2018년 위험물기능사실기(필답형) 2회차

아세톤, 메틸알코올, 에틸알코올

[해설]

[보기]의 물질을 품명별로 정리하면 다음과 같다.

따라서 지정수량이 400 L 로 같은 것은 아세톤·메틸알코올·에틸알코올 세 가지다.

이 문제의 함정은 두 가지다. 첫째, 같은 제1석유류라도 물에 녹는지에 따라 수용성은 400 L, 비수용성은 200 L 로 갈린다. 아세톤은 물과 잘 섞이므로 400 L, 가솔린은 섞이지 않으므로 200 L 다. 둘째, 알코올류는 한 분자를 이루는 탄소 원자 수가 1개에서 3개까지인 포화 1가 알코올을 말하며 지정수량은 400 L 다. 메틸알코올과 에틸알코올이 여기에 해당한다.

(1) 30 mm 이상

(2) 45° 이상

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 6(옥외탱크저장소 기준)은 밸브 없는 통기관의 지름과 끝부분 모양을 정해 둔다.

• 지름 — 30 mm 이상으로 해서 탱크 안팎의 압력 차를 충분히 해소한다.
• 끝부분 — 수평면보다 45° 이상 아래로 구부려 빗물·이물질이 들어오지 않게 한다.

통기관 끝에는 불꽃이 들어오지 않도록 가는 눈 구리망 같은 인화방지장치도 단다. 혼동 주의: 대기밸브부착 통기관은 지름·각도 대신 5 kPa 이하의 압력 차로 작동해야 한다는 기준이 붙는다.

(1) 2 m 이상

(2) 0.4 $\mathrm{m^2}$ 이내

(3) 그 벽면 면적의 80분의 1 이내

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙의 옥내저장소 기준은 충격·마찰에 민감한 지정과산화물 저장창고의 창을 높고 작게 제한한다.

• 창의 높이 — 바닥면에서 2 m 이상 높이에 둔다.
• 창 하나의 면적 — 0.4 m² 이내로 한다.
• 한 벽면의 창 면적 합계 — 그 벽면 면적의 80분의 1 이내로 한다.

창을 높고 작게 내면 직사광선과 외부 충격을 피하고 폭발 피해가 번지는 것을 줄일 수 있다.

혼동 주의: 저장창고 자체는 바닥면적 150 m² 이내마다 격벽으로 구획한다.

$CaC_2 + N_2 \rightarrow CaCN_2 + C$

[해설]

탄화칼슘(CaC₂)을 고온에서 질소와 반응시키면 질소가 고정되어 석회질소(칼슘사이안아마이드, CaCN₂)와 탄소가 생긴다.

양변 모두 칼슘 1개·탄소 2개·질소 2개라 계수 없이 균형이 맞는다.
CaC₂ + N₂ → CaCN₂ + C

혼동 주의: 물과의 반응은 CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂로 아세틸렌이 생기는 별개 반응이다.

(1) 황색

(2) 흑색

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙은 주유취급소에 “주유 중 엔진정지” 게시판을 두도록 하고, 그 색상을 황색 바탕에 흑색 문자로 정하고 있다. 게시판은 한 변이 0.3 m 이상, 다른 한 변이 0.6 m 이상인 직사각형으로 한다.

주유 중 시동을 끄게 하는 이유는 배기관의 불티나 전기 계통의 불꽃이 휘발유 증기의 점화원이 될 수 있기 때문이다.

다른 게시판과 헷갈리기 쉬우니 색을 함께 정리해 둔다.

마그네슘이 이산화탄소를 환원시켜 가연성 가스인 일산화탄소와 탄소를 만들어 내므로, 불이 꺼지기는커녕 연소가 계속되기 때문이다.

[해설]

마그네슘은 환원력이 강한 금속이라 CO₂에서 산소를 빼앗아 타므로 질식소화가 되지 않는다.

이 반응에서 탄소와 가연성 가스인 일산화탄소가 생겨 연소가 계속된다.
2Mg + CO₂ → 2MgO + C
Mg + CO₂ → MgO + CO

혼동 주의: 물도 수소를 내므로 금지이며, 마그네슘 화재는 마른모래·팽창질석·팽창진주암으로 덮어 끈다.

