2022년 위험물기능사실기(필답형) 4회차 기출문제 정답·해설 페이지

(1) 2 m 이상

(2) 3 m 이상

(3) 5 m 이상

[해설]

옥내저장소의 보유공지는 저장하는 위험물이 지정수량의 몇 배인지에 따라 정해진다. 그러므로 먼저 물질별 지정수량으로 나누어 배수를 구한 다음, 표에서 해당 구간을 찾으면 된다.

세 물질의 저장수량은 모두 12,000 kg으로 같지만 지정수량이 달라 배수가 12배·40배·120배로 갈리고, 그만큼 요구되는 보유공지도 달라진다.

보유공지는 불이 이웃 건축물로 옮겨 가는 것을 막고 소방 활동 공간을 남겨 두기 위한 빈 땅이므로, 건물이 불에 잘 견디는 내화구조이면 같은 저장량이라도 절반 안팎으로 좁혀 준다. 문제가 “내화구조”라고 못 박았으니 표의 왼쪽 열을 읽어야 한다.

(1) 농도가 36 wt% 미만인 것

(2) 53 $\mathrm{\mu m}$의 표준체를 통과하는 것이 50 wt% 미만인 것

(3) ① 2 mm의 체를 통과하지 아니하는 덩어리 상태의 것 ② 직경 2 mm 이상의 막대 모양의 것

[해설]

위험물안전관리법 시행령은 품명만으로 위험물을 가르지 않고, 입자 크기·순도·농도 같은 한계 기준을 함께 두고 있다. 같은 이름의 물질이라도 이 기준에 미치지 못하면 위험성이 낮다고 보아 위험물에서 뺀다. 그러므로 “위험물이 되는 기준”을 뒤집어 쓰면 그대로 답이 된다.

철분과 금속분은 입자가 잘아야 표면적이 넓어져 발화·분진폭발 위험이 커지므로 체 통과 비율로 잘랐고, 마그네슘은 거꾸로 덩어리나 굵은 막대처럼 큰 형태인 것을 빼는 방식으로 정해 두었다. 과산화수소와 질산은 묽으면 산화력이 약해지므로 농도와 비중으로 잘랐다.

황의 순도를 잴 때 불순물로 보는 것은 활석 등 불연성 물질과 수분뿐이라는 점도 함께 기억해 두면 좋다.

나이트로글리세린, 과산화벤조일

[해설]

“가연물이면서 스스로 산소를 지녀 외부 산소 없이도 탄다”는 설명은 자기반응성 물질, 곧 제5류 위험물의 정의 그대로다. 그러므로 보기를 유별로 갈라 제5류에 해당하는 것만 고르면 된다.

헷갈리기 쉬운 것이 과산화나트륨과 과산화수소다. 이름에 “과산화”가 붙고 산소를 많이 품고 있어 제5류처럼 보이지만, 이 둘은 산소를 내주는 산화제일 뿐 자신은 타지 않는다. 반대로 다이메틸아연은 잘 타지만 분자 안에 산소가 없어 공기 중 산소를 받아야 연소한다. 두 조건을 모두 만족하는 것은 나이트로글리세린과 과산화벤조일뿐이다.

제5류 위험물은 산소를 스스로 지녀 질식소화가 듣지 않는다. 그래서 소화는 다량의 물로 냉각하는 방법을 쓰고, 저장·취급 시에는 화기와 충격·마찰을 피한다.

(1) 탄소 2개가 단일결합으로 이어지고, 각 탄소에 수소 2개와 하이드록시기($\mathrm{-OH}$) 하나씩이 붙은 구조 — $\mathrm{HO-CH_2-CH_2-OH}$

(2) III등급

(3) 2.14

[해설]

에틸렌글리콜은 탄소 2개짜리 사슬 양 끝에 하이드록시기가 하나씩 붙은 2가 알코올이다. 분자식은 $\mathrm{C_2H_6O_2}$, 시성식으로는 $\mathrm{HO-CH_2-CH_2-OH}$ 로 쓴다. 구조식으로 그릴 때는 두 탄소를 단일결합으로 잇고, 각 탄소에 수소 2개와 하이드록시기 1개를 결합선으로 붙이면 된다.

