2024년 위험물기능사실기(필답형) 4회차 기출문제 정답·해설 페이지

(1) $\mathrm{HClO_4}$, 100.5

(2) $\mathrm{HNO_3}$, 63

[해설]

둘 다 제6류 위험물(산화성 액체)이며 지정수량은 각각 300 kg, 위험등급은 I 이다. 분자량은 원자량을 개수만큼 더하면 되고, 수소는 1, 산소는 16 을 쓴다.

(1) 과염소산 $\mathrm{HClO_4}$

$1 + 35.5 + 16 \times 4 = 1 + 35.5 + 64 = \mathbf{100.5}$

(2) 질산 $\mathrm{HNO_3}$

$1 + 14 + 16 \times 3 = 1 + 14 + 48 = \mathbf{63}$

제6류는 품명이 과염소산·과산화수소·질산 셋뿐이고 모두 위험등급 I 이다. 다만 과산화수소는 농도 36 중량% 이상, 질산은 비중 1.49 이상인 것만 위험물로 규제하며 과염소산에는 그런 단서가 없다. 셋 다 그 자체는 불연성이지만 산화력이 강해 가연물과 섞이면 발화·폭발로 이어진다.

(1) 3.2 mm 이상

(2) 3.2 mm 이상

(3) 1.6 mm 이상

[해설]

이동탱크저장소는 차량에 고정한 탱크에 위험물을 담아 옮기는 시설이라, 달리는 동안 받는 충격과 출렁임을 견디도록 부재마다 두께 하한이 정해져 있다. 두께는 모두 “이상”으로 정한 하한이므로 그보다 두꺼운 것은 문제가 되지 않는다.

수치가 헷갈릴 때는 “액체를 담아 두는 벽은 두껍게(3.2), 안에서 출렁임만 막는 판은 얇게(1.6)”로 갈라 기억하면 된다. 방파판만 1.6 mm 인 것은 이 판이 압력을 직접 받는 벽이 아니라 액체의 움직임을 흩뜨리는 역할이기 때문이다.

방파판에는 두께 말고도 조건이 더 붙는다. 하나의 구획된 부분에 2개 이상을 이동 방향과 평행으로 설치하고, 각 방파판이 그 구획 부분의 최대 수직단면적의 50 % 이상이 되도록 해야 한다. 다만 원형이나 타원형 단면인 탱크로서 그 수직단면의 지름이 짧은 쪽이 1 m 이하인 경우에는 방파판을 두지 않아도 된다.

안전칸막이를 4,000 L 이하마다 두는 까닭은, 한 칸이 새거나 터져도 흘러나오는 양이 그만큼으로 묶이기 때문이다. 같은 이유로 각 칸마다 맨홀과 안전장치를 따로 설치한다.

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

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

(3) $\mathrm{P_4S_7 + 12O_2 \rightarrow 2P_2O_5 + 7SO_2}$

[해설]

황화인은 제2류 위험물(가연성 고체)이며 지정수량은 100 kg, 위험등급은 II다. 분자를 이루는 원소가 인(P)과 황(S)뿐이므로 무엇을 태우든 생성물은 두 가지로 정해진다. 인은 오산화인 $\mathrm{P_2O_5}$, 황은 이산화황 $\mathrm{SO_2}$ 다.

계수는 인 → 황 → 산소 차례로 맞춘다. $\mathrm{P_2O_5}$ 한 분자가 인 2개를 가져가므로 인의 개수를 짝수로 만드는 것이 첫걸음이다.

(1) 삼황화인 $\mathrm{P_4S_3}$ — 인 4개는 $\mathrm{2P_2O_5}$, 황 3개는 $\mathrm{3SO_2}$ 가 되고 우변 산소가 $10 + 6 = 16$ 개이므로 좌변은 $\mathrm{8O_2}$ 다.
$\mathrm{P_4S_3 + 8O_2 \rightarrow 2P_2O_5 + 3SO_2}$

(2) 오황화인 $\mathrm{P_2S_5}$ — 인이 2개뿐이라 분자 2개를 잡아 인을 4개로 만든다. 황 10개는 $\mathrm{10SO_2}$, 우변 산소는 $10 + 20 = 30$ 개이므로 좌변은 $\mathrm{15O_2}$ 다.
$\mathrm{2P_2S_5 + 15O_2 \rightarrow 2P_2O_5 + 10SO_2}$

