2023년 위험물기능사실기(필답형) 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

(1) $\mathrm{2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2}$

(2) 47.06 g

[해설]

(1) 과산화수소는 열이나 빛, 촉매를 만나면 물과 산소로 갈라진다. 이때 발생하는 산소가 용기 안의 압력을 밀어 올리기 때문에, 저장 용기에는 마개 대신 구멍이 뚫린 마개를 씌워 기체가 빠져나가게 한다.

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

(2) 과산화수소의 분자량은 $(1 \times 2) + (16 \times 2) = 34$, 산소 분자의 분자량은 32다. 반응식에서 과산화수소 2 mol이 분해하면 산소 1 mol이 나오므로 질량비로 $2 \times 34\,\mathrm{g} : 32\,\mathrm{g}$ 가 된다.

$2 \times 34\,\mathrm{g} : 32\,\mathrm{g} = 100\,\mathrm{g} : x$

$x = \dfrac{100 \times 32}{2 \times 34} = \dfrac{3{,}200}{68} = \mathbf{47.06}\,\mathbf{\mathrm{g}}$

몰수로 풀어도 같다. $\dfrac{100}{34} = 2.941\,\mathrm{mol}$ 의 과산화수소에서 산소는 그 절반인 $1.471\,\mathrm{mol}$ 이 나오므로 $1.471 \times 32 = 47.06\,\mathrm{g}$ 이다. 다만 중간값을 2.94 mol로 미리 반올림하면 47.04 g이 나와 끝자리가 달라진다 (일부 교재가 이 값으로 싣고 있다). 반올림은 마지막에 한 번만 하는 것이 원칙이므로 47.06 g이 정확한 값이다.

과산화수소는 농도가 36 wt% 이상인 것만 제6류 위험물로 규제하며 지정수량은 300 kg이다. 분해를 늦추기 위해 인산이나 요산 같은 안정제를 넣어 보관한다.

① 이황화탄소 ② 발화점 ③ 100 ④ 20 ⑤ 40

⑥ 1 ⑦ 21

⑧ 21 ⑨ 70 ⑩ 40 ⑪ 40 ⑫ 60

⑬ 중유 ⑭ 크레오소트유 ⑮ 70 ⑯ 200 ⑰ 40

[해설]

제4류 위험물의 품명은 인화점을 기준으로 나뉜다. 특수인화물만 인화점 외에 발화점 또는 비점 조건이 하나 더 붙는데, 둘 중 어느 하나만 만족해도 특수인화물이 된다는 점(‘또는’)이 중요하다.

· 특수인화물 — 발화점 100 ℃ 이하 또는 인화점 영하 20 ℃ 이하이면서 비점 40 ℃ 이하 (지정수량 50 L)

· 제1석유류 — 인화점 21 ℃ 미만 (비수용성 200 L / 수용성 400 L)

· 알코올류 — 탄소 수 1 ~ 3개인 포화 1가 알코올 (400 L)

· 제2석유류 — 인화점 21 ℃ 이상 70 ℃ 미만 (비수용성 1,000 L / 수용성 2,000 L)

· 제3석유류 — 인화점 70 ℃ 이상 200 ℃ 미만 (비수용성 2,000 L / 수용성 4,000 L)

· 제4석유류 — 인화점 200 ℃ 이상 250 ℃ 미만 (6,000 L)

인화점의 경계가 21 – 70 – 200 – 250 으로 이어지므로 이 네 숫자만 외우면 제1석유류부터 제4석유류까지 한 번에 정리된다.

단서로 붙은 ‘가연성 액체량 40 중량퍼센트 이하’ 규정은 페인트·바니시 같은 도료류를 걸러 내기 위한 것으로, 제2석유류에는 여기에 더해 인화점 40 ℃ 이상이면서 연소점 60 ℃ 이상이라는 조건이 함께 붙는다는 점이 제3석유류와 다르다.

대표 물질로 특수인화물에는 다이에틸에터(인화점 −45 ℃, 비점 34 ℃)·이황화탄소(발화점 100 ℃)·아세트알데하이드(비점 21 ℃)·산화프로필렌이, 제3석유류에는 중유·크레오소트유·아닐린·나이트로벤젠이 있다.

$785.4\,\mathrm{L}$

[해설]

세로로 선 원통형 탱크의 내용적은 밑면인 원의 넓이에 높이를 곱해 구한다.