제4류 위험물의 위험등급은 특수인화물이 I등급, 제1석유류와 알코올류가 II등급, 나머지(제2·제3·제4석유류와 동식물유류)가 III등급이다. 에틸렌글리콜은 제3석유류이므로 III등급이다.

증기비중은 그 증기의 무게를 같은 부피의 공기와 견준 값이므로 분자량을 공기의 평균분자량 29로 나눈다. 분자량은 $(12 \times 2) + (1 \times 6) + (16 \times 2) = 24 + 6 + 32 = 62$ 이므로

$\text{증기비중} = \dfrac{62}{29} = \mathbf{2.14}$

이다.

무색무취에 단맛이 나는 끈적한 액체로 물·알코올에 잘 섞이며, 어는점을 낮추는 성질이 있어 자동차 부동액의 주원료로 쓰인다. 단맛 때문에 잘못 삼키는 사고가 있을 만큼 독성이 강하다. 인화점이 111 ℃로 높아 상온에서는 불이 잘 붙지 않지만, 가열되면 증기가 나와 인화 위험이 생긴다.

(1) 제1류 — 혼재 가능 제6류 / 혼재 불가 제2류·제3류·제4류·제5류

(2) 제2류 — 혼재 가능 제4류·제5류 / 혼재 불가 제1류·제3류·제6류

(3) 제3류 — 혼재 가능 제4류 / 혼재 불가 제1류·제2류·제5류·제6류

(4) 제4류 — 혼재 가능 제2류·제3류·제5류 / 혼재 불가 제1류·제6류

(5) 제5류 — 혼재 가능 제2류·제4류 / 혼재 불가 제1류·제3류·제6류

(6) 제6류 — 혼재 가능 제1류 / 혼재 불가 제2류·제3류·제4류·제5류

[해설]

한 차량에 여러 유별을 함께 실으면 사고가 났을 때 서로를 부추기므로, 위험물안전관리법 시행규칙의 운반에 관한 기준(별표 19)은 함께 실을 수 있는 짝을 못 박아 두었다.

표를 통째로 외우기보다 혼재할 수 있는 다섯 쌍만 기억하면 된다. 1과 6, 2와 4, 2와 5, 3과 4, 4와 5 — 이 다섯 쌍이 전부이고 나머지 조합은 모두 금지다.

산화성인 제1류와 제6류는 자기들끼리만 어울리고, 가연성인 제2류·제3류·제4류·제5류가 그 안에서 짝을 이룬다고 보면 자연스럽다. 그래서 제3류는 제4류와만, 제5류는 제2류·제4류와, 제6류는 제1류와만 함께 실을 수 있다.

‘혼재할 수 없는 유별’을 물으면 위 다섯 쌍에 들지 않는 나머지를 적으면 된다. 자기 유별은 답에 넣지 않는다.

이 기준은 지정수량의 $\dfrac{1}{10}$ 이하인 위험물에는 적용하지 않는다. 문제에서 ‘지정수량의 10배’, ‘지정수량의 $\dfrac{1}{5}$’ 같은 단서를 주는 것은 모두 이 예외에 걸리지 않는다는 뜻이다.

같은 법령의 저장·취급 기준(옥내저장소 등에서 유별을 달리하는 위험물을 1 m 간격을 두고 저장할 수 있는 경우)과는 조합이 다르므로 섞어 외우지 않도록 한다.

예를 들어 제1류 위험물과 같은 차량에 실을 수 없는 것은 제2류 위험물, 제3류 위험물, 제4류 위험물, 제5류 위험물이며, 제4류 위험물과 실을 수 있는 것은 제2류·제3류·제5류 위험물이다.

9배

[해설]

여러 위험물을 함께 저장할 때의 지정수량 배수는 물질마다 저장수량을 그 물질의 지정수량으로 나눈 값을 모두 더해 구한다.

$\text{배수의 총합} = \dfrac{A_1}{S_1} + \dfrac{A_2}{S_2} + \dfrac{A_3}{S_3}$

먼저 각 물질이 제4류 위험물의 어느 품명에 드는지 가려 지정수량을 찾는다.