(3) 칠황화인 $\mathrm{P_4S_7}$ — 인 4개는 $\mathrm{2P_2O_5}$, 황 7개는 $\mathrm{7SO_2}$ 가 되고 우변 산소가 $10 + 14 = 24$ 개이므로 좌변은 $\mathrm{12O_2}$ 다.
$\mathrm{P_4S_7 + 12O_2 \rightarrow 2P_2O_5 + 7SO_2}$

세 가지 모두 연소하면 자극성·유독성이 강한 이산화황을 내놓는다. 오황화인·칠황화인은 물이나 알칼리와 반응해 황화수소 $\mathrm{H_2S}$ 와 인산 $\mathrm{H_3PO_4}$ 를 만들지만 삼황화인은 물에 녹지 않아 그런 반응을 하지 않는다. 화재 시에는 마른모래·이산화탄소로 질식소화한다.

(1) 과산화수소, 황린, 칼륨, 특수인화물

(2) 질산염류, 브로민산염류, 아이오딘산염류, 황화인, 적린, 알코올류, 제1석유류

(3) 제2석유류

[해설]

위험등급은 유별이 아니라 품명별로 붙는다. 유별마다 지정수량이 가장 작은 품명들이 I 등급이라는 뼈대를 세워 두면 외우기 쉽다.

제1류 — I : 아염소산염류·염소산염류·과염소산염류·무기과산화물(50 kg) / II : 브로민산염류·질산염류·아이오딘산염류(300 kg)

제2류 — I 등급 없음 / II : 황화인·적린·황(100 kg)

제3류 — I : 칼륨·나트륨·알킬알루미늄·알킬리튬(10 kg), 황린(20 kg) / II : 알칼리금속(칼륨·나트륨 제외)·알칼리토금속, 유기금속화합물(50 kg)

제4류 — I : 특수인화물 / II : 제1석유류·알코올류 / III : 제2석유류 이하와 동식물유류

제5류 — I : 지정수량이 10 kg 인 품명 / II : 그 밖의 것

제6류 — 품명 전부가 I 등급이므로 과산화수소도 I 이다.

여기에 나오지 않는 나머지는 모두 III 등급이다. 제2류의 철분·금속분·마그네슘·인화성 고체, 제3류의 금속의 수소화물·인화물·탄화물, 제4류의 제2·3·4석유류와 동식물유류가 여기에 든다.

함정은 두 군데다. 첫째, 제3류라고 모두 I 등급이 아니다 — 황린은 지정수량 20 kg 으로 작아 I 등급이지만 같은 제3류의 탄화물·수소화물은 III 등급이다. 둘째, 제4류에서 II 등급은 제1석유류와 알코올류뿐이고 I 등급은 특수인화물 하나뿐이라, 제2석유류부터는 모두 III 등급으로 내려간다.

270 L

[해설]

제조소의 옥외에 있는 액체위험물 취급탱크 둘레에 두는 방유제의 용량은 탱크가 몇 기인가에 따라 다르게 잡는다.

이 문제는 탱크가 2기이므로 아래 식을 쓴다.

$V = (\text{최대 탱크 용량} \times 0.5) + (\text{나머지 탱크 용량의 합} \times 0.1)$

큰 쪽이 500 L, 나머지가 200 L 이므로

$V = (500 \times 0.5) + (200 \times 0.1) = 250 + 20 = 270\ \mathrm{L}$

따라서 방유제의 용량은 270 L 이상이어야 한다.

가장 큰 탱크의 절반을 기준으로 삼는 까닭은, 두 탱크가 동시에 터지는 일은 드물고 가장 큰 것 하나가 새는 상황을 최악으로 보기 때문이다. 나머지 탱크에서 10 % 씩 더 얹는 것은 배관이나 연결부에서 함께 흘러나올 몫을 감안한 여유분이다.

이름이 비슷한 기준과 섞이지 않도록 갈라 두어야 한다. 여기서 다룬 것은 제조소 옥외의 취급탱크 기준이고, 옥외탱크저장소의 방유제는 탱크가 1기면 그 용량의 110 % 이상, 2기 이상이면 가장 큰 탱크 용량의 110 % 이상으로 훨씬 크게 잡는다. 저장을 목적으로 하는 탱크는 담아 두는 양 자체가 많기 때문이다. 인화성이 없는 액체위험물의 옥외탱크저장소라면 100 % 이상이 된다.

이황화탄소를 제외한 까닭도 짚어 둘 만하다. 이황화탄소는 물보다 무겁고 물에 녹지 않아 물속에 잠긴 철근콘크리트 수조에 저장 · 취급하도록 되어 있어, 방유제로 둘러싸는 방식을 쓰지 않는다.

