2020년 위험물기능사실기(필답형) 2회차

(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.

(1) $\mathrm{HCN}$

(2) $\mathrm{C_5H_5N}$

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

(4) $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5}$

(5) $\mathrm{C_2H_5OH}$

[해설]

화학식과 함께 품명·지정수량까지 묶어 외워 두면 다른 문항에도 그대로 쓸 수 있다.

피리딘은 벤젠 고리의 탄소 하나가 질소로 바뀐 육각형 고리 화합물이라 $\mathrm{C_5H_5N}$이 되고, 에틸렌글라이콜은 에테인 골격 양쪽 끝에 -OH가 하나씩 붙은 2가 알코올이라 $\mathrm{C_2H_4(OH)_2}$로 쓴다. 다이에틸에터는 에틸기 두 개가 산소를 사이에 두고 이어진 구조다.

(1) 탄산수소나트륨, $\mathrm{NaHCO_3}$

(2) 탄산수소칼륨, $\mathrm{KHCO_3}$

(3) 제1인산암모늄, $\mathrm{NH_4H_2PO_4}$

[해설]

분말소화약제는 주성분으로 구분한다. 제1종과 제2종은 탄산수소염, 제3종은 인산염이다.

• 제1종 — 탄산수소나트륨 NaHCO₃(백색, B·C급).
• 제2종 — 탄산수소칼륨 KHCO₃(담회색, B·C급).
• 제3종 — 제1인산암모늄 NH₄H₂PO₄(담홍색, A·B·C급).

제3종만 A급 화재에도 쓸 수 있는 것은 열분해로 생긴 메타인산(HPO₃)이 타는 물질 표면에 막을 씌워 산소를 차단하기 때문이다.

혼동 주의: 그냥 '인산암모늄'이 아니라 제1인산암모늄으로 써야 화학식과 맞는다.

(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]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 19(운반기준)의 혼재 기준표에 따른다. 한 차량에 함께 실을 수 있는 짝은 1과 6, 2와 4, 2와 5, 3과 4, 4와 5의 다섯 쌍뿐이다.

• 제1류(산화성 고체)는 같은 산화성인 제6류와만 실을 수 있다.
• 제2류(가연성 고체)는 제4류·제5류와 실을 수 있다.
• 제3류(자연발화성·금수성 물질)는 제4류와만 실을 수 있다.
• 제4류(인화성 액체)는 제2류·제3류·제5류와 실을 수 있다.
• 제5류(자기반응성 물질)는 제2류·제4류와 실을 수 있다.
• 제6류(산화성 액체)는 제1류와만 실을 수 있다.

혼재 불가는 위 다섯 쌍에 들지 않는 나머지 유별이며, 자기 유별은 답에 넣지 않는다. 지정수량의 1/10 이하인 위험물에는 이 기준을 적용하지 않는다.

외우는 요령: "4는 2·3과, 5는 2·4와, 6은 1과"(423·524·61)로 묶으면 표 전체가 복원된다.

(1) $\mathrm{2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2}$

(2) 수소

[해설]

칼륨(K)은 제3류 위험물(자연발화성 및 금수성 물질)로, 물과 만나면 수산화칼륨을 만들면서 수소를 낸다.

반응식은 다음과 같다.
2K + 2H₂O → 2KOH + H₂

이때 나는 반응열이 수소에 불을 붙여 폭발로 이어질 수 있어, 칼륨은 등유·유동파라핀 같은 석유류 속에 보관한다. 불이 나면 물과 이산화탄소를 쓰지 말고 마른모래로 덮어 끈다.

(1) 마그네슘($\mathrm{Mg}$)

(2) $\mathrm{Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2}$

(3) $\mathrm{Mg + 2H_2O \rightarrow Mg(OH)_2 + H_2}$

(4) 해당 없음

[해설]

원자량이 24(정확히는 24.3)인 은백색 경금속은 마그네슘이다. 위험물안전관리법령상 제2류 위험물 “마그네슘”이며 지정수량은 500 kg이다.

