2023년 위험물기능사실기(필답형) 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

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

(2) $\mathrm{Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2}$

(3) $\mathrm{2Zn + O_2 \rightarrow 2ZnO}$

[해설]

아연은 제2류 위험물 중 금속분으로 지정수량 500 kg, 위험등급 III이다. 이온화 경향이 수소보다 크기 때문에 물이나 산과 만나면 수소를 밀어내고 자신은 산화된다. 세 반응식 모두 “아연이 전자를 내주고 상대가 받는다”는 하나의 원리로 세울 수 있다.

(1) 상온의 물에는 표면에 생긴 산화막 때문에 잘 반응하지 않지만, 고온이 되면 산화막이 깨지면서 수산화아연과 수소를 만든다.
$\mathrm{Zn + 2H_2O \rightarrow Zn(OH)_2 + H_2}$

(2) 황산과는 황산아연이 되면서 수소가 나온다.
$\mathrm{Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2}$

같은 방식으로 염산과도 반응한다.
$\mathrm{Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2}$

(3) 공기 중에서 가열하면 흰 연기를 내며 타 산화아연이 된다. 이 반응은 수소가 나오지 않는 단순 산화다.
$\mathrm{2Zn + O_2 \rightarrow 2ZnO}$

아연은 양쪽성 금속이라 수산화나트륨 같은 알칼리와도 반응해 수소를 낸다. 이렇게 물·산·알칼리 어느 쪽으로도 가연성 가스를 만들기 때문에, 아연 분말 화재에는 물을 뿌리지 말고 마른모래나 팽창질석·팽창진주암으로 덮어 질식소화해야 한다.

(1) 4 m 이상

(2) 0.6 m 이상

(3) 누유검사관

(4) 0.1 m 이상

(5) 마른 모래 또는 습기 등에 의하여 응고되지 않는 입자지름 5 mm 이하의 마른 자갈분

[해설]

지하탱크저장소는 탱크를 지하의 탱크전용실에 넣어 설치하는 저장소다. 눈에 보이지 않는 곳에 묻히므로 누설을 빨리 알아채는 장치와 주변을 감싸는 채움재에 관한 기준이 촘촘하다.

(3) 그림에서 탱크 옆면을 따라 바닥까지 곧게 내려간 관은 누유검사관이다. 탱크에서 새어 나온 기름이 주변 채움재로 스며들면 이 관을 통해 확인할 수 있도록 한 것으로, 한 탱크마다 4곳 이상 설치하고, 관은 이중관으로 하되 소공이 뚫린 상태로 두어 액이 들어올 수 있게 한다.

(5) 탱크 둘레는 마른 모래 또는 습기 등에 의하여 응고되지 않는 입자지름 5 mm 이하의 마른 자갈분으로 채운다. 물기를 머금어 덩어리지지 않는 재료라야 누설된 액이 검사관까지 스며 나올 수 있고, 탱크 바깥면의 부식도 막을 수 있기 때문이다.

이 밖에 탱크 바깥면에는 부식방지 도복장을 하고, 액체위험물의 지하저장탱크에는 위험물의 양을 자동으로 표시하는 장치와 계량구를 설치하며, 계량구 직하에는 계량봉이 닿는 부분에 두께 4 mm 이상의 철판을 깔아야 한다.

(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) $\mathrm{CO_2}$, $\mathrm{H_2O}$

(2) 수소

(3) 수용성

[해설]

[보기]가 가리키는 물질은 아세트산(초산, $\mathrm{CH_3COOH}$)이다. 분자량이 $(12 \times 2) + (1 \times 4) + (16 \times 2) = 60$ 으로 맞고, 제4류 위험물 제2석유류 중 수용성이라 지정수량이 2,000 L이며, 산화성 물질이나 알칼리금속과 만나면 위험한 반응을 일으키는 성질도 조건과 일치한다.