약 18.85 $\mathrm{m^3}$

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준의 탱크 내용적 계산식에 따르면, 세로로 설치한 종형 원통형 탱크는 윗부분의 둥근 경판을 빼고 원통부만 계산한다.

반지름 r = 1 m, 원통부 높이 l = 6 m를 대입한다.
V = πr²l
= π × 1² × 6
= 약 18.85 m³

혼동 주의: 가로로 눕힌 횡형 원통형 탱크는 V = πr²(l + (l₁ + l₂)/3)처럼 경판 길이를 더해 계산한다. 이 문제는 내용적만 물었으므로 공간용적은 빼지 않는다.

$NH_4H_2PO_4 \rightarrow HPO_3 + NH_3 + H_2O$

[해설]

제3종 분말소화약제의 주성분은 제일인산암모늄(NH₄H₂PO₄)이다. 이 물질이 완전히 열분해되면 메타인산·암모니아·물로 나뉜다.

완전 열분해식은 다음과 같다.
NH₄H₂PO₄ → HPO₃ + NH₃ + H₂O

양변의 원자 수가 N 1·H 6·P 1·O 4로 같아서 계수를 붙이지 않아도 균형이 맞는다. 분해 후 남는 메타인산이 가연물 표면에 유리질 막을 만들어 산소를 막으므로 A급 화재에도 효과가 있다.

혼동 주의: 제1종(NaHCO₃)과 제2종(KHCO₃)이 분해될 때는 CO₂와 H₂O가 나온다.

(1) $NaClO_2$

(2) $K_2O_2$

(3) $KClO_4$

(4) $KBrO_3$

[해설]

제1류 위험물 염류의 화학식은 금속 양이온과 산소산 음이온의 전하를 맞춰 세운다. 염소의 산소산 음이온은 산소가 늘수록 아염소산 ClO₂^- → 염소산 ClO₃^- → 과염소산 ClO₄^- 로 이름이 바뀐다.

• 아염소산나트륨 — Na⁺와 ClO₂^-가 1:1로 결합한 NaClO₂.
• 과산화칼륨 — 과산화 이온 O₂^2-에 K⁺ 두 개가 붙은 K₂O₂.
• 과염소산칼륨 — K⁺와 ClO₄^-가 결합한 KClO₄.
• 브로민산칼륨 — 브로민산 이온 BrO₃^-와 K⁺가 결합한 KBrO₃.

혼동 주의: 산화칼륨 K₂O와 과산화칼륨 K₂O₂는 다른 물질이며, 제1류 무기과산화물에 드는 것은 과산화칼륨이다.

(1) $2Li + 2H_2O \rightarrow 2LiOH + H_2$

(2) $H_2$

[해설]

리튬은 제3류 위험물인 알칼리금속(지정수량 50 kg)이다. 물과 만나면 수산화리튬과 수소를 내며 열을 낸다.

반응식은 다음과 같다.
2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂

반응열로 수소에 불이 붙으면 폭발할 수 있다. 그래서 물을 뿌려 끄면 안 되고, 마른모래나 팽창질석으로 덮어 질식소화한다.

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

(2) 약 38.79 $\mathrm{m^3}$

[해설]

제2종 분말소화약제의 주성분 탄산수소칼륨은 약 190 ℃에서 1차 분해해 탄산칼륨·이산화탄소·수증기를 낸다.
2KHCO₃ → K₂CO₃ + CO₂ + H₂O

KHCO₃의 분자량은 39 + 1 + 12 + 16 × 3 = 100이므로 200 kg은 2 kmol이다. 반응식에서 KHCO₃와 CO₂의 몰비가 2:1이므로 CO₂는 1 kmol이 생긴다.

부피는 이상기체 상태방정식으로 구한다.
V = nRT / P
V = 1 × 0.082 × (273 + 200) / 1
V ≈ 38.79 m³

혼동 주의: 조건이 200 ℃이므로 절대온도 473 K를 대입해야 하며, 표준상태 값인 22.4 m³/kmol을 그대로 쓰면 틀린다.

