V = \pi r^2 l$ 만 쓴다. 또한 탱크의 용량은 내용적 그대로가 아니라 내용적에서 공간용적(보통 내용적의 5~10 %)을 뺀 값이므로, 내용적을 묻는 이 문제에서는 공간용적을 빼지 않는다.

① 70

② 1.5

③ 10

④ 기밀시험

⑤ 비파괴시험

[해설]

지하저장탱크는 땅에 묻고 나면 새는 곳을 눈으로 확인하기 어렵기 때문에, 묻기 전에 압력을 걸어 누설과 변형이 없는지 확인하도록 위험물안전관리법 시행규칙 별표 8에서 정하고 있다.

기준은 탱크의 종류에 따라 갈린다. 최대상용압력이 46.7 kPa 이상인 압력탱크는 최대상용압력의 1.5배 압력으로, 그 밖의 탱크는 70 kPa 의 압력으로 각각 10분간 수압시험을 한다. 시험 중 새거나 변형되지 않아야 한다.

다만 실제 현장에서 수압시험이 어려운 경우가 있어, 소방청장이 정하여 고시하는 기밀시험과 비파괴시험을 동시에 실시하면 수압시험을 대신할 수 있다. 두 시험 중 하나만 해서는 대체가 되지 않는다는 점이 자주 묻힌다.

탱크별 시험 기준을 견주면 다음과 같다.

지하저장탱크와 이동저장탱크는 70 kPa 로 같지만, 옥외저장탱크만 물을 가득 채우는 충수시험을 한다는 점이 다르다.

(1) $\mathrm{2K_2O_2 + 2CO_2 \rightarrow 2K_2CO_3 + O_2}$ 에서 $\mathrm{K_2O_2 : O_2 = 2 : 1}$ 이므로 $1\,\mathrm{mol} \times \dfrac{1}{2} \times 22.4 = 11.2$

(2) 11.2 L

[해설]

과산화칼륨은 제1류 위험물 중 무기과산화물(알칼리금속의 과산화물)로, 이산화탄소와 만나면 탄산칼륨이 되면서 산소를 내놓는다.

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

반응식에서 과산화칼륨과 산소의 몰 비는 2 : 1 이다. 따라서 과산화칼륨 1 mol 이 반응하면 산소는 0.5 mol 이 생긴다.

표준상태(0 ℃, 1기압)에서 기체 1 mol 의 부피는 22.4 L 이므로

$V = 0.5 \times 22.4 = 11.2\,\mathrm{L}$

곧 발생하는 산소의 부피는 11.2 L 다. 몰 비를 1 : 1 로 잘못 보면 22.4 L 가 나오므로 계수를 반드시 확인해야 한다.

과산화칼륨은 물과도 반응해 산소를 낸다 — $\mathrm{2K_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 4KOH + O_2}$. 물과 이산화탄소 모두와 반응해 조연성 기체인 산소를 내놓으므로 주수소화와 이산화탄소 소화는 금지이며, 마른 모래나 탄산수소염류 분말로 질식소화한다.

아세트산, 폼산

[해설]

발문이 말하는 “1기압에서 인화점 21 ℃ 이상 70 ℃ 미만”은 곧 제2석유류의 정의다. 따라서 보기에서 제2석유류이면서 수용성인 것을 고르면 된다.

남는 것은 아세트산과 폼산 둘이다. 폼산은 포름산·의산으로도 불리는 같은 물질($\mathrm{HCOOH}$)이므로 어느 이름으로 답해도 된다.

나머지가 걸러지는 까닭은 이렇다. 나이트로벤젠은 인화점이 88 ℃ 라 제3석유류이고 물에 녹지 않는다. 글리세린은 물에 잘 녹지만 인화점이 160 ℃ 로 구간을 훌쩍 넘어 제3석유류다. 테레핀유는 인화점 35 ℃ 로 구간 안에 들지만 비수용성이라 “수용성” 조건에서 탈락한다. 두 조건 가운데 하나만 보고 고르면 틀리기 쉬운 문항이다.

참고로 석유류의 구분 기준은 인화점이다. 제1석유류는 21 ℃ 미만, 제2석유류는 21 ℃ 이상 70 ℃ 미만, 제3석유류는 70 ℃ 이상 200 ℃ 미만, 제4석유류는 200 ℃ 이상 250 ℃ 미만이다.

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

(2) $\mathrm{NH_4H_2PO_4 \rightarrow NH_3 + H_3PO_4}$

[해설]

분말소화약제는 열을 받으면 분해되면서 이산화탄소·수증기·암모니아 같은 기체를 내놓아 산소를 막고(질식), 분해에 열을 빼앗아 온도를 낮춘다(냉각). 주성분과 착색은 종별로 다음과 같다.

탄산수소칼륨은 제2종 분말소화약제로, 약 190 ℃ 에서 $\mathrm{2KHCO_3 \rightarrow K_2CO_3 + CO_2 + H_2O}$ 로 분해된다. 계수 2를 빠뜨리면 양변의 칼륨 수가 맞지 않으므로 주의한다. 더 높은 온도(약 590 ℃)에서는 $\mathrm{2KHCO_3 \rightarrow K_2O + 2CO_2 + H_2O}$ 로 2차 분해한다.

제1인산암모늄은 제3종 분말소화약제로, 약 190 ℃ 에서 $\mathrm{NH_4H_2PO_4 \rightarrow NH_3 + H_3PO_4}$ 로 분해되어 암모니아와 오쏘인산이 된다. 온도가 더 오르면 $\mathrm{2H_3PO_4 \rightarrow H_4P_2O_7 + H_2O}$(피로인산, 약 215 ℃), 이어서 $\mathrm{H_4P_2O_7 \rightarrow 2HPO_3 + H_2O}$(메타인산, 약 300 ℃)로 이어진다. 마지막에 생기는 메타인산이 타고 있는 물질의 표면에 유리막을 씌워 산소를 차단하기 때문에, 제3종만 일반화재(A급)에도 쓸 수 있다.

(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) 50 kg

(2) 50 kg

(3) 300 kg

(4) 300 kg

(5) 1,000 kg

[해설]

제1류 위험물(산화성 고체)의 지정수량은 50 kg·300 kg·1,000 kg 세 단계뿐이다.

50 kg — 아염소산염류, 염소산염류, 과염소산염류, 무기과산화물

300 kg — 브로민산염류, 질산염류, 아이오딘산염류

1,000 kg — 과망가니즈산염류, 다이크로뮴산염류

앞의 네 품명이 50 kg, 가운데 세 품명이 300 kg, 마지막 두 품명이 1,000 kg으로 묶어 외우면 편하다. 그 밖에 행정안전부령으로 정하는 것도 이 세 값 가운데 하나로 정해진다.

(1) 표면연소, 분해연소, 증발연소, 자기연소

(2) 증발연소

[해설]

고체의 연소는 “무엇이 실제로 타는가”에 따라 넷으로 나뉜다.

자기연소는 내부연소라고도 하며, 산소 공급을 끊는 질식소화가 듣지 않아 다량의 물로 냉각하는 것이 원칙이다.

황은 녹는점이 약 115 ℃ 로 낮아, 불이 붙기 전에 먼저 녹고 증발한다. 실제로 타는 것은 고체 표면이 아니라 이때 생긴 황 증기이므로 황의 연소형태는 증발연소다. 이때 $\mathrm{S + O_2 \rightarrow SO_2}$ 반응으로 자극성이 강한 이산화황이 생긴다.

참고로 액체의 연소는 증발연소가 기본이고, 기체는 확산연소·예혼합연소로 구분한다.