$V = \pi r^2 l$

그림에서 0.5 m는 원 단면의 중심에서 원주까지 그어진 값이므로 반지름이고, 1 m는 상부 돔이 시작되는 점선에서 바닥까지의 동체 높이다. 두 값을 그대로 넣는다.

$V = \pi \times (0.5)^2 \times 1 = 0.7854\,\mathrm{m^3}$

$1\,\mathrm{m^3} = 1{,}000\,\mathrm{L}$ 이므로

$V = 0.7854 \times 1{,}000 = \mathbf{785.4}\,\mathbf{\mathrm{L}}$

원주율을 3.14로 잘라 쓰면 785 L가 나오는데(일부 교재가 이 값으로 싣고 있다), 반올림을 뒤로 미루고 계산한 785.4 L가 더 정확한 값이다. 실기 채점에서는 소수 자리 처리에 따른 이 정도 차이는 함께 인정된다.

주의할 것은 그림 위쪽의 돔이다. 치수선이 돔 아래 점선에서 끊겨 있으므로 돔의 부피는 이 계산에 들어가지 않는다. 만약 가로로 누운 원통형 탱크에 양쪽 경판이 붙어 있다면 $V = \pi r^2\left(l + \dfrac{l_1 + l_2}{3}\right)$ 로 경판 몫을 더해 주어야 하지만, 이 문항은 그런 형태가 아니다.

참고로 탱크의 용량을 묻는다면 내용적에서 공간용적(보통 내용적의 5 ~ 10 %)을 뺀 값을 답해야 한다. 이 문항은 내용적을 물었으므로 빼지 않는다.

(1) $\mathrm{P_4 + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5}$

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

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

(4) 해당 없음

(5) 해당 없음

[해설]

완전연소반응식은 가연물 속의 원소가 저마다 가장 안정한 산화물로 바뀐다고 놓고 세운다. 인은 $\mathrm{P_2O_5}$, 황은 $\mathrm{SO_2}$, 나트륨은 $\mathrm{Na_2O}$ 가 되는 식이다.

(1) 황린은 인 원자 4개가 모인 $\mathrm{P_4}$ 분자다. 인 4개가 $\mathrm{2P_2O_5}$ 로 가면 오른쪽 산소가 10개이므로 왼쪽에 $\mathrm{5O_2}$ 를 놓는다.

$\mathrm{P_4 + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5}$

(2) 삼황화인($\mathrm{P_4S_3}$)은 인과 황만으로 이루어져 있으므로 생성물도 $\mathrm{P_2O_5}$ 와 $\mathrm{SO_2}$ 둘뿐이다. 인 4개 → $\mathrm{2P_2O_5}$, 황 3개 → $\mathrm{3SO_2}$ 이고, 오른쪽 산소는 $10 + 6 = 16$ 개이므로 왼쪽은 $\mathrm{8O_2}$ 다.

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

(3) 나트륨은 산화나트륨이 되며, 나트륨 4개에 산소 분자 1개가 든다.

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

(4)·(5)는 “해당 없음”이다. 과산화마그네슘($\mathrm{MgO_2}$)은 산화성 고체인 제1류 위험물, 질산($\mathrm{HNO_3}$)은 산화성 액체인 제6류 위험물로 둘 다 불연성이다. 오히려 스스로 산소를 내주어 남의 연소를 돕는 산소공급원이므로 자신의 연소반응식은 세울 수 없다. 다만 가열하면 분해는 하는데, 이는 연소가 아니라 열분해다 ($\mathrm{2MgO_2 \rightarrow 2MgO + O_2}$, $\mathrm{4HNO_3 \rightarrow 2H_2O + 4NO_2 + O_2}$).

산화프로필렌 → 메틸알코올 → 클로로벤젠 → 나이트로벤젠

[해설]

네 물질의 인화점을 일일이 외우지 않아도 품명만 가려내면 순서가 정해진다. 제4류 위험물의 품명 자체가 인화점 구간으로 나뉘어 있기 때문이다.