(1) 탄소·수소·산소만으로 이루어진 유기물이므로 완전연소하면 이산화탄소와 물만 남는다.
$\mathrm{CH_3COOH + 2O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O}$

(2) 아세트산은 약산이지만 금속과는 산으로 작용해 수소를 밀어낸다. 아연과 만나면 아세트산아연이 되면서 수소($\mathrm{H_2}$)가 발생한다.
$\mathrm{Zn + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + H_2}$

(3) 카복실기($\mathrm{-COOH}$)가 물과 수소결합을 이루므로 물에 어떤 비율로도 섞인다. 따라서 수용성이며, 그래서 같은 제2석유류라도 비수용성인 등유·경유(1,000 L)의 두 배인 2,000 L가 지정수량으로 정해져 있다.

순수한 아세트산은 16 ℃ 아래에서 얼음처럼 굳어 빙초산이라고도 부른다. 수용성이므로 화재 때는 물로 희석해 소화하거나 알코올형 포소화약제를 쓴다.

아세트알데하이드 → 아세톤 → 에탄올 → 아세트산 → 나이트로벤젠

[해설]

제4류 위험물은 인화점에 따라 품명이 나뉘므로, 품명만 알면 인화점의 대소는 저절로 정해진다. 특수인화물 → 제1석유류 → 알코올류 → 제2석유류 → 제3석유류 순으로 인화점이 높아진다.

· 아세트알데하이드 — 특수인화물, 약 −38 ℃ (지정수량 50 L)

· 아세톤 — 제1석유류(수용성), 약 −18 ℃ (400 L)

· 에탄올 — 알코올류, 약 13 ℃ (400 L)

· 아세트산 — 제2석유류(수용성), 약 40 ℃ (2,000 L)

· 나이트로벤젠 — 제3석유류(비수용성), 약 88 ℃ (2,000 L)

품명의 정의를 되짚으면 제1석유류는 인화점 21 ℃ 미만, 제2석유류는 21 ℃ 이상 70 ℃ 미만, 제3석유류는 70 ℃ 이상 200 ℃ 미만이고, 알코올류는 탄소 수 1 ~ 3개인 포화 1가 알코올이라 제1석유류와 제2석유류 사이에 놓인다. 개별 수치를 다 외우지 못해도 각 물질이 어느 품명인지만 알면 순서를 세울 수 있다.

인화점이 낮을수록 상온에서 가연성 증기를 쉽게 내놓아 위험하다는 점이 이 유형이 묻는 핵심이다. ‘높은 것부터’로 물으면 순서를 뒤집어 적으면 된다.

(1) $\mathrm{C_2H_5ONO_2}$

(2) $\mathrm{C_6H_3(NO_2)_3}$

(3) $\mathrm{C_6H_3NH_2(NO_2)_2}$

[해설]

시성식은 분자 안의 작용기를 드러내 쓰는 식이다. 제5류 위험물은 대개 분자 안에 나이트로기($\mathrm{-NO_2}$)나 나이트로산에스터 결합을 품고 있어, 그 부분을 괄호로 묶어 개수를 보이는 것이 시성식의 요령이다.

제5류 위험물의 지정수량은 품명마다 정해져 있지 않고, 위험성 시험 결과에 따라 제1종은 10 kg, 제2종은 100 kg으로 갈린다.

(1) 질산에틸은 에탄올의 하이드록시기가 질산과 에스터 결합을 이룬 것이라 $\mathrm{C_2H_5-O-NO_2}$ 로 쓴다. 무색 투명한 액체이며 향긋한 냄새가 나고 물에는 잘 녹지 않는다. 나이트로기가 탄소에 직접 붙은 나이트로화합물과 구별해야 한다.

(2) 트라이나이트로벤젠은 벤젠 고리의 수소 3개가 나이트로기로 바뀐 것이다. 벤젠 $\mathrm{C_6H_6}$ 에서 수소 3개가 빠졌으므로 고리에 남은 수소는 3개, 곧 $\mathrm{C_6H_3(NO_2)_3}$ 이다.