품명, 위험등급, 위험물의 수량

[해설]

운반용기 바깥쪽에 적어야 하는 사항은 “무엇이, 얼마나 위험한 것이, 얼마나 들어 있고, 어떻게 다뤄야 하는가” 네 가지로 요약된다. 사고가 났을 때 처음 다가가는 사람이 곧바로 알아야 할 정보만 남긴 것이다.

· 위험물의 품명, 위험등급, 화학명 및 수용성(“수용성” 표시는 제4류 위험물로서 수용성인 것에 한한다)

· 위험물의 수량

· 수납하는 위험물에 따른 주의사항

보기에서 빠진 “화학명 및 수용성”과 “주의사항”도 엄연한 표시사항이다. 보기에 있었다면 함께 골라야 하므로, 세 가지만 외워 두지 말고 목록 전체를 익혀 두는 편이 안전하다.

주의사항은 유별에 따라 갈린다. 제1류 알칼리금속의 과산화물은 “화기 · 충격주의, 물기엄금, 가연물접촉주의”, 제2류 철분 · 금속분 · 마그네슘은 “화기주의, 물기엄금”, 제3류 자연발화성 물질은 “화기엄금, 공기접촉엄금”, 제4류는 “화기엄금”, 제5류는 “화기엄금, 충격주의”, 제6류는 “가연물접촉주의”다.

운반용기 표시와 차량에 붙이는 표지는 서로 다른 규정이니 섞지 않아야 한다. 차량 표지는 흑색 바탕에 황색 반사도료로 “위험물”이라 적은 판을 차량의 앞뒤 보기 쉬운 곳에 다는 것으로, 용기 하나하나에 적는 표시사항과는 목적도 내용도 다르다.

(1) $\mathrm{C_6H_2CH_3(NO_2)_3}$

(2) 벤젠 고리의 1번 탄소에 $\mathrm{-CH_3}$, 2번 · 4번 · 6번 탄소에 $\mathrm{-NO_2}$ 가 각각 붙은 구조

[해설]

TNT 는 톨루엔을 진한 질산과 진한 황산의 혼산으로 나이트로화해 만든다. 톨루엔의 벤젠 고리에 붙어 있던 수소 가운데 셋이 나이트로기 $\mathrm{-NO_2}$ 로 바뀐 것이므로, 치환기는 메틸기 1개와 나이트로기 3개이고 고리에 남는 수소는 $6 - 4 = 2$ 개다. 이것을 그대로 적으면 시성식 $\mathrm{C_6H_2CH_3(NO_2)_3}$ 가 된다.

나이트로기가 들어가는 자리는 메틸기를 1번으로 놓았을 때 2번 · 4번 · 6번이다. 메틸기가 오쏘 · 파라 자리로 치환을 이끄는 성질을 갖기 때문이며, 그래서 정식 명칭도 2,4,6-트라이나이트로톨루엔이다.

분자량은 $(12 \times 7) + (1 \times 5) + (14 \times 3) + (16 \times 6) = 227$ 로 계산된다.

분자 안에 산소를 품고 있어 외부에서 산소를 받지 않아도 스스로 분해하며 폭발하는 자기반응성 물질이다. 분해할 때는 순간적으로 많은 기체를 내놓는다.

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

같은 나이트로화합물이라도 1번 자리에 무엇이 붙느냐로 갈린다. 메틸기면 TNT, 하이드록시기 $\mathrm{-OH}$ 면 트라이나이트로페놀(피크르산)이다. 이름을 외우기보다 “벤젠 고리 + 1번 치환기 + 2,4,6 나이트로기” 라는 뼈대를 그려 두면 구조식을 묻는 어떤 문제에도 대응할 수 있다.

(1) ① 2가 알코올  /  ② 수용성  /  ③ 4,000 L

(2) ① 3가 알코올  /  ② 수용성  /  ③ 4,000 L

[해설]

“몇 가 알코올인가”는 분자 안에 하이드록시기 $\mathrm{-OH}$ 가 몇 개 붙어 있는가를 묻는 것이다. 두 개면 2가, 세 개면 3가다.

하이드록시기는 물 분자와 수소결합을 이루므로, 개수가 많을수록 물에 잘 녹고 끈적해지며 끓는점이 높아진다. 두 물질이 모두 수용성인 이유가 여기에 있다.