특수인화물은 1기압에서 발화점 100 ℃ 이하이거나 인화점이 -20 ℃ 이하이면서 비점 40 ℃ 이하인 것, 제1석유류는 인화점 21 ℃ 미만, 제2석유류는 21 ℃ 이상 70 ℃ 미만, 제3석유류는 70 ℃ 이상 200 ℃ 미만이다. 알코올류는 인화점으로 나눈 품명이 아니지만 메틸알코올의 인화점 11 ℃는 제1석유류 구간에 들어가므로, 특수인화물 다음·제2석유류 앞자리에 놓인다.

따라서 답은 산화프로필렌 → 메틸알코올 → 클로로벤젠 → 나이트로벤젠 이다.

(1) $\mathrm{MgO_2 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O_2}$

(2) $\mathrm{2MgO_2 + 2H_2O \rightarrow 2Mg(OH)_2 + O_2}$

(3) $\mathrm{2MgO_2 \rightarrow 2MgO + O_2}$

[해설]

과산화마그네슘($\mathrm{MgO_2}$)은 제1류 위험물 가운데 무기과산화물에 속하는 산화성 고체로, 지정수량은 50 kg, 위험등급은 I이다. 분자 안에 과산화 결합($\mathrm{-O-O-}$)을 품고 있어 상대에 따라 과산화수소나 산소를 내놓는 것이 이 물질의 성질을 관통하는 열쇠다.

(1) 산과의 반응 — 묽은 산을 만나면 과산화 결합이 그대로 떨어져 나와 과산화수소가 만들어진다. 알칼리토금속의 과산화물이 공통으로 보이는 거동이다.

$\mathrm{MgO_2 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O_2}$

(2) 물과의 반응 — 물과는 서서히 반응해 수산화마그네슘이 가라앉고 산소가 발생한다. 발생한 산소가 주변 가연물의 연소를 돕기 때문에 금수성으로 다룬다.

$\mathrm{2MgO_2 + 2H_2O \rightarrow 2Mg(OH)_2 + O_2}$

(3) 열분해 — 가열하면 산화마그네슘과 산소로 갈라진다.

$\mathrm{2MgO_2 \rightarrow 2MgO + O_2}$

세 반응 모두 산소 또는 과산화수소를 내놓으므로, 저장할 때는 습기와 산을 멀리하고 가연물·유기물과 함께 두지 않아야 한다. 화재 시 주수는 오히려 산소 발생을 부추기므로 마른모래로 덮어 질식소화한다.

(1) 건성유 — 아이오딘값 130 이상

(2) 반건성유 — 아이오딘값 100 ~ 130

(3) 불건성유 — 아이오딘값 100 이하

[해설]

아이오딘값은 유지 100 g에 흡수되는 아이오딘의 g수다. 값이 클수록 이중결합이 많아 불포화도가 높다는 뜻이고, 불포화도가 높을수록 공기 중 산소와 잘 결합해 산화열이 쌓이므로 자연발화 위험도 커진다.

· 건성유 — 130 이상 : 아마인유, 들기름, 동유, 정어리기름

· 반건성유 — 100 ~ 130(교재에 따라 100 초과 130 미만으로 적기도 하는데 같은 뜻이다) : 참기름, 채종유, 콩기름, 면실유

· 불건성유 — 100 이하 : 올리브유, 피마자유, 야자유, 땅콩기름

동식물유류는 제4류 위험물이고 지정수량은 10,000 L이다. 건성유가 스며든 헝겊·톱밥을 쌓아 두면 산화열이 빠져나가지 못해 자연발화로 이어진다.

(1) 질산메틸 : 메틸기가 산소를 사이에 두고 나이트로기에 이어진 사슬 — $\mathrm{H_3C-O-NO_2}$ ($\mathrm{CH_3ONO_2}$)

(2) 트라이나이트로톨루엔 : 벤젠 고리의 1번 자리에 $\mathrm{CH_3}$, 2·4·6번 자리에 $\mathrm{NO_2}$ 3개 — $\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3CH_3}$

(3) 피크르산 : 벤젠 고리의 1번 자리에 $\mathrm{OH}$, 2·4·6번 자리에 $\mathrm{NO_2}$ 3개 — $\mathrm{C_6H_2(OH)(NO_2)_3}$

[해설]

(1) 질산메틸($\mathrm{CH_3ONO_2}$) — 메탄올의 수소가 질산기로 바뀐 질산에스터다. 메틸기와 나이트로기가 산소를 다리 삼아 이어져 있고, 나이트로기의 질소에는 산소 하나가 이중결합으로, 다리 산소가 단일결합으로 붙는다. 분자량 77, 무색투명한 액체로 단맛이 나며 향기가 있다.