(3) 다이나이트로아닐린은 아닐린($\mathrm{C_6H_5NH_2}$)의 고리에 나이트로기 2개가 더 붙은 것이라 고리의 수소는 3개가 남아 $\mathrm{C_6H_3NH_2(NO_2)_2}$ 가 된다. 실제로 쓰이는 것은 대개 2,4-다이나이트로아닐린이며, 노란색 결정으로 폭발성이 있다.

세 물질 모두 자기반응성 물질이라 분자 안에 산소를 품고 있다. 공기를 차단해도 스스로 타므로 질식소화가 듣지 않고, 다량의 물로 냉각소화하는 것이 원칙이다.

(1) 이황화탄소

(2) $\mathrm{CS_2}$

(3) 특수인화물

(4) 50 L

(5) 위험등급 I

[해설]

[보기]를 하나씩 맞춰 보면 답이 하나로 좁혀진다. 분자량 76은 $12 + (32 \times 2) = 76$ 으로 이황화탄소($\mathrm{CS_2}$)와 딱 맞고, 물보다 무거운 비중 1.26과 낮은 비점 46 ℃, 그리고 “물속에 넣어 보관한다”는 마지막 조건이 결정적이다.

이황화탄소는 물보다 무겁고 물에 녹지 않기 때문에 물 밑에 가라앉는다. 이 성질을 이용해 철근콘크리트 수조에 물을 채우고 그 속에 넣어 보관하면, 물이 뚜껑 노릇을 해 가연성 증기가 새어 나오는 것을 막는다.

특수인화물은 1기압에서 발화점이 100 ℃ 이하이거나, 인화점이 -20 ℃ 이하이면서 비점이 40 ℃ 이하인 것을 말한다. 이황화탄소는 착화점이 90 ℃로 제4류 위험물 가운데 가장 낮아, 뜨거운 배관에 닿기만 해도 불이 붙을 수 있다.

연소하면 이산화탄소와 함께 유독한 이산화황이 나온다.
$\mathrm{CS_2 + 3O_2 \rightarrow CO_2 + 2SO_2}$

(1) 3.2 mm 이상

(2) 4,000 L 이하마다

(3) 1.6 mm 이상

[해설]

이동탱크저장소는 달리는 차량 위의 탱크이므로, 급제동·급회전 때 액체가 한쪽으로 쏠려 차가 뒤집히는 것을 막는 장치가 핵심이다. 그 두 가지가 칸막이와 방파판이다.

칸막이는 탱크 안을 4,000 L 이하의 방으로 나누는 벽으로, 두께 3.2 mm 이상의 강철판이나 이와 같은 수준 이상의 기계적 성질이 있는 재료로 만든다. 방파판은 각 방 안에서 액체가 출렁이는 것을 줄이는 판으로, 두께 1.6 mm 이상의 강철판을 이동방향과 평행하게 2개 이상 설치한다.

칸막이로 나뉜 각 방에는 맨홀과 안전장치, 방파판을 갖춰야 한다. 다만 그 방의 용량이 2,000 L 미만이면 방파판을 설치하지 않아도 된다. 두께가 헷갈릴 때는 3.2 - 2.3 - 1.6 순서로 “본체·칸막이·측면틀(3.2) → 방호틀(2.3) → 방파판(1.6)”을 함께 외워 두면 좋다.

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

(2) 38.81 $\mathrm{m^3}$

[해설]

(1) 탄산수소칼륨은 제2종 분말소화약제의 주성분이다. 190 ℃ 부근에서 1차 분해가 일어나 탄산칼륨·이산화탄소·물이 된다.