(2) 산과 만나면 수소를 낸다 — $\mathrm{Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2}$

(3) 물, 특히 뜨거운 물과도 반응해 수산화마그네슘과 수소를 낸다 — $\mathrm{Mg + 2H_2O \rightarrow Mg(OH)_2 + H_2}$

(4) 물을 쓰는 옥내소화전·물분무·포는 위 반응으로 수소를 만들어 오히려 위험하고, 이산화탄소도 $\mathrm{2Mg + CO_2 \rightarrow 2MgO + C}$ 로 분해되어 연소를 돕는다. 네 설비 모두 적응성이 없으므로 답은 해당 없음이고, 실제로는 탄산수소염류 분말소화약제·마른모래·팽창질석으로 질식소화한다.

(1) 인화칼슘

(2) $\mathrm{Ca_3P_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2PH_3}$

[해설]

적갈색 고체, 비중 약 2.5, 지정수량 300 kg, 인화수소 발생은 모두 제3류 「금속의 인화물」인 인화칼슘(Ca₃P₂)을 가리키는 단서다.

물과 만나면 수산화칼슘과 함께 맹독성 가연성 기체인 포스핀(PH₃)을 낸다.
Ca₃P₂ + 6H₂O → 3Ca(OH)₂ + 2PH₃

혼동 주의: 탄화칼슘(CaC₂)은 물과 만나면 포스핀이 아니라 아세틸렌을 낸다.

이황화탄소, 다이에틸에터, 아세트알데하이드

[해설]

보기의 물질은 모두 제4류 위험물이다. 제4류에서 위험등급 I은 특수인화물 하나뿐이다.

• 이황화탄소·다이에틸에터·아세트알데하이드는 특수인화물(지정수량 50 L)이라서 위험등급 I이다.
• 휘발유·메틸에틸케톤·아세톤은 제1석유류라서 위험등급 II이다.
• 에틸알코올은 알코올류라서 위험등급 II이다.

혼동 주의: 아세톤은 인화점(약 -18 ℃)이 낮아도 비점이 약 56 ℃로 40 ℃를 넘는다. 그래서 특수인화물이 아니라 제1석유류다.

(1) $\mathrm{CH_3COOH + 2O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O}$에서 $1 : 2 = 2 : x$ → $x = 4$

(2) 4 mol

[해설]

아세트산(CH₃COOH)이 완전연소하면 탄소 2개가 모두 CO₂가 된다. 따라서 아세트산과 이산화탄소의 몰비는 1 : 2이다.

CH₃COOH + 2O₂ → 2CO₂ + 2H₂O
1 : 2 = 2 : x
x = 4 mol

혼동 주의: 연소식을 세울 때는 분자 안에 이미 있는 산소 2개를 빼고 O₂ 계수를 맞춰야 한다.

(1) 0.5 m 이상

(2) 0.5 m 이상

(3) 20,000 L

(4) $400 \times 40 = 16{,}000$ → 16,000 L

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 7(옥내탱크저장소)에 따라 탱크와 탱크전용실 벽 사이, 탱크 상호 간은 각각 0.5 m 이상 띄운다.

단층건물 탱크전용실의 탱크 용량은 지정수량의 40배 이하로 한다. 제4석유류·동식물유류를 뺀 제4류 위험물은 20,000 L를 넘을 수 없다.

경유는 제2석유류(비수용성)이며 지정수량은 1,000 L이다.
1,000 × 40 = 40,000 L
20,000 L 한도에 걸리므로 20,000 L

메탄올은 알코올류이며 지정수량은 400 L이다.
400 × 40 = 16,000 L
한도 이하이므로 16,000 L

① $\mathrm{NaMnO_4}$

② $\mathrm{NaClO_4}$

③ 50 kg

④ $\mathrm{KNO_3}$

⑤ 300 kg

[해설]

제1류 위험물의 지정수량은 개별 물질이 아니라 품명을 보고 정한다. 물질명 끝의 「○○산염류」를 먼저 찾는 것이 요령이다.