(2) 트라이나이트로톨루엔($\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3CH_3}$, TNT) — 톨루엔을 진한 질산과 진한 황산의 혼산으로 나이트로화해 만든다. 메틸기가 붙은 자리를 1번으로 잡으면 나이트로기 셋이 2·4·6번 자리에 들어간다. 담황색 침상결정이고 분자량은 227이다.

(3) 피크르산($\mathrm{C_6H_2(OH)(NO_2)_3}$) — 트라이나이트로페놀이라고도 하며, 페놀을 나이트로화해 얻는다. TNT의 메틸기 자리에 하이드록시기가 앉은 모양으로, 나이트로기 위치는 마찬가지로 2·4·6번이다. 분자량 229의 황색 결정으로 쓴맛이 나고 금속과 만나면 충격에 민감한 피크르산염을 만들기 때문에 금속 용기를 쓰지 않는다.

세 물질 모두 분자 안에 산소를 품고 있어 외부에서 공기를 받지 않아도 스스로 타는 자기반응성 물질(제5류 위험물)이다. 질산메틸은 질산에스터류에, TNT와 피크르산은 나이트로화합물에 속한다. 소화는 질식이 통하지 않으므로 다량의 물로 냉각하는 것이 원칙이다.

(1) $\mathrm{Na_2O_2}$

(2) $\mathrm{NH_4NO_3}$

(3) $\mathrm{KClO_3}$

[해설]

(1) 과산화나트륨($\mathrm{Na_2O_2}$) — 무기과산화물은 물뿐 아니라 이산화탄소와도 반응해 산소를 내놓는다. 이 때문에 무기과산화물 화재에 이산화탄소 소화기를 쓰면 오히려 산소를 보태는 꼴이 된다.

$\mathrm{2Na_2O_2 + 2CO_2 \rightarrow 2Na_2CO_3 + O_2}$

물과의 반응도 같은 맥락이다 — $\mathrm{2Na_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 4NaOH + O_2}$.

(2) 질산암모늄($\mathrm{NH_4NO_3}$) — 습기를 잘 빨아들이고, 물에 녹을 때 주위에서 열을 흡수해 용액의 온도를 떨어뜨린다(흡열용해). 이 성질을 이용해 순간 냉각팩의 재료로도 쓴다.

(3) 염소산칼륨($\mathrm{KClO_3}$) — 비중이 2.32로 세 후보 가운데 이 값을 가진 것은 염소산칼륨뿐이다. 이산화망가니즈를 촉매로 넣으면 훨씬 낮은 온도에서 분해가 시작되며, 실험실에서 산소를 얻을 때 쓰는 고전적인 방법이다.

$\mathrm{2KClO_3 \rightarrow 2KCl + 3O_2}$

다섯 가지 모두 산화성 고체인 제1류 위험물이라 그 자체는 타지 않지만 산소를 내주어 다른 물질의 연소를 거들며, 특히 무기과산화물은 물을 만나면 산소를 내놓으므로 주수소화를 피하고 마른모래로 덮는다.

㉠ 자연배기

㉡ 150

㉢ 800

㉣ 2

㉤ 루프팬

[해설]

제조소 안에 고인 위험물 증기를 밖으로 빼내기 위한 설비가 환기설비다. 위험물안전관리법 시행규칙은 이를 동력에 기대지 않는 자연배기 방식으로 하도록 정하고 있다. 송풍기를 돌리면 모터의 불꽃이 점화원이 될 수 있는 데다, 정전이 되면 환기가 통째로 멎기 때문이다.

급기구는 바닥면적 150 $\mathrm{m^2}$ 마다 1개 이상 두고 크기는 800 $\mathrm{cm^2}$ 이상으로 한다. 다만 바닥면적이 150 $\mathrm{m^2}$ 에 못 미치는 실은 아래와 같이 면적을 줄여 잡는다.

급기구는 낮은 곳에 두고 인화방지망을 씌우며, 배출 쪽인 환기구는 지붕 위나 지상 2 m 이상 높이에 회전식 고정벤틸레이터 또는 루프팬 방식으로 올린다. 대부분의 위험물 증기는 공기보다 무거워 바닥에 깔리므로 아래에서 들이고 위로 뽑아내는 흐름을 만들어 주는 것이다.