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

온도가 더 올라가 590 ℃ 부근이 되면 2차 분해가 이어진다.
$\mathrm{2KHCO_3 \rightarrow K_2O + 2CO_2 + H_2O}$

(2) 탄산수소칼륨의 분자량은 $39 + 1 + 12 + (16 \times 3) = 100$ 이므로 200 kg은

$n = \dfrac{200\,\mathrm{kg}}{100\,\mathrm{kg/kmol}} = 2\,\mathrm{kmol}$

이다. 1차 분해식에서 $\mathrm{KHCO_3}$ 2몰당 $\mathrm{CO_2}$ 1몰이 나오므로 이산화탄소는 1 kmol이 생긴다. 이상기체 상태방정식 $PV = nRT$ 에 대입하면

$V = \dfrac{nRT}{P} = \dfrac{1 \times 0.08206 \times (273 + 200)}{1} = 38.81$

이므로 부피는 38.81 $\mathrm{m^3}$ 이다. (여기서 $R = 0.08206\ \mathrm{m^3 \cdot atm/(kmol \cdot K)}$)

표준상태의 몰부피로 풀어도 같다. 기체 1 kmol은 0 ℃·1기압에서 22.4 $\mathrm{m^3}$ 이므로 $22.4 \times \dfrac{473}{273} = 38.81\,\mathrm{m^3}$ 이다. 두 경로가 같은 값을 주는 것으로 검산이 된다.

기체상수를 0.082로 줄여 쓰면 38.79가 나오는데, 이는 $R$ 을 미리 반올림한 결과다. 중간에 반올림하지 말고 끝에서 한 번만 반올림해야 하므로 38.81이 맞다.

제2종 분말소화약제는 담자색(연보라색)으로 착색하며, 분해로 생긴 이산화탄소와 수증기가 산소를 막고 칼륨 이온이 연쇄반응을 끊어 소화한다. B급·C급 화재에 쓰인다.

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

(2) ① 백색 ② 흑색

[해설]

(1) 탄화칼슘($\mathrm{CaC_2}$, 카바이드)은 물과 닿으면 수산화칼슘과 함께 아세틸렌($\mathrm{C_2H_2}$)을 내놓는 금수성 물질이다.

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

문제가 요구한 것은 이때 생긴 기체, 즉 아세틸렌의 연소반응식이다. 아세틸렌 2몰에 산소 5몰이 붙어 이산화탄소 4몰과 물 2몰이 된다.

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

아세틸렌은 연소범위가 2.5~81 vol%로 대단히 넓어 조금만 새어도 폭발성 혼합기를 만든다. 그래서 탄화칼슘은 밀폐 용기에 넣고 질소 같은 불연성 가스를 채워 저장한다.

(2) 제조소에는 “위험물제조소”라고 쓴 표지를 세우는데, 위험물안전관리법 시행규칙은 그 표지를 한 변 0.3 m 이상·다른 한 변 0.6 m 이상인 직사각형으로 하고 백색 바탕에 흑색 문자로 적도록 정하고 있다.

탄화칼슘 자체는 제3류 위험물 중 칼슘 또는 알루미늄의 탄화물로 지정수량이 300 kg, 위험등급은 III이다. 금수성이므로 소화에는 주수를 피하고 마른모래나 탄산수소염류 분말소화약제를 쓴다.

(1) 제6류 위험물

(2) 제4류 위험물, 제5류 위험물

(3) 제4류 위험물

(4) 제2류 위험물, 제3류 위험물, 제5류 위험물

(5) 제2류 위험물, 제4류 위험물

[해설]

운반 시 유별을 달리하는 위험물을 같은 차량에 실을 수 있는지는 아래 표로 정리된다. ○ 는 혼재할 수 있는 조합, × 는 혼재할 수 없는 조합이다.

외우는 요령은 숫자 짝이다. 4류는 2·3·5류와, 5류는 2·4류와, 6류는 1류와 함께 실을 수 있다. 짧게는 “423, 524, 61”로 기억한다. 거꾸로 읽으면 1류는 6류와만, 2류는 4·5류와, 3류는 4류와만 혼재할 수 있다.