① 특수인화물

② 제1석유류

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙의 운송기준에 따라 위험물운송자는 위험물안전카드를 지녀야 한다. 제4류 위험물 중에서는 특수인화물과 제1석유류만 대상이다.

• 특수인화물 — 다이에틸에터·이황화탄소처럼 인화점·발화점이 매우 낮은 품명이다.
• 제1석유류 — 휘발유·아세톤처럼 인화점이 21 ℃ 미만인 품명이다.

혼동 주의: 제4류가 아닌 다른 유별은 품명과 관계없이 모두 안전카드를 지녀야 한다.

① 특수인화물

② 100

③ 20

④ 40

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 1의 제4류 품명 정의로, 이황화탄소·다이에틸에터가 대표 물질인 품명은 특수인화물이다.

• 발화점 기준 — 1기압에서 발화점이 100 ℃ 이하이면 해당한다(이황화탄소가 대표).
• 인화점·비점 기준 — 인화점이 영하 20 ℃ 이하이면서 비점이 40 ℃ 이하이면 해당한다(다이에틸에터가 대표).

두 기준 중 하나만 만족하면 되지만, 두 번째 기준은 인화점과 비점을 모두 충족해야 한다. 특수인화물의 지정수량은 50 L다.

(1) 산화프로필렌

(2) $CH_3CHOCH_2$

[해설]

분자량 58, 인화점 약 -37 ℃, 비점 약 34 ℃의 무색 휘발성 액체는 산화프로필렌으로, 제4류 특수인화물에 속한다.

시성식은 CH₃CHOCH₂(분자식 C₃H₆O)이고, 분자량을 검산하면 다음과 같다.
12 × 3 + 1 × 6 + 16 = 58

증기압이 높고 연소범위가 넓어 공기와 폭발성 혼합기를 만들기 쉬우므로, 저장 용기 윗부분에 질소 같은 불활성 기체를 채워 공기를 차단한다.

혼동 주의: 은·수은·구리·마그네슘 설비를 쓰지 않는 것은 폭발성 아세틸라이드 생성을 막기 위한 별도의 기준이다.

70 % 이상

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙은 제조소에서 정전기가 생길 우려가 있는 설비에 대해 다음 가운데 하나의 방법으로 정전기를 유효하게 제거하는 설비를 갖추도록 하고 있다.

① 접지에 의한 방법

② 공기 중의 상대습도를 70 % 이상으로 하는 방법

③ 공기를 이온화하는 방법

습도를 올리면 물체 표면에 아주 얇은 수막이 생겨 쌓인 전하가 흘러 나가므로 방전이 일어나지 않는다. 반대로 건조한 겨울철에는 전하가 그대로 축적되어 불꽃방전으로 이어지기 쉽다. 유속을 낮추거나 제전기를 쓰는 것도 실무에서 쓰는 보조 수단이지만, 법령이 정한 방법은 위의 세 가지다.

(1) 벤젠 고리의 1번 탄소에 $-CH_3$, 2·4·6번 탄소에 $-NO_2$ 가 붙은 구조 — $C_6H_2(NO_2)_3CH_3$

(2) 벤젠 고리의 1번 탄소에 $-OH$, 2·4·6번 탄소에 $-NO_2$ 가 붙은 구조 — $C_6H_2(NO_2)_3OH$

[해설]

(2) 트라이나이트로페놀(피크르산)

두 물질 모두 벤젠 고리에 나이트로기($-NO_2$)가 2·4·6번 자리에 세 개 붙은 나이트로화합물이다. 1번 자리에 무엇이 붙느냐가 둘을 가르는데, 메틸기($-CH_3$)면 트라이나이트로톨루엔, 하이드록시기($-OH$)면 트라이나이트로페놀이다.

제법도 같은 원리다. 톨루엔 또는 페놀을 진한 질산과 진한 황산의 혼산으로 나이트로화하면 각각 TNT 와 피크르산을 얻는다.

분자식과 분자량은 TNT 가 $C_7H_5N_3O_6$(227), 피크르산이 $C_6H_3N_3O_7$(229)이다. 분해할 때는 다량의 기체를 순간적으로 내놓아 폭발한다.