참고로 배출설비를 갖춘 장소에는 환기설비를 따로 두지 않아도 된다.

(1) $\mathrm{Na_2O_2}$, $\mathrm{K}$

(2) ① 과산화나트륨 : $\mathrm{2Na_2O_2 + 2CO_2 \rightarrow 2Na_2CO_3 + O_2}$

　　② 칼륨 : $\mathrm{4K + 3CO_2 \rightarrow 2K_2CO_3 + C}$

[해설]

이산화탄소는 흔히 불을 끄는 기체로 쓰이지만, 상대가 반응성이 아주 큰 물질이면 오히려 자신의 산소를 내주는 산화제 노릇을 한다. [보기] 여섯 가지 가운데 그런 반응을 일으키는 것은 과산화나트륨과 칼륨 둘이다.

과산화나트륨($\mathrm{Na_2O_2}$, 제1류 무기과산화물) — 이산화탄소를 탄산나트륨으로 붙잡으면서 산소를 뱉어낸다. 잠수함이나 방독면의 산소발생제로 쓰이는 것도 바로 이 반응 때문이다.

$\mathrm{2Na_2O_2 + 2CO_2 \rightarrow 2Na_2CO_3 + O_2}$

칼륨($\mathrm{K}$, 제3류 금수성 물질) — 반응성이 워낙 커서 이산화탄소에서 산소를 떼어 내고 탄소를 남긴다. 이 탄소 알갱이가 다시 벌겋게 달아올라 연소를 이어 가므로 폭발적으로 번진다.

$\mathrm{4K + 3CO_2 \rightarrow 2K_2CO_3 + C}$

나머지 넷은 이산화탄소와 반응하지 않는다. 염소산나트륨($\mathrm{NaClO_3}$)·질산암모늄($\mathrm{NH_4NO_3}$)·과망가니즈산칼륨($\mathrm{KMnO_4}$)은 같은 제1류 위험물이라도 과산화물이 아니어서 이산화탄소를 붙잡지 못하고, 아세톤($\mathrm{CH_3COCH_3}$)은 제4류 제1석유류인 유기용제일 뿐이다.

실무에서 이 문항이 갖는 뜻은 소화약제 선택에 있다. 과산화나트륨과 칼륨의 화재에 이산화탄소 소화기를 쓰면 오히려 불을 키운다. 두 물질 모두 물과도 격렬히 반응하므로 ($\mathrm{2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2}$) 마른모래·팽창질석·팽창진주암이나 탄산수소염류 분말소화약제로 덮어 질식소화해야 한다.

(1) 바탕 적색 · 문자 백색

(2) 바탕 황색 · 문자 흑색

(3) 바탕 백색 · 문자 흑색

[해설]

제조소등의 표지와 게시판은 한 변이 0.3 m 이상, 다른 한 변이 0.6 m 이상인 직사각형으로 만든다. 색 조합은 다음과 같다.

· 위험물제조소 표지, 그리고 방화에 관하여 필요한 사항(유별·품명·저장최대수량·지정수량의 배수·안전관리자 성명)을 적은 게시판 : 백색 바탕에 흑색 문자

· 주의사항 게시판 — 화기엄금·화기주의 : 적색 바탕에 백색 문자 / 물기엄금 : 청색 바탕에 백색 문자

· 주유취급소의 “주유 중 엔진정지” 게시판 : 황색 바탕에 흑색 문자

경고성이 강한 주의사항일수록 바탕에 색이 들어가고(적색·청색 바탕에 백색 문자), 정보를 알리는 표지·게시판은 백색 바탕에 흑색 문자라고 묶어 두면 바탕과 문자를 뒤집어 쓰는 실수를 줄일 수 있다.

(1) 12, 6

(2) 264 g

(3) 3.2 g

[해설]

(1) 나이트로글리세린 한 분자는 $\mathrm{C_3H_5(ONO_2)_3}$, 곧 $\mathrm{C_3H_5N_3O_9}$ 다. 왼쪽에 4분자가 있으므로 원자 수를 세어 보면 탄소 12개, 수소 20개, 질소 12개, 산소 36개다.