제1류(산화성 고체)는 산화력이 강해 가연물인 제2·3·4·5류와 같이 실으면 위험하고, 산화성 액체인 제6류와만 성질이 맞는다. 제3류(자연발화성·금수성)는 제4류와만 허용되는데, 알킬알루미늄처럼 유기용제에 녹여 다루는 경우가 있기 때문이다.

다만 이 혼재 기준은 지정수량의 10분의 1 이하인 위험물에는 적용하지 않는다. 이 문제가 “지정수량 이상을 운반한다”는 단서를 붙인 것은 표를 그대로 적용하라는 뜻이다.

(1) 1,160 g

(2) 10,150 g

[해설]

(1) 비중 1.45는 용액 1 L의 질량이 1.45 kg이라는 뜻이다. 그 가운데 80 wt%가 질산이므로

$m_{\mathrm{HNO_3}} = 1{,}450\,\mathrm{g} \times 0.8 = \mathbf{1{,}160}\,\mathrm{g}$

이다.

(2) 물을 넣어 묽혀도 녹아 있는 질산의 질량은 변하지 않는다. 이것이 이 계산의 열쇠다. 질산 1,160 g이 전체의 10 wt%가 되어야 하므로, 묽힌 뒤 용액 전체의 질량은

$m_{\text{전체}} = \dfrac{1{,}160}{0.1} = 11{,}600\,\mathrm{g}$

이다. 처음 용액이 1,450 g이었으니 더 넣어야 하는 물은 그 차이다.

$m_{\mathrm{H_2O}} = 11{,}600 - 1{,}450 = \mathbf{10{,}150}\,\mathrm{g}$

즉 물을 10,150 g 넣으면 된다.

같은 답을 십자법(혼합법)으로도 얻을 수 있다. 80 wt% 용액과 0 wt%인 물을 섞어 10 wt%를 만들려면 두 용액의 질량비가 $(10 - 0) : (80 - 10) = 10 : 70$ 이어야 한다. 80 wt% 용액이 1,450 g이므로

$10 : 70 = 1{,}450 : x \;\Rightarrow\; x = \dfrac{70 \times 1{,}450}{10} = 10{,}150\,\mathrm{g}$

여기서 비례식에 넣는 1,450 g은 용질인 질산의 질량이 아니라 용액 전체의 질량이라는 점을 놓치기 쉽다. 1,160 g을 넣으면 답이 틀어진다.

질산은 제6류 위험물로 지정수량이 300 kg이며, 비중 1.49 이상인 것만 위험물로 본다.

(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.

야자유, 올리브유, 피마자유

[해설]

동식물유류는 아이오딘값(요오드값)에 따라 셋으로 나뉜다. 아이오딘값은 유지 100 g에 흡수되는 아이오딘의 g수로, 이중결합이 많을수록 커지고 그만큼 공기 중 산소와 반응해 자연발화하기 쉽다.

건성유(130 이상) — 아마인유, 해바라기유, 들기름, 동유, 정어리기름

반건성유(100~130) — 참기름, 콩기름, 채종유, 청어기름, 옥수수기름, 목화씨기름

불건성유(100 이하) — 야자유, 올리브유, 피마자유, 땅콩기름, 동백기름, 소기름, 돼지기름

따라서 [보기]에서 불건성유는 야자유, 올리브유, 피마자유다. 아마인유와 해바라기유는 건성유여서 헝겊이나 종이에 스며든 채 쌓아 두면 자연발화 위험이 크다.

16.76 $\mathrm{m^3}$

[해설]

양 끝 경판이 볼록한 횡형 원통형 탱크의 내용적은 가운데 동체의 부피에 두 경판의 부피를 각각 3분의 1씩 더한 값으로 계산한다.