지정수량은 품명과 수용성 여부로 정해진다. 제3석유류는 비수용성 2,000 L, 수용성 4,000 L 이므로 둘 다 4,000 L 다. 제3석유류는 1기압에서 인화점이 70 $^\circ\mathrm{C}$ 이상 200 $^\circ\mathrm{C}$ 미만인 액체를 말하는데, 에틸렌글리콜의 인화점은 약 111 $^\circ\mathrm{C}$, 글리세린은 약 160 $^\circ\mathrm{C}$ 로 모두 이 범위에 든다.

“알코올류”라는 품명(지정수량 400 L)과 헷갈리지 않아야 한다. 위험물안전관리법령의 알코올류는 탄소 수가 1개부터 3개까지인 포화 1가 알코올만 가리키므로, 2가인 에틸렌글리콜과 3가인 글리세린은 아무리 알코올이라 불려도 알코올류가 아니라 제3석유류로 간다.

두 물질은 성질도 닮았다. 무색의 끈적한 액체로 단맛이 나며 물과 잘 섞인다. 다만 에틸렌글리콜은 독성이 있어 마시면 위험한 반면 글리세린은 독성이 없어 의약품과 화장품에 쓰인다는 점이 갈린다. 에틸렌글리콜은 어는점을 낮추는 성질을 살려 자동차 부동액으로 쓴다.

80 g

[해설]

과산화수소는 제6류 위험물(산화성 액체)로, 분해하면 물과 산소로 갈라진다. 이 반응식이 계산의 출발점이다.

$\mathrm{2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2}$

먼저 주어진 질량을 몰수로 바꾼다. 과산화수소의 분자량은 $(1 \times 2) + (16 \times 2) = 34$ 이므로

$n(\mathrm{H_2O_2}) = \dfrac{170}{34} = 5\ \mathrm{mol}$

반응식에서 과산화수소 2 mol 마다 산소 1 mol 이 나오므로, 산소의 몰수는 그 절반이다.

$n(\mathrm{O_2}) = 5 \times \dfrac{1}{2} = 2.5\ \mathrm{mol}$

산소의 분자량은 32 이므로 질량으로 되돌리면

$2.5 \times 32 = 80\ \mathrm{g}$

비례식 한 줄로 정리해도 같다.

$x = 170 \times \dfrac{32}{2 \times 34} = 80\ \mathrm{g}$

질량으로 묻는지 부피로 묻는지에 따라 마지막 한 걸음이 달라진다. 표준상태에서의 부피를 물었다면 $2.5 \times 22.4 = 56\ \mathrm{L}$ 가 답이 된다.

참고로 과산화수소는 농도가 36 wt % 이상인 것만 위험물로 다루며, 지정수량은 300 kg 이다. 햇빛이나 금속가루 · 이산화망가니즈 같은 촉매가 닿으면 분해가 빨라져 산소를 내놓고 용기 압력을 올리므로, 갈색 병에 담아 구멍을 뚫은 마개로 막고 인산이나 요산을 안정제로 넣어 보관한다.

50 $\mathrm{m^3}$

[해설]

이론공기량은 “완전연소에 꼭 필요한 산소량을 구한 다음, 공기 중 산소 비율로 나눈다”는 두 걸음으로 구한다. 먼저 연소반응식을 세운다.

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

메탄올의 분자량은 $12 + (1 \times 4) + 16 = 32$ 이므로, 10 kg 의 킬로몰수는

$n(\mathrm{CH_3OH}) = \dfrac{10}{32} = 0.3125\ \mathrm{kmol}$

반응식에서 메탄올 2 kmol 마다 산소 3 kmol 이 드니, 필요한 산소는 메탄올의 1.5 배다.

$n(\mathrm{O_2}) = 0.3125 \times \dfrac{3}{2} = 0.46875\ \mathrm{kmol}$

표준상태에서 기체 1 kmol 의 부피는 22.4 $\mathrm{m^3}$ 이므로 산소의 부피는

$V(\mathrm{O_2}) = 0.46875 \times 22.4 = 10.5\ \mathrm{m^3}$

공기 중 산소가 부피로 21 % 이므로, 이 산소를 담아 오려면 그 $\dfrac{1}{0.21}$ 배의 공기가 필요하다.

$V_{\text{air}} = \dfrac{10.5}{0.21} = 50\ \mathrm{m^3}$

한 줄로 이으면 다음과 같다.