· 탄소 12개는 모두 $\mathrm{CO_2}$ 로 가므로 계수는 12

· 질소 12개는 두 개씩 짝지어 $\mathrm{N_2}$ 가 되므로 계수는 6

산소로 검산해 보면 왼쪽 36개, 오른쪽은 $(12 \times 2) + 10 + 2 = 24 + 10 + 2 = 36$ 으로 딱 맞는다.

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

(2) 반응식에서 나이트로글리세린 4 mol당 이산화탄소 12 mol이 나오므로, 2 mol이면 그 절반인 6 mol이다. 이산화탄소의 분자량은 44이므로

$m_{\mathrm{CO_2}} = 2 \times \dfrac{12}{4} \times 44 = 6 \times 44 = \mathbf{264}\,\mathbf{\mathrm{g}}$

(3) 나이트로글리세린의 분자량은

$(12 \times 3) + (1 \times 5) + (14 \times 3) + (16 \times 9) = 36 + 5 + 42 + 144 = 227$

이므로 90.8 g은 $\dfrac{90.8}{227} = 0.4\,\mathrm{mol}$ 이다. 반응식에서 4 mol이 분해할 때 산소는 1 mol만 나오므로

$n_{\mathrm{O_2}} = 0.4 \times \dfrac{1}{4} = 0.1\,\mathrm{mol}$

$m_{\mathrm{O_2}} = 0.1 \times 32 = \mathbf{3.2}\,\mathbf{\mathrm{g}}$

나이트로글리세린은 제5류 위험물 중 질산에스터류에 속하는 무색투명한 기름 모양의 액체다. 규조토에 흡수시킨 것이 다이너마이트이며, 얼면(융점 약 13 ℃) 충격에 더 민감해지므로 겨울철 취급에 특히 조심해야 한다. 위 반응식이 보여 주듯 분해 산물이 모두 기체여서 좁은 부피가 순식간에 거대한 기체로 부풀며 폭발한다.

$400\,\mathrm{m^3}$

[해설]

메탄올($\mathrm{CH_3OH}$, 분자량 32)의 완전연소반응식은 다음과 같다.

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

메탄올 2 kmol이 탈 때 산소 3 kmol이 든다는 뜻이다. 먼저 태울 메탄올의 몰수를 구한다.

$n_{\mathrm{CH_3OH}} = \dfrac{80\,\mathrm{kg}}{32\,\mathrm{kg/kmol}} = 2.5\,\mathrm{kmol}$

반응식의 계수비를 그대로 적용하면 필요한 산소의 몰수는

$n_{\mathrm{O_2}} = 2.5 \times \dfrac{3}{2} = 3.75\,\mathrm{kmol}$

표준상태에서 기체 1 kmol의 부피는 $22.4\,\mathrm{m^3}$ 이므로 이론산소량은

$V_{\mathrm{O_2}} = 3.75 \times 22.4 = 84\,\mathrm{m^3}$

공기 중 산소가 부피로 21 %를 차지하니, 이 산소를 얻으려면 공기가 그만큼 더 필요하다.

$V_{\mathrm{air}} = \dfrac{84}{0.21} = \mathbf{400}\,\mathbf{\mathrm{m^3}}$

질소 79라는 조건은 산소가 21이라는 말의 나머지일 뿐이어서 계산에 따로 쓰이지 않는다. 굳이 쓴다면 이론공기량에서 이론산소량을 뺀 $400 - 84 = 316\,\mathrm{m^3}$ 이 함께 딸려 들어가는 질소의 부피임을 확인하는 데 쓸 수 있다 ($400 \times 0.79 = 316\,\mathrm{m^3}$ 로 일치한다).

메탄올은 제4류 위험물 알코올류(지정수량 400 L)로 인화점 11 ℃, 발화점 464 ℃이며, 탈 때 불꽃이 거의 보이지 않아 화재를 알아채기 어렵다는 점이 특징이다.

③, ⑥

[해설]

과염소산 $\mathrm{HClO_4}$는 제6류 위험물(산화성 액체, 지정수량 300 kg)로 무색의 발연성 액체다.

①·② 분자량은 $1 + 35.5 + 16 \times 4 = 100.5$이다. 78은 과산화나트륨, 63은 질산 $\mathrm{HNO_3}$의 분자량이므로 둘 다 틀렸다.