과염소산나트륨은 과염소산염류라서 50 kg, 질산칼륨은 질산염류라서 300 kg, 과망가니즈산나트륨은 과망가니즈산염류라서 1,000 kg이다.

화학식은 산의 이름에서 음이온을 되짚으면 된다. 과염소산 $\mathrm{HClO_4}$의 음이온 $\mathrm{ClO_4^-}$에 나트륨을 붙여 $\mathrm{NaClO_4}$, 질산 $\mathrm{HNO_3}$에서 $\mathrm{KNO_3}$, 과망가니즈산에서 $\mathrm{NaMnO_4}$가 나온다.

질산칼륨은 가열하면 산소를 내놓아 조연성을 띠며, 숯·황과 섞어 흑색화약을 만든다.

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

① 특수인화물

② 100

③ 20

④ 40

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 1의 제4류 품명 정의에 나오는 품명이다. 빈칸의 품명은 특수인화물(지정수량 50 L, 위험등급 I)이다.

1기압에서 발화점 100 ℃ 이하인 것, 또는 인화점 영하 20 ℃ 이하이면서 비점 40 ℃ 이하인 것이 특수인화물이다. 두 조건 중 하나만 만족하면 되지만, 뒤쪽 조건은 인화점과 비점을 모두 충족해야 한다.

외우는 요령: 발화점·인화점·비점의 순서대로 "100·영하 20·40"으로 묶어 외운다.

(1) $\mathrm{S + O_2 \rightarrow SO_2}$

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

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

[해설]

제2류 위험물(가연성 고체)은 연소하면 구성 원소가 각각 산화물이 된다. 생성물을 먼저 정한 뒤 원자 수로 계수를 맞춘다.

• 황은 푸른 불꽃을 내며 이산화황이 된다.
  S + O₂ → SO₂
• 알루미늄분은 Al(+3가)과 O(−2가)가 Al₂O₃를 만들며, Al 4개에 O₂ 3개가 필요하다.
  4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃
• 삼황화인은 인 4개가 2P₂O₅, 황 3개가 3SO₂가 되고, 우변 산소 원자가 16개이므로 O₂는 8개다.
  P₄S₃ + 8O₂ → 2P₂O₅ + 3SO₂

혼동 주의: 알루미늄분은 물과 반응하면 수소를 내므로 주수소화하면 안 되고, 마른모래로 질식소화한다.

(1) $\dfrac{10}{10} + \dfrac{150}{10} + \dfrac{100}{100} = 1 + 15 + 1 = 17$

(2) 17배

[해설]

한 장소에 여러 위험물을 저장할 때의 지정수량 배수는 물질별 배수를 각각 구해 더한다.

$\text{배수의 합} = \sum \dfrac{\text{저장수량}}{\text{지정수량}}$

현행 위험물안전관리법 시행령 별표 1은 제5류 위험물의 지정수량을 품명별로 정하지 않고, 위험성 시험 결과에 따라 제1종 10 kg, 제2종 100 kg으로 구분한다. 보기에 제1종·제2종이 함께 표시된 것은 이 기준을 따른 것이다.

$1 + 15 + 1 = 17$ → 17배

배수의 합이 1 이상이면 그 장소는 허가 대상 제조소등이 되고, 옥내저장소는 배수 구간에 따라 보유공지의 너비가 달라진다.

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

(2) $162.4\,\mathrm{m^3}$

[해설]

나이트로글리세린 C₃H₅(ONO₂)₃는 수소가 홀수(5개)라서 반응물을 4분자로 잡아 계수를 맞춘다.
4C₃H₅(ONO₂)₃ → 12CO₂ + 10H₂O + 6N₂ + O₂

생성 기체 계수의 합이 12 + 10 + 6 + 1 = 29이므로 4 kmol에서 기체 29 kmol이 나온다.

