[위험물산업기사 실기] 최빈출 4회 이상 출제 해설 페이지

[해설]

분자량 34, 구멍뚫린 마개 사용, 물·알코올에 잘 녹고 안정제를 넣는다는 조건은 모두 과산화수소($\mathrm{H_2O_2}$)의 특징이다.

분해되면 $\mathrm{2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2}$로 산소가 발생하며, 이 산소가 내압을 높이므로 밀봉하지 않고 통기공이 있는 마개를 쓴다.

제6류 위험물인 과산화수소는 자신은 불연성이지만 산화력이 강해 운반용기 외부에 '가연물 접촉주의'를 표시해야 한다.

[해설]

트리에틸알루미늄은 물과 접촉하면 격렬히 반응해 가연성 기체인 에탄을 발생시키므로, 발생 기체의 양은 반응식의 계수로 따진다.

반응식은 $\mathrm{(C_2H_5)_3Al + 3H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3C_2H_6}$로, 1몰당 에탄이 3몰 생성된다.

표준상태에서 기체 1몰의 부피는 22.4L이므로 $3 \times 22.4\,\mathrm{L} = 67.2\,\mathrm{L}$가 된다.

트리에틸알루미늄은 제3류 위험물 중 알킬알루미늄으로 위험등급 Ⅰ에 해당하며, 이러한 위험물을 저장하는 옥내저장소의 저장창고 바닥면적은 1,000m² 이하로 제한된다.

[해설]

소요단위는 위험물 및 위험물시설의 규모를 화재위험성 기준으로 표준화한 단위로, 건축물은 연면적/기준면적, 위험물은 지정수량 배수의 합/10으로 각각 산출한다.

저장소용 건축물은 외벽이 내화구조이면 연면적 $150\mathrm{m^2}$를 1소요단위로 하므로, 내화구조이면서 연면적이 150m²인 이 옥내저장소는 그대로 1소요단위가 된다.

각 위험물의 지정수량 배수를 구해 합산하면 특수인화물 500/50=10배, 에탄올(알코올류) 1,000/400=2.5배, 등유(제2석유류) 1,500/1,000=1.5배, 동식물유류 20,000/10,000=2배로 총 16배이며, 위험물은 지정수량의 10배를 1소요단위로 하므로
$\dfrac{16}{10}=1.6 \rightarrow 2$소요단위가 된다(소수점 이하는 올림).

[해설]

지정수량 50L·증기비중 2.6·물보다 무겁고 수조에 저장하는 비수용성 제4류 위험물은 이황화탄소(CS₂)이며, 물속에 저장하는 특례 덕분에 일부 기준의 적용이 면제된다.

연소반응식은 $\mathrm{CS_2 + 3O_2 \rightarrow CO_2 + 2SO_2}$로, 황 2개가 모두 이산화황으로 산화된다.

이황화탄소를 벽·바닥 두께 0.2m 이상의 철근콘크리트 수조에 저장하는 경우 통기관과 자동계량장치는 설치하지 않아도 되고 보유공지도 생략할 수 있으므로, ㉡ '보유공지는 있어야 한다'가 틀린 서술이다.

탱크의 용적 = $\pi r^2\left(\ell +\frac{{\ell }_1+{\ell }_2}{3}\right)$
= $\pi \times 2^2\times \left(5+\frac{1.5+1.5}{3}\right)$ = 75.39822 m³ = 75398.22 L

탱크의 용량 = 탱크의 용적 × (1 − 공간용적)
= 75398.22 × $\left(1-\frac{5}{100}\right)$ = 71628.31 L

[해설]

양쪽 경판이 볼록한 횡형 원통탱크의 용적은 원통부와 양쪽 경판 부피를 합산하는 공식으로 구하고, 여기에 (1-공간용적)을 곱해야 실제 저장 가능한 탱크의 용량이 된다.

$V=\pi r^2\left(\ell+\dfrac{\ell_1+\ell_2}{3}\right)=\pi\times2^2\times\left(5+\dfrac{1.5+1.5}{3}\right)=75.39822\ \mathrm{m^3}=75398.22\ \mathrm{L}$
탱크의 용량 $=75398.22\times(1-0.05)=71628.31\ \mathrm{L}$

공간용적 5%를 제외한 95%만이 실제 저장 용량으로 인정된다는 점과, m³ 단위를 L로 환산(×1,000)하는 것을 빠뜨리지 않는 것이 채점 포인트다.

[해설]

염소산칼륨(제1류 산화성고체)은 가열하면 산소를 방출하며 분해되고, 산소 발생량은 반응식의 계수비와 몰수로 구한다.

완전분해반응식은 $2KClO_3 \rightarrow 2KCl + 3O_2$이며, KClO₃의 분자량은 122.5(K 39 + Cl 35.5 + O 16×3)이므로 24.5kg은
$\dfrac{24{,}500\mathrm{g}}{122.5\mathrm{g/mol}} = 200\mathrm{mol}$이다.