③ 무색의 액체가 맞다.

④ 짙은 푸른색을 띤다는 설명은 과염소산의 성질이 아니다.

⑤ 농도 36 wt% 이상만 위험물로 보는 것은 같은 제6류인 과산화수소다. 과염소산에는 농도 규정이 없다(질산은 비중 1.49 이상인 것만 위험물이다).

⑥ 가열하면 분해하여 유독한 염화수소 $\mathrm{HCl}$와 산소를 낸다 — $\mathrm{HClO_4 \rightarrow HCl + 2O_2}$

따라서 옳은 것은 ③, ⑥이다.

(1) 100 kg

(2) 100 kg

(3) 100 kg

(4) 500 kg

(5) 500 kg

[해설]

제2류 위험물은 가연성 고체다. 낮은 온도에서 불이 붙기 쉽거나 연소가 빠른 고체를 묶은 유별로, 품명은 지정수량 100 kg · 500 kg · 1,000 kg의 세 무리로 정리된다. 앞의 세 가지(황화인·적린·황)가 100 kg, 금속 가루 계열이 500 kg이라고 외워 두면 편하다.

다만 이들 품명에는 법령이 정한 범위가 따로 붙는다.

· 황은 순도 60 wt% 이상인 것만 위험물로 보며, 순도를 잴 때 불순물로 치는 것은 활석 등 불연성 물질과 수분뿐이다.

· 철분은 철의 분말로서 53 $\mathrm{\mu m}$ 의 표준체를 통과하는 것이 50 wt% 미만인 것은 제외한다.

· 마그네슘은 2 mm의 체를 통과하지 못하는 덩어리 상태의 것과 지름 2 mm 이상의 막대 모양인 것은 제외한다.

· 금속분은 알칼리금속·알칼리토금속·철·마그네슘 외의 금속 분말을 말하며, 구리·니켈 분말과 150 $\mathrm{\mu m}$ 의 체를 통과하는 것이 50 wt% 미만인 것은 제외한다.

철분·금속분·마그네슘은 물이나 산과 만나면 수소를 내며 발열하므로 주수소화를 피하고 마른모래나 팽창질석으로 덮어 끈다.

(1) 35° 이상

(2) 75° 이상

[해설]

측면틀은 이동탱크저장소가 옆으로 넘어졌을 때 탱크 본체가 땅에 직접 닿아 찢어지는 것을 막아 주는 방호장치다. 위험물안전관리법 시행규칙 별표 10은 탱크 뒷부분의 입면도를 기준으로 두 각도를 정해 두었다.

① 최대수량의 위험물을 실은 상태에서 탱크 중량의 중심점과 측면틀의 최외측을 잇는 직선이, 그 중심점을 지나면서 최외측선과 직각으로 만나는 직선과 이루는 내각 — 35° 이상.

② 측면틀의 최외측선이 수평면에 대하여 이루는 내각 — 75° 이상.

②가 충분히 커야 차가 기울어졌을 때 탱크보다 측면틀이 먼저 지면에 닿고, ①이 확보되어야 무게중심이 측면틀 바깥으로 넘어가기 전에 지지가 이루어진다. 두 각도가 함께 지켜져야 전복 시 탱크가 보호된다.

이 밖의 측면틀 기준도 함께 정리해 둔다.

· 측면틀은 탱크 뒷부분의 입면도에서 정해진 위치에 설치하되, 탱크 상부 네 모퉁이에서 탱크의 전단 또는 후단까지의 거리가 각각 1 m 이내여야 한다.

· 측면틀에 걸리는 하중에 견딜 수 있는 브래킷을 부착하고, 부착 부분에 걸리는 응력이 한 곳에 몰리지 않도록 한다.

· 탱크가 손상되지 않도록 측면틀의 부착 부분에 보강판을 대야 한다.

한편 탱크 상부의 부속장치를 보호하는 방호틀은 두께 2.3 mm 이상의 강철판으로 산 모양으로 만들고, 정상 부분은 부속장치보다 50 mm 이상 높게 하도록 정해져 있다.