$V_{\text{air}} = \dfrac{10}{32} \times \dfrac{3}{2} \times 22.4 \times \dfrac{1}{0.21} = 50\ \mathrm{m^3}$

이 문제는 중간에서 반올림하면 답이 틀어지는 대표적인 예다. 산소의 킬로몰수 0.46875 를 0.47 로 끊고 계산하면 50.13, 0.465 로 끊으면 49.6 이 나와 값이 제각각이 된다. 일부 교재가 이 문항의 답을 49.6 $\mathrm{m^3}$ 로 싣고 있으나, 그 풀이는 본문에 0.47 이라 적어 놓고 정작 계산에는 0.465 를 넣은 것이어서 풀이와 답이 서로 어긋난다. 반올림 없이 분수로 끝까지 계산하면 정확히 50 $\mathrm{m^3}$ 이다. 나눗셈은 마지막 한 번만 하는 습관을 들이면 이런 오차가 생기지 않는다.

질소가 79 % 라는 조건은 답을 구하는 데 직접 쓰이지 않는다. 산소의 몫인 21 % 만 있으면 되고, 79 % 는 그 나머지를 확인해 주는 값이다. 다만 이론연소가스량처럼 연소 후 기체 전체를 묻는 문제에서는 이 질소가 그대로 따라 나오므로 반드시 쓰인다.

(1) 산소

(2) 산소

(3) 산소

[해설]

세 가지 모두 제1류 위험물(산화성 고체)이다. 제1류 위험물의 공통된 성질이 바로 “스스로는 타지 않으나 열을 받으면 산소를 내놓아 남의 연소를 돕는다”는 것이므로, 어느 것을 가열해도 답은 산소로 모인다. 물질 하나하나를 외우기보다 유별부터 가려내는 것이 빠른 길이다.

세 식 모두 오른쪽 끝에 $\mathrm{O_2}$ 가 남는다. 산소를 품은 화합물에서 산소가 빠져나가고 금속 산화물이나 염이 남는 모양이라고 보면 된다.

“해당없음”이라는 단서가 붙은 것은 보기 안에 제1류가 아닌 물질이 섞여 있을 수 있음을 염두에 둔 장치다. 이 문제에서는 셋 다 산소를 내므로 해당없음으로 답할 자리는 없다.

물질별로 덧붙이면, 삼산화크로뮴은 붉은색 결정으로 물에 잘 녹아 강한 산성을 띠고 물과 만나면 발열하므로 물기를 피해야 한다. 과산화칼륨은 알칼리금속의 과산화물이라 물과 만나면 $\mathrm{2K_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 4KOH + O_2}$ 로 산소를 내며 발열하므로 주수소화가 금지되고, 마른모래나 탄산수소염류 분말로 덮어 끈다. 아염소산나트륨은 충격이나 마찰에 예민하고 산과 만나면 유독한 이산화염소를 낸다.

(1) $\mathrm{2CaC_2 + 5O_2 \rightarrow 2CaO + 4CO_2}$

(2) $\mathrm{CaC_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + C_2H_2}$

(3) $\mathrm{2C_2H_2 + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 2H_2O}$

[해설]

탄화칼슘($\mathrm{CaC_2}$, 카바이드)은 제3류 위험물 중 칼슘 또는 알루미늄의 탄화물로 지정수량은 300 kg 이다. 세 물음이 “탄다 → 물과 만난다 → 그 기체가 탄다”로 이어지므로 순서대로 따라가면 된다.

(1) 연소 — 칼슘은 산화칼슘으로, 탄소는 이산화탄소로 간다. 왼쪽에 $\mathrm{2CaC_2}$ 를 놓으면 탄소 4개가 $\mathrm{4CO_2}$ 로 맞아떨어지고 산소는 $2 + 8 = 10$ 개, 곧 $\mathrm{5O_2}$ 가 된다.

$\mathrm{2CaC_2 + 5O_2 \rightarrow 2CaO + 4CO_2}$

(2) 물과의 반응 — 금수성 물질의 본색이 드러나는 대목이다. 물이 칼슘을 가져가 수산화칼슘이 되고, 남은 탄소 2개는 삼중결합을 유지한 채 아세틸렌으로 빠져나온다.

$\mathrm{CaC_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + C_2H_2}$

(3) 아세틸렌의 연소 — 탄화수소가 완전연소하면 이산화탄소와 물만 남는다.

$\mathrm{2C_2H_2 + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 2H_2O}$

아세틸렌은 연소범위가 $2.5 \sim 81\ \%$ 로 대단히 넓어 조금만 새어 나와도 폭발성 혼합기를 이룬다. 그래서 탄화칼슘은 물기와 습기를 철저히 막고 질소 등 불연성 가스를 채운 밀폐용기에 보관하며, 불이 나도 물을 뿌려서는 안 되고 마른모래나 탄산수소염류 분말로 덮어 끈다.