KClO₃ : O₂ = 2 : 3이므로 산소는 300몰이고, 표준상태 기체 1몰의 부피 22.4L를 곱하면
$200 \times \dfrac{3}{2} \times 22.4 = 6{,}720\mathrm{L} = 6.72\mathrm{m^3}$가 된다.

[해설]

분자량 64, 비중 약 2.2, 질소와 고온에서 반응해 석회질소(CaCN₂)를 생성하는 제3류 위험물은 탄화칼슘(CaC₂)이며, 이 성질만으로 물질을 특정하는 것이 첫 채점 포인트다.

탄화칼슘은 금수성물질이어서 물과 반응하면 수산화칼슘과 아세틸렌을 생성하며, 반응식은 $CaC_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + C_2H_2$이다. 생성되는 아세틸렌은 연소범위가 2.5~81%로 매우 넓어 위험성이 크다.

아세틸렌의 완전연소반응식은 $2C_2H_2 + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 2H_2O$이며, 계수를 정확히 맞추는 것이 감점 여부를 가른다.

[해설]

여러 위험물을 함께 저장할 때 지정수량 배수의 총합은 각 위험물의 저장량을 지정수량으로 나눈 값을 모두 더한 값이다.

$\dfrac{200}{50} + \dfrac{400}{400} + \dfrac{4{,}000}{2{,}000} + \dfrac{12{,}000}{4{,}000} + \dfrac{24{,}000}{6{,}000} = 14$

각 석유류의 지정수량은 수용성 여부에 따라 달라지므로, 문제에서 제1~3석유류를 모두 수용성으로 제시한 값(제1석유류 400L, 제2석유류 2,000L, 제3석유류 4,000L)을 그대로 적용하고, 특수인화물 50L·제4석유류 6,000L를 함께 쓴다.

[해설]

운반 시 유별 간 혼재 가능 여부는 각 유별의 화재위험 특성(산화성・가연성・자연발화성 등)이 서로 상충하는지를 기준으로 정해진 혼재표에 따라 판단한다.

제1류(산화성고체)는 제2・3・4・5류와 혼재가 금지되어 같은 산화성인 제6류하고만 혼재할 수 있으며, 제2류와 제5류는 나란히 제1・3・6류와 혼재가 금지된다.

제3류(자연발화성・금수성)는 제1・2・5・6류와 혼재가 금지되어 제4류하고만 혼재할 수 있고, 반대로 제4류(인화성액체)는 연소를 촉진하는 제1류・제6류와만 혼재가 금지되는 점이 채점 포인트다.

[해설]

질산암모늄은 가열・충격 시 스스로 분해되어 질소・산소・수증기를 생성하며, 이때 급격히 늘어나는 기체 부피가 폭발력의 근거가 된다.

분해반응식은 $2NH_4NO_3 \rightarrow 2N_2 + O_2 + 4H_2O$이며, 좌우의 N・H・O 원자수를 맞추는 것이 첫 채점 포인트다. 계수비에서 질산암모늄 1몰당 물 2몰이 생성된다.

표준상태가 아니므로 이상기체상태방정식으로 부피를 구하되, 온도는 반드시 절대온도(300+273=573K)로 환산해야 한다.
$V = \dfrac{nRT}{P} = \dfrac{2 \times 0.082 \times 573}{0.9} = 104.41\mathrm{L}$

[해설]

과산화나트륨은 제1류 중 알칼리금속의 과산화물, 수소화칼슘은 제3류 금수성물질로 둘 다 물과 반응해 기체를 발생시키며, 발생 몰수는 분자량과 반응식의 계수비로 구한다.

과산화나트륨은 $2Na_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 4NaOH + O_2$로 반응하고 분자량이 (23×2)+(16×2)=78g/mol이므로 78g은 1몰이며, 2몰당 산소 1몰이 나오므로 발생 산소는 0.5몰이다.

수소화칼슘은 $CaH_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + 2H_2$로 반응하고 분자량이 40+(1×2)=42g/mol이므로 42g은 1몰이며, 1몰당 수소 2몰이 나와 2몰이 생성된다. 묻는 것이 몰수이므로 1기압・30℃라는 조건은 계산에 쓰이지 않는다는 점이 헷갈리기 쉽다.

[해설]

분자량 32, 일산화탄소와 수소를 고온·고압에서 반응시켜 제조하며 물에 잘 녹고 연소 시 불꽃색이 거의 보이지 않는 물질은 메틸알코올(메탄올, CH₃OH)이다.

메탄올은 제4류 알코올류에 속해 지정수량은 400L이며, 연소반응식은 다음과 같다.

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

불꽃이 잘 보이지 않아 화재 시 발견이 늦어질 수 있다는 점이 이 물질의 대표적인 위험 특성으로 함께 언급되는 채점 포인트다.