$2C_6H_2CH_3(NO_2)_3 \rightarrow 12CO + 2C + 3N_2 + 5H_2$

$2C_6H_2OH(NO_2)_3 \rightarrow 4CO_2 + 6CO + 2C + 3N_2 + 3H_2$

피크르산은 산성을 띠어 금속과 반응하면 충격에 아주 예민한 금속염을 만들므로 철·구리·납 용기를 쓰지 않으며, 건조하면 위험해져 물에 적신 상태로 저장한다.

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

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

(3) 금속분

[해설]

(1) 알루미늄이 산소와 결합하면 흰색 고체인 산화알루미늄이 되며, 이것이 연기처럼 보인다.

$4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$

(2) 알루미늄은 산과 염기 모두와 반응하는 양쪽성 금속이다. 염산과는 다음과 같이 반응해 수소를 낸다.

$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2$

수산화나트륨 수용액과도 $2Al + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow 2NaAlO_2 + 3H_2$ 로 반응해 역시 수소를 낸다.

(3) 알루미늄분은 제2류 가연성 고체 중 금속분이며 지정수량은 500 kg 이다. 여기서 금속분이란 알칼리금속·알칼리토류금속·철·마그네슘 외의 금속 분말로서, 150 마이크로미터의 체를 통과하는 것이 50 중량퍼센트 이상인 것을 말한다.

분말이라 표면적이 넓어 점화되기 쉽고, 물과도 반응해 수소를 내므로 주수소화를 하지 않고 마른모래 등으로 질식소화한다.

5 m 이상

[해설]

위험물제조소의 보유공지는 취급하는 위험물의 지정수량 배수에 따라 갈린다.

그러므로 먼저 지정수량 배수의 합을 구한다. 제5류 위험물의 지정수량은 제1종이 10 kg, 제2종이 100 kg 이다.

$\dfrac{900}{100} + \dfrac{300}{100} + \dfrac{100}{10} = 9 + 3 + 10 = 22$

배수의 합이 22배로 10배를 넘으므로 보유공지는 5 m 이상이어야 한다.

제5류 위험물의 지정수량은 법령이 개정되면서 품명별 값이 아니라 제1종 10 kg·제2종 100 kg 으로 나뉘게 되었고, 종의 구분은 위험물안전관리에 관한 세부기준이 정한 시험 결과에 따른다. 그래서 발문의 표에 종을 함께 적었다. 개정 전 품명별 기준(유기과산화물·질산에스터류 10 kg, 하이드록실아민 100 kg)으로 계산하면 $9 + 30 + 10 = 49$ 배가 되는데, 어느 기준으로 잡아도 10배를 크게 넘으므로 답은 5 m 이상으로 같다.

참고로 보유공지는 제조소 주위에 비워 두는 공간으로, 화재가 이웃 시설로 번지는 것을 막고 소화·피난 활동에 필요한 자리를 확보하기 위한 것이다.

4개

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 10에 따라 이동저장탱크 내부에는 4,000 L 이하마다 두께 3.2 mm 이상의 강철판으로 칸막이를 설치한다.

구획 수 = 탱크 용량 ÷ 4,000
구획 수 = 20,000 ÷ 4,000 = 5
칸막이 수 = 5 − 1 = 4개

혼동 주의: 묻는 것은 구획(방)의 수가 아니라 구획 사이를 막는 칸막이의 수이므로 1을 뺀다.

(1) 이산화질소(NO₂)

(2) $\mathrm{4HNO_3 \rightarrow 2H_2O + 4NO_2 + O_2}$

[해설]

질산($\mathrm{HNO_3}$)은 제6류 위험물(산화성 액체)로, 직사일광이나 열을 받으면 분해되어 물과 이산화질소, 산소를 낸다. 이산화질소는 적갈색의 유독성 기체이므로, 질산은 갈색 병에 담아 냉암소에 저장한다.

분해반응식은 $\mathrm{4HNO_3 \rightarrow 2H_2O + 4NO_2 + O_2}$ 이다.

계수비가 질산 4 : 이산화질소 4 : 산소 1 이므로, 산소가 1몰 나왔다면 질산 4몰이 분해되면서 이산화질소 4몰이 함께 발생한 것이다.