덧붙여 탄화칼슘을 고온에서 질소와 반응시키면 비료 원료인 석회질소가 만들어진다. 문제에서 묻지 않았더라도 함께 나오는 반응이니 눈여겨 둘 만하다.

$\mathrm{CaC_2 + N_2 \rightarrow CaCN_2 + C}$

아래 표와 같다.

[해설]

“기타” 로 묶인 세 가지는 소방설비라기보다 현장에 두고 손으로 쓰는 간이 소화 수단이다. 어느 칸에 ○가 붙는지는 소화 원리만 알면 표를 외우지 않고도 채울 수 있다.

물통 또는 수조는 물을 부어 냉각시키는 방식이다. 그래서 물과 만나면 안 되는 대상에는 쓸 수 없다.

· 제1류 중 알칼리금속의 과산화물 — 물과 반응해 산소를 내며 발열한다.

· 제2류 중 철분 · 금속분 · 마그네슘 — 물과 반응해 수소를 낸다.

· 제3류 중 금수성물품 — 물과 격렬히 반응한다.

· 제4류 위험물 — 기름이 물 위에 떠서 불이 번진다.

· 전기설비 — 봉상으로 쏟아지는 물줄기를 타고 감전될 수 있다.

이 다섯 칸을 비우고 나면 나머지 일곱 칸 — 건축물 · 그 밖의 공작물, 제1류 그 밖의 것, 제2류 인화성 고체, 제2류 그 밖의 것, 제3류 그 밖의 것, 제5류, 제6류 — 에 ○가 붙는다.

건조사(마른모래)와 팽창질석 · 팽창진주암은 덮어서 공기를 끊는 질식 · 피복 방식이라 물을 쓰지 않는다. 그래서 금수성 물질까지 포함해 제1류부터 제6류까지 위험물 10칸 전부에 적응성이 있다. 다만 건축물이나 전기설비는 모래로 덮을 수 있는 대상이 아니어서 두 칸은 비운다. 두 줄의 ○ 배치가 똑같아지는 것도 이 때문이다.

정리하면 “물통은 물이 닿으면 안 되는 다섯 칸을 빼고, 모래류는 건축물 · 전기설비 두 칸만 뺀다” 가 된다. 금속화재나 금수성 물질의 화재에서 마른모래 · 팽창질석 · 팽창진주암이 마지막 보루로 불리는 이유가 이 표에 그대로 드러나 있다.

(1) $\mathrm{C_6H_5Cl}$

(2) 제2석유류(비수용성)

(3) 1,000 L

[해설]

클로로벤젠은 벤젠($\mathrm{C_6H_6}$)의 수소 하나가 염소로 바뀐 것이므로 화학식은 $\mathrm{C_6H_5Cl}$ 이다.

품명을 가르는 잣대는 인화점이다. 제4류 위험물의 석유류는 다음과 같이 나뉜다.

클로로벤젠의 인화점은 약 27 $^\circ\mathrm{C}$ 로 21 $^\circ\mathrm{C}$ 이상 70 $^\circ\mathrm{C}$ 미만 구간에 들어가므로 제2석유류이고, 물에 거의 녹지 않아 비수용성이다. 따라서 지정수량은 1,000 L 가 된다.

액체비중이 1.1 로 물보다 무겁다는 점이 눈에 띈다. 제4류 위험물은 대개 물보다 가벼워 물 위에 뜨지만, 염소 · 브로민처럼 무거운 원소가 들어간 것은 물 밑으로 가라앉는다. 이황화탄소 · 클로로폼 · 나이트로벤젠 등이 같은 무리다.

같은 벤젠 고리에 무엇이 붙느냐로 품명이 달라진다는 점도 함께 정리해 두면 좋다. $\mathrm{-CH_3}$ 가 붙은 톨루엔은 제1석유류(200 L), $\mathrm{-Cl}$ 이 붙은 클로로벤젠은 제2석유류(1,000 L), $\mathrm{-NO_2}$ 가 붙은 나이트로벤젠은 제3석유류(2,000 L)다.

①

[해설]

아세트알데하이드($\mathrm{CH_3CHO}$)는 제4류 위험물 중 특수인화물로 지정수량은 50 L 다. 보기를 하나씩 실제 물성과 맞대어 보면 다음과 같다.