(1) 품명 : 특수인화물, 지정수량 : 50 L

(2) ①, ②, ④

(3) 40 ℃

[해설]

(1) 아세트알데하이드($\mathrm{CH_3CHO}$)는 인화점 -38 ℃, 비점 21 ℃로 특수인화물의 요건(인화점 -20 ℃ 이하이면서 비점 40 ℃ 이하)을 채운다. 따라서 품명은 특수인화물, 지정수량은 50 L다.

(2) 보기를 하나씩 따져 본다.

① 에탄올을 산화시키면 아세트알데하이드가 되고, 여기서 한 번 더 산화되면 아세트산이 된다 ($\mathrm{C_2H_5OH \rightarrow CH_3CHO \rightarrow CH_3COOH}$). 옳다.

② 무색투명하고 코를 찌르는 자극성 냄새가 난다. 옳다.

③ 틀리다. 아세트알데하이드등을 저장·취급하는 설비에는 구리·은·수은·마그네슘과 이들을 성분으로 하는 합금을 쓸 수 없다. 폭발성이 있는 아세틸라이드를 만들 수 있기 때문이다. 보기는 이 금지 대상을 저장 용기로 뒤집어 놓은 함정이다.

④ 물에도, 에터·에탄올 같은 유기용제에도 두루 잘 섞이고 고무를 녹인다. 옳다.

그러므로 옳은 것은 ①, ②, ④다.

(3) 위험물안전관리법 시행규칙은 아세트알데하이드등의 유지온도를 탱크의 종류에 따라 아래와 같이 정하고 있다.

보냉장치가 있으면 끓지만 않으면 되므로 비점 이하가 기준이지만, 보냉장치가 없는 이동저장탱크는 40 ℃ 이하로 못박아 둔다.

(1) 51.30 wt%

(2) 알코올류에 해당하지 않는다 — 농도가 51.30 wt%로 60 wt%에 못 미치기 때문이다.

[해설]

(1) 비중은 물에 대한 상대값이므로 질량은 부피 × 비중으로 구한다.

에틸알코올 $200\,\mathrm{mL} \times 0.79 = 158\,\mathrm{g}$, 물 $150\,\mathrm{mL} \times 1.0 = 150\,\mathrm{g}$이므로 수용액 전체 질량은 308 g이다.

$\dfrac{158}{158 + 150} \times 100 = 51.30\,\mathrm{wt\%}$ → 51.30 wt%

(2) 알코올류는 “1분자를 이루는 탄소원자 수가 1개부터 3개까지인 포화1가 알코올(변성알코올 포함)”을 말하되, 농도가 60 wt% 미만인 수용액은 알코올류에서 제외한다. 이 수용액은 51.30 wt%로 60 wt%에 못 미치므로 알코올류에 해당하지 않는다.

참고로 순수한 에틸알코올은 제4류 위험물 알코올류이고 지정수량은 400 L다.

알코올류, 제2석유류, 제3석유류

[해설]

옥외저장소는 지붕도 벽도 없이 바깥에 위험물을 쌓아 두는 저장소다. 햇빛과 비바람에 그대로 노출되므로 아무 위험물이나 둘 수 없고, 위험물안전관리법 시행규칙이 저장 가능한 것을 아래와 같이 한정해 두었다.

제4류 위험물 가운데 저장이 막히는 것은 특수인화물과 인화점이 0 ℃ 미만인 제1석유류다. 다이에틸에터·이황화탄소 같은 특수인화물은 인화점과 비점이 너무 낮아 바깥 기온만으로도 증기가 쏟아진다. 제1석유류도 마찬가지 이유로 인화점에 0 ℃라는 문턱을 두어, 휘발유(약 -43 ℃)·벤젠(약 -11 ℃)·아세톤(약 -18 ℃)은 막히고 톨루엔(약 4 ℃)처럼 인화점이 0 ℃ 이상인 것만 옥외에 둘 수 있다.

3가지만 답하면 되므로 위 표의 제4류 항목 여섯 가지 가운데 어느 것을 골라도 정답이다. 다만 제1석유류를 답으로 쓸 때는 “인화점 0 ℃ 이상인 것”이라는 단서를 함께 적어야 한다.

발문 끝의 “저장할 수 있는 것이 없다면 그 까닭을 설명하시오”라는 단서는 이 물음을 푸는 데 쓰이지 않는다. 제4류 위험물에는 옥외저장소에 둘 수 있는 품명이 여섯 가지나 있으므로 “해당 없음”으로 답할 여지가 없다.