[해설]

옥외탱크저장소의 보유공지는 저장하는 위험물의 지정수량 배수가 커질수록 화재 시 복사열・폭발 영향 범위도 커지므로 그에 비례해 넓어지도록 정해져 있다.

500배 이하 3m, 500~1,000배 5m, 1,000~2,000배 9m, 2,000~3,000배 12m, 3,000~4,000배 15m로 단계적으로 증가하다가, 4,000배를 초과하면 탱크의 수평단면 최대지름(가로형은 긴 변) 또는 높이 중 큰 값을 공지 너비로 삼는다.

다만 그 값이 30m를 넘으면 30m 이상으로 할 수 있고 반대로 15m에 미달하면 최소 15m는 확보해야 하는데, 이는 대형탱크라도 지나치게 넓은 공지를 요구하지 않으면서 최소한의 안전거리는 보장하기 위한 상·하한선이다.

[해설]

아이오딘가는 유지 100g에 흡수되는 아이오딘의 g수로, 값이 클수록 불포화도가 높아 산화·건조가 쉬워 자연발화 위험도 커진다.

이 값에 따라 건성유(130 이상), 반건성유(100 초과 130 미만), 불건성유(100 이하)로 분류한다.

[해설]

보기 중 과산화나트륨(Na₂O₂)만 무기과산화물이어서 분해될 때도, 물과 반응할 때도 과산화물이온(O₂²⁻)이 산화되며 산소를 내놓는다. 염소산칼륨·질산암모늄·브로민산칼륨·아이오딘산칼륨은 가열분해로는 산소를 내지만 물과는 반응하지 않는다.

분해반응식
$\mathrm{2Na_2O_2 \rightarrow 2Na_2O + O_2 \uparrow}$

물과의 반응식
$\mathrm{2Na_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 4NaOH + O_2 \uparrow}$

어느 쪽이든 Na₂O₂ 2몰당 O₂ 1몰이 나오도록 계수를 맞추는 것이 핵심이고, 물과 반응하면 강알칼리인 NaOH가 함께 생겨 주수소화를 하면 안 된다.

[해설]

알루미늄은 양쪽성 금속으로 산소·산·물 모두와 반응해 각각 다른 생성물을 낸다는 점이 세 반응식의 근거다.

공기 중 산화 시 산화알루미늄을 생성한다.
$4\mathrm{Al} + 3\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{Al_2O_3}$

염산과는 염화알루미늄과 수소를, 물과는 수산화알루미늄과 수소를 발생시킨다.
$2\mathrm{Al} + 6\mathrm{HCl} \rightarrow 2\mathrm{AlCl_3} + 3\mathrm{H_2}$
$2\mathrm{Al} + 6\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\mathrm{Al(OH)_3} + 3\mathrm{H_2}$

산·물과의 두 반응 모두 수소 기체가 발생한다는 공통점과 함께, 반응 상대에 따라 생성되는 알루미늄 화합물이 달라진다는 점을 구분해서 암기해야 한다.

[해설]

디에틸에테르등과 아세트알데히드등은 비점이 매우 낮아 상온에서도 쉽게 기화하므로, 위험물안전관리법 시행규칙은 저장 형태(압력탱크 외의 탱크·압력탱크·이동저장탱크)별로 유지온도를 따로 정하고 있다.

압력탱크 외의 탱크에서는 디에틸에테르·산화프로필렌등은 30℃ 이하, 아세트알데히드등은 이보다 낮은 15℃ 이하로 관리하고, 내압에 견디는 압력탱크에서는 두 계통 모두 40℃ 이하로 완화된다.

이동저장탱크는 보냉장치 유무로 나뉘어, 보냉장치가 있으면 해당 위험물의 비점 이하, 없으면 압력탱크와 같은 40℃ 이하가 기준이 된다.

①과 ②를 모두 30℃로 적는 실수가 흔한데, 비점이 약 21℃로 더 낮아 기화가 빠른 아세트알데히드에 더 엄격한 15℃가 적용된다.

[해설]

칼륨(K)은 제3류 위험물(자연발화성 및 금수성 물질)의 대표 물질로, 물·알코올과 반응해 가연성 기체인 수소(H₂)를 발생시키고 이산화탄소와도 반응하므로 주수소화와 CO₂ 소화가 모두 금지된다.

물과는 $\mathrm{2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2}$로 반응해 수산화칼륨과 수소를 생성하고, 에탄올과는 $\mathrm{2K + 2C_2H_5OH \rightarrow 2C_2H_5OK + H_2}$로 칼륨에틸레이트(칼륨에톡사이드)와 수소를 생성한다.

이산화탄소와는 $\mathrm{4K + 3CO_2 \rightarrow 2K_2CO_3 + C}$로 반응해 탄산칼륨과 함께 가연성인 탄소(C)를 석출하므로, CO₂ 소화기는 사용할 수 없다.