③이 함정이다. 분자량 44 는 맞지만 그 옆의 0.78 은 액체비중 자리의 값이다. 증기비중은 분자량을 공기의 평균 분자량 29 로 나눈 값이므로

$\dfrac{44}{29} = 1.52$

가 되어야 한다. 한 줄 안에 분자량 44 와 증기비중 0.78 을 나란히 적어 놓은 것 자체가 서로 어긋나므로, 계산 한 번으로 걸러낼 수 있다. 증기비중이 1 보다 크다는 것은 증기가 공기보다 무거워 바닥에 깔린다는 뜻이고, 이것이 아세트알데하이드를 다룰 때 환기를 낮은 곳에서 해야 하는 이유다.

④의 내용은 물질만 바꾸면 참이 된다. 아세트알데하이드는 구리 · 은 · 수은 · 마그네슘 및 이들 합금과 반응해 충격에 예민한 아세틸라이드를 만들기 때문에, 저장 용기와 배관에 이 금속들을 쓰지 못하도록 법령이 못 박고 있다. 백금은 여기에 들지 않는다.

비점이 21 $^\circ\mathrm{C}$ 로 상온에 가까워 조금만 따뜻해도 끓어 증기가 쏟아진다. 그래서 옥외저장탱크나 이동저장탱크에 저장할 때에는 불활성 기체를 봉입하고, 지하저장탱크의 경우 온도를 40 $^\circ\mathrm{C}$ 이하로 유지한다.

(1) $\mathrm{2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2}$

(2) 가연성 가스인 수소가 발생하고 반응열까지 더해져 폭발할 위험이 있다.

[해설]

나트륨은 제3류 위험물(자연발화성 및 금수성 물질)로 지정수량은 10 kg, 위험등급은 $\mathrm{I}$ 이다. 알칼리금속이라 전자를 아주 쉽게 내주기 때문에 물과 만나면 곧바로 반응해 수산화나트륨과 수소가 된다.

$\mathrm{2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2}$

계수를 빠뜨리기 쉬운 식이다. 수소 원자 수를 맞추려면 양쪽에 2를 붙여야 하므로, $\mathrm{Na + H_2O \rightarrow NaOH + H_2}$ 로 적으면 균형이 맞지 않는 잘못된 식이 된다.

위험한 이유는 두 가지가 겹치기 때문이다.

· 나오는 기체가 가연성 가스인 수소다. 수소의 연소범위는 $4 \sim 75\ \%$ 로 넓어 공기와 조금만 섞여도 폭발성 혼합기가 된다.

· 이 반응은 발열반응이라 그 열만으로도 발생한 수소에 불이 붙는다. 그래서 물을 뿌리는 순간 불꽃이 튀고 폭발로 이어진다.

연소할 때는 노란 불꽃을 내며 산화나트륨이 된다.

$\mathrm{4Na + O_2 \rightarrow 2Na_2O}$

공기 중의 산소 · 수분과 곧바로 반응하므로 석유(등유) · 경유 · 유동파라핀 속에 담가 보관한다. 이때 나트륨이 완전히 잠기도록 해야 하며, 노출된 윗부분이 있으면 그 자리에서 산화가 시작된다. 소화에는 물 · 포 · 이산화탄소 · 할로젠화합물 모두 쓸 수 없고, 마른모래 · 팽창질석 · 팽창진주암 또는 탄산수소염류 분말로 덮어 끈다.

같은 알칼리금속인 칼륨(지정수량 10 kg)도 $\mathrm{2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2}$ 로 똑같이 반응하며, 반응성은 칼륨이 더 세다.

① 150

② 70

③ 20

④ 30

⑤ 350

[해설]

물분무소화설비의 설치기준은 위험물안전관리법 시행규칙 별표 17 이 정하고 있다. 수치 다섯 개가 각각 무엇을 재는 값인지 붙잡아 두면 헷갈리지 않는다.

① 방사구역은 150 $\mathrm{m^2}$ 이상으로 한다. 표면적이 200 $\mathrm{m^2}$ 라도 전면을 다 잡을 필요는 없고 150 $\mathrm{m^2}$ 이상이면 된다.

② 다만 방호대상물의 표면적이 150 $\mathrm{m^2}$ 에 못 미치면 방사구역은 그 표면적만큼으로 한다. 표면적이 70 $\mathrm{m^2}$ 이므로 답은 70 이다.

③④ 수원의 양은 헤드가 가장 많이 붙은 방사구역을 기준으로, 표면적 1 $\mathrm{m^2}$ 마다 1분에 20 L 씩 30분 간 뿌릴 수 있는 양 이상으로 확보한다.

⑤ 분무헤드를 동시에 사용할 때 각 끝부분의 방사압력은 350 kPa 이상이어야 한다.