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

여기서 $r$ 은 단면의 반지름, $l$ 은 동체의 길이, $l_1$·$l_2$ 는 좌우 경판이 튀어나온 길이다. 주어진 값을 대입하면

$V = \pi \times 1^2 \times \left(5 + \dfrac{0.5 + 0.5}{3}\right) = \pi \times \dfrac{16}{3} = 16.7552$

이므로 내용적은 16.76 $\mathrm{m^3}$ 이다.

이 문항은 원주율을 정해 주지 않았다. 중간에 $\pi$ 를 3.14로 잘라 쓰면 $3.14 \times \dfrac{16}{3} = 16.7467$ 이 되어 16.75로 갈리는데, 이는 원주율을 미리 반올림한 탓이다. 중간 반올림 없이 끝까지 계산한 뒤 마지막에 한 번만 반올림하는 것이 원칙이므로 16.76이 맞다. 반대로 발문이 “$\pi$ 는 3.14로 한다”처럼 못 박았다면 그때는 지정된 값을 그대로 따라야 한다.

참고로 경판이 없어 양 끝이 평평한 원통형 탱크는 $V = \pi r^2 l$ 만 쓰면 된다. 또 내용적과 용량은 다르다. 탱크의 용량은 내용적에서 공간용적(보통 내용적의 5~10 %)을 뺀 값이다.

96 L

[해설]

연소반응식부터 세운다. 톨루엔은 $\mathrm{C_6H_5CH_3}$($\mathrm{C_7H_8}$)이므로

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

이다. 톨루엔 1몰을 태우는 데 산소가 9몰 필요하다는 뜻이다.

톨루엔의 분자량은 $(12 \times 7) + (1 \times 8) = 92$ 이므로

$n = \dfrac{9.2\,\mathrm{g}}{92\,\mathrm{g/mol}} = 0.1\,\mathrm{mol}$

필요한 산소는 $0.1 \times 9 = 0.9\,\mathrm{mol}$ 이고, 0 ℃·1기압에서 기체 1몰의 부피는 22.4 L이므로

$V_{\mathrm{O_2}} = 0.9 \times 22.4 = 20.16\,\mathrm{L}$

공기 중 산소가 21 vol%이므로 필요한 공기의 부피는

$V_{\mathrm{air}} = \dfrac{20.16}{0.21} = \mathbf{96}\,\mathrm{L}$

즉 96 L다.

이 문제에서 20.16 L는 연소로 생성되는 산소가 아니라 연소에 소비되는(필요한) 산소량이다. 방향을 반대로 잡으면 식은 같아도 설명이 틀어지니 주의한다. 또 부피 대신 질량을 물으면 공기의 평균분자량 29를, 표준상태가 아닌 온도·압력이 주어지면 $PV = nRT$ 를 써야 한다.

(1) 염소산칼륨, 과산화칼슘, 과산화수소

(2) 철분

[해설]

운반할 때의 피복 기준은 “빛에 약한가”와 “물에 약한가”로 갈린다.

보기의 물질을 하나씩 짚으면 다음과 같다.

과산화칼슘은 제1류이므로 차광성 대상이지만, 방수성 대상은 알칼리금속의 과산화물로 한정되어 있다. 과산화칼슘은 알칼리토금속인 칼슘의 과산화물이라 방수성 피복 대상에서는 빠진다. 과산화나트륨·과산화칼륨이었다면 차광성과 방수성을 모두 해야 한다.

적린은 제2류이지만 철분·금속분·마그네슘이 아니고, 아세톤은 제4류이지만 특수인화물이 아니라 제1석유류이므로 둘 다 피복 규정의 대상이 아니다.

① $\mathrm{C_2H_5OH}$

② $\mathrm{C_2H_4(OH)_2}$

③ 제3석유류

④ 글리세린

⑤ 제3석유류

[해설]

세 물질 모두 하이드록시기($\mathrm{-OH}$)를 가진 알코올이지만, 위험물안전관리법에서 “알코올류”로 묶는 것은 한 분자 안의 탄소가 1~3개인 포화 1가 알코올뿐이다. 하이드록시기가 둘 이상이면 알코올류에서 빠지고, 인화점에 따라 석유류로 분류된다.