표준상태에서 기체 1 kmol의 부피는 22.4 m³이다.
V = 1 × (29 ÷ 4) × 22.4 = 162.4 m³

혼동 주의: 분해할 때의 고온에서는 물도 수증기이므로 10H₂O를 기체 몰수에 넣는다.

① → ② → ③ → ④

[해설]

산소산의 세기는 중심원자에 붙은 산소 수가 많을수록 커진다. 산소가 전자를 끌어당겨 O–H 결합이 약해지므로 H⁺를 더 잘 내놓기 때문이다.

HClO(하이포아염소산, Cl 산화수 +1) < HClO₂(아염소산, +3) < HClO₃(염소산, +5) < HClO₄(과염소산, +7)의 순서로 강해진다.

이 가운데 과염소산만 제6류 위험물(산화성 액체, 지정수량 300 kg)에 해당한다.

(1) $\dfrac{6{,}000}{300 \times 10} = 2$

(2) 2단위

[해설]

소요단위는 소화설비를 얼마나 갖출지 따지기 위해 건축물의 규모나 위험물의 양을 1단위로 묶어 놓은 기준이다. 위험물은 지정수량의 10배가 1소요단위다.

오불화브로민은 할로젠간화합물이므로 제6류 위험물이고 지정수량은 300 kg이다. 따라서 1소요단위는 $300 \times 10 = 3{,}000\,\mathrm{kg}$이 된다.

$\text{소요단위} = \dfrac{6{,}000}{300 \times 10} = 2$ → 2단위

참고로 건축물의 소요단위는 아래와 같이 잡는다.

제6류 위험물은 과염소산·과산화수소·질산·할로젠간화합물이 모두 지정수량 300 kg으로 같다.

(1) 391.84 g

(2) 274.29 L

[해설]

염소산칼륨은 가열하면 염화칼륨과 산소로 분해되며, 표준상태에서 기체 1 mol은 22.4 L이다.
2KClO₃ → 2KCl + 3O₂

KClO₃ 분자량 = 39 + 35.5 + 16 × 3 = 122.5
KClO₃ 몰수 = 1,000 ÷ 122.5 = 8.1633 mol
O₂ 몰수 = 8.1633 × 3/2 = 12.245 mol

산소 질량 = 12.245 × 32 = 391.84 g
산소 부피 = 12.245 × 22.4 = 274.29 L

2,063.48 L

[해설]

탄소의 완전연소식 C + O₂ → CO₂에서 탄소와 산소의 몰비는 1 : 1이다. 표준상태가 아니므로 이상기체 상태방정식(PV = nRT)으로 부피를 구한다.

n = 1,000 / 12 = 83.33 mol
P = 750 / 760 = 0.9868 atm, T = 273 + 25 = 298 K
V = nRT / P = (83.33 × 0.082 × 298) / 0.9868
V = 2,063.48 L

혼동 주의: 22.4 L를 그대로 곱하면 안 되고, R = 0.082에 단위를 맞추려면 압력을 반드시 atm으로 바꿔야 한다.

(1) 화기주의, 물기엄금

(2) 화기엄금

(3) 화기엄금, 충격주의

(4) 가연물접촉주의

(5) 화기엄금, 공기접촉엄금

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 19는 운반용기에 표시할 주의사항을 물질별이 아니라 유별로 정한다.

• 마그네슘 — 제2류 중 철분·금속분·마그네슘에 해당하므로 화기주의, 물기엄금.
• 아세톤 — 제4류 인화성 액체(제1석유류)이므로 화기엄금.
• 과산화벤조일 — 제5류 자기반응성 물질(유기과산화물)이므로 화기엄금, 충격주의.
• 과산화수소 — 제6류 산화성 액체이므로 가연물접촉주의.
• 황린 — 제3류 중 자연발화성 물질이므로 화기엄금, 공기접촉엄금.

혼동 주의: 황린은 물속에 저장하는 자연발화성 물질이라 공기접촉엄금이다. 물기엄금은 칼륨·나트륨 같은 금수성 물질에 붙는다.