방사구역이 150 $\mathrm{m^2}$ 라면 필요한 수원량은 이렇게 나온다.

$150 \times 20 \times 30 = 90{,}000\ \mathrm{L} = 90\ \mathrm{m^3}$

옥내·옥외소화전설비의 수원 산정과 헷갈리기 쉬우니 “물분무는 면적 × 20 L/min·$\mathrm{m^2}$ × 30분”으로 묶어 외워 두는 것이 좋다.

(1) $\mathrm{NaNO_3}$

(2) $\mathrm{KClO_3}$

(3) $\mathrm{Na_2Cr_2O_7}$

(4) $\mathrm{KMnO_4}$

(5) $\mathrm{NaBrO_3}$

[해설]

염의 화학식은 “금속 이온 + 산의 음이온”을 전하가 0 이 되도록 맞춘 것이다. 이름을 뒤에서부터 읽으면 순서가 그대로 나온다. “질산나트륨”은 나트륨($\mathrm{Na^+}$)과 질산 이온($\mathrm{NO_3^-}$)이 1 : 1 로 만난 것이므로 $\mathrm{NaNO_3}$ 가 된다.

다이크로뮴산 이온만 전하가 $2-$ 라서 나트륨이 2개 붙어 $\mathrm{Na_2Cr_2O_7}$ 이 된다. 나머지는 모두 $1-$ 이라 1 : 1 로 결합한다. 여기서 실수가 가장 많이 나온다.

산소 개수는 접두어로 가늠한다. 염소산 이온 $\mathrm{ClO_3^-}$ 를 기준으로 산소가 하나 적으면 아염소산 $\mathrm{ClO_2^-}$, 하나 많으면 과염소산 $\mathrm{ClO_4^-}$ 다. “과망가니즈산”의 $\mathrm{MnO_4^-}$ 처럼 “과” 가 붙으면 산소가 많은 쪽이라고 보면 된다. 브로민은 염소와 같은 할로젠이라 $\mathrm{BrO_3^-}$ 로 염소산 이온과 같은 꼴을 쓴다.

다섯 가지 모두 제1류 위험물(산화성 고체)이며, 지정수량이 품명마다 50 kg · 300 kg · 1,000 kg 으로 갈리는 점도 함께 익혀 두면 소요단위나 저장량 문제에 바로 쓸 수 있다.

(1) 마그네슘

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

[해설]

제시된 세 가지 단서 — 원자량 24, 은백색의 가벼운 금속, 산과 반응해 수소 발생 — 를 모두 만족하는 제2류 위험물은 마그네슘($\mathrm{Mg}$)이다. 지정수량은 500 kg 이다.

산과의 반응에서는 마그네슘이 전자를 내주고 수소 이온이 그것을 받아 수소 기체가 된다. 염산은 1가 산이므로 마그네슘 1개당 2분자가 필요하다.

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

마그네슘은 산뿐 아니라 물과도 같은 방식으로 반응해 수소를 낸다.

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

그래서 불이 났을 때 물을 뿌리면 수소가 나와 오히려 폭발 위험이 커진다. 이산화탄소도 $\mathrm{2Mg + CO_2 \rightarrow 2MgO + C}$ 로 환원시켜 버리므로 소용이 없다. 탄산수소염류 분말소화설비나 마른모래 · 팽창질석 · 팽창진주암으로 덮어 끄는 것이 정석이며, 운반용기 외부에는 “화기주의”와 “물기엄금”을 함께 표시한다.

법령은 마그네슘 중에서도 2 mm 체를 통과하지 못하는 덩어리와 지름 2 mm 이상의 막대 모양인 것은 위험물에서 제외한다. 표면적이 작으면 그만큼 반응이 느려 위험성이 낮기 때문이다.

나이트로셀룰로스, 질산메틸, 나이트로글리세린

[해설]

질산에스터류는 질산($\mathrm{HNO_3}$)의 수소가 알킬기로 치환된 에스터를 말한다. [보기] 중에서는 나이트로셀룰로스, 질산메틸, 나이트로글리세린 이 여기에 해당한다. 이 밖에 질산에틸·나이트로글리콜·셀룰로이드도 질산에스터류다.

나머지 테트릴·피크르산(트라이나이트로페놀)·트라이나이트로톨루엔(TNT)은 벤젠고리에 나이트로기가 직접 결합한 구조여서 품명이 나이트로화합물이다.

둘 다 제5류 위험물(자기반응성 물질)인 것은 같으므로, 유별이 아니라 품명을 갈라 외워야 한다.