에탄올은 탄소가 2개인 1가 알코올이므로 알코올류(지정수량 400 L)다. 에틸렌글리콜은 2가, 글리세린은 3가 알코올이라 알코올류에서 제외되고, 인화점이 모두 70 ℃ 이상 200 ℃ 미만이므로 제3석유류가 된다. 둘 다 물에 잘 녹는 수용성이라 지정수량은 4,000 L다.

글리세린은 $\mathrm{C_3H_5(OH)_3}$ 로 프로판의 탄소 세 자리에 하이드록시기가 하나씩 붙은 구조이고, 단맛이 나는 점성 액체로 화장품·의약품의 보습제로 쓰인다.

(1) 1,000 $\mathrm{m^2}$ 이하

(2) 위험등급 I

(3) 제1류 위험물

[해설]

황린은 제3류 위험물 중 자연발화성 물질로 지정수량이 20 kg, 위험등급은 I이다. 공기 중에서 34 ℃ 부근이면 스스로 발화하므로 물속(pH 9 정도의 약알칼리성 물)에 담가 보관한다.

옥내저장소의 저장창고 바닥면적은 위험한 것일수록 좁게 제한한다.

유별을 달리하는 위험물은 원칙적으로 같은 저장소에 둘 수 없지만, 옥내저장소·옥외저장소에서 유별로 정리해 서로 1 m 이상 간격을 두면 예외로 허용되는 조합이 있다. 그중 하나가 제1류 위험물과 제3류 위험물 중 자연발화성 물질(황린 또는 이를 함유한 것에 한한다)을 함께 두는 경우다. 따라서 황린과 같이 저장할 수 있는 것은 제1류 위험물이다.

같은 규정에서 허용하는 다른 조합으로는 제1류와 제6류, 제2류 중 인화성 고체와 제4류, 제3류 중 알킬알루미늄등과 제4류 중 알킬알루미늄·알킬리튬을 함유한 것, 제4류 중 유기과산화물과 제5류 중 유기과산화물이 있다.

아래 표와 같다. (철분·금속분·마그네슘 등의 칸은 다섯 설비 모두 적응성 없음)

[해설]

같은 제2류 위험물이라도 성질이 갈리기 때문에 소화설비의 적응성도 셋으로 나뉜다.

철분·금속분·마그네슘 등은 물과 만나면 수소를 내놓는 금수성 물질이다. 물을 쓰는 옥내소화전·물분무·포소화설비는 오히려 화재를 키우고, 이산화탄소를 쓰는 불활성가스소화설비도 고온의 금속이 이산화탄소를 분해해 탄소를 남기므로 듣지 않는다. 할로젠화합물 역시 금속과 반응해 유독가스를 내므로 적응성이 없다. 그래서 다섯 칸이 모두 빈다. 이들에 쓸 수 있는 것은 탄산수소염류 분말소화설비와 마른모래·팽창질석·팽창진주암 같은 건조사류다.

인화성 고체는 고형 알코올처럼 실제로는 인화성 액체에 가깝게 타는 것이라, 냉각·질식·억제 어느 방식이든 통한다. 그래서 다섯 설비 모두 ○ 다.

그 밖의 것(황·적린·황화인 등)은 물로 냉각소화하는 것이 효과적이므로 옥내소화전·물분무·포소화설비에는 ○ 이지만, 불활성가스나 할로젠화합물로는 냉각이 되지 않아 적응성이 없다.

표를 통째로 외우기보다 “물이 되나 / 질식이 되나”를 물질 성질에서 따져 보는 편이 빠르다. 금수성이면 물계·가스계가 모두 막히고, 인화성 고체는 다 되고, 나머지 고체는 물계만 된다고 기억하면 된다.