$\dfrac{2{,}000}{1{,}000} + \dfrac{300}{50} + \dfrac{2{,}000}{2{,}000} = 2 + 6 + 1 = \mathbf{9}$

따라서 지정수량 배수의 총합은 9배다. 저장량이 가장 적은 아세트알데하이드가 배수로는 가장 큰데, 끓는점과 인화점이 매우 낮은 특수인화물이라 지정수량이 50 L로 작게 잡혀 있기 때문이다.

배수의 총합은 보유공지·소요단위·허가 대상 판정 등 여러 기준의 출발점이 되므로, 품명 구분과 수용성 여부를 정확히 가리는 것이 중요하다.

① 제조소등

② 간이탱크저장소

③ 이동탱크저장소

④ 판매취급소

⑤ 이송취급소

[해설]

위험물안전관리법은 위험물을 다루는 시설을 제조소·저장소·취급소 셋으로 나누고, 이 셋을 한데 묶어 “제조소등”이라 부른다. 표의 맨 위 칸이 세 갈래를 모두 아우르는 자리이므로 ①의 답은 제조소등이다. (일부 교재에는 제조소등을 “제조소, 저장소 및 이동탱크”로 풀이해 놓았으나, 세 번째 갈래는 이동탱크가 아니라 취급소다.)

저장소는 여덟 가지, 취급소는 네 가지로 정해져 있다. 빠진 자리를 채우면 저장소의 ②·③은 간이탱크저장소와 이동탱크저장소, 취급소의 ④·⑤는 판매취급소와 이송취급소가 된다.

이름만 보아도 쓰임이 갈린다. 간이탱크저장소는 용량 600 L 이하의 작은 탱크를 두는 곳이고, 이동탱크저장소는 흔히 탱크로리라 부르는 차량에 실린 탱크다. 판매취급소는 점포에서 용기에 담은 위험물을 파는 곳이고, 이송취급소는 배관으로 위험물을 옮기는 시설이다.

제조소등을 설치하거나 위치·구조·설비를 바꾸려면 시·도지사의 허가를 받아야 하며, 이 구분이 허가·검사·안전관리자 선임 기준을 가르는 출발점이 된다.

(1) $\mathrm{Ca_3P_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2PH_3}$

(2) $\mathrm{Ca_3P_2 + 6HCl \rightarrow 3CaCl_2 + 2PH_3}$

[해설]

인화칼슘(인화석회, $\mathrm{Ca_3P_2}$)은 제3류 위험물 가운데 금속의 인화물에 속하며 지정수량은 300 kg, 위험등급은 III이다. 적갈색 덩어리 또는 분말로, 칼슘이 인보다 물·산과 훨씬 잘 결합하기 때문에 물이나 산과 닿으면 곧바로 갈라져 인 쪽이 포스핀(인화수소, $\mathrm{PH_3}$)으로 떨어져 나온다.

물과 만나면 칼슘이 수산화칼슘으로 가고 인은 포스핀이 된다.

$\mathrm{Ca_3P_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2PH_3}$

염산과 만나면 칼슘이 염화칼슘으로 가고, 역시 포스핀이 떨어져 나온다.

$\mathrm{Ca_3P_2 + 6HCl \rightarrow 3CaCl_2 + 2PH_3}$

두 반응 모두 “해당 없음”이 아니라는 점에 주의한다. 생성되는 포스핀은 마늘 냄새가 나는 무색 기체로, 유독할 뿐 아니라 가연성이어서 공기 중에서 자연발화하기도 한다. 그래서 인화칼슘은 물기를 철저히 막아 저장하고, 화재 시에는 주수소화나 포소화를 피하고 마른모래로 덮어 질식소화한다.

① 0.5

② 0.5

(단위는 m이며, 두 간격 모두 0.5 m 이상을 유지해야 한다.)

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙은 옥내탱크저장소에 대하여 옥내저장탱크와 탱크전용실의 벽 사이, 그리고 옥내저장탱크 상호 간에 각각 0.5 m 이상의 간격을 두도록 정하고 있다. 두 값이 모두 같으므로 ①과 ② 모두 0.5가 답이다.

이 간격을 두는 이유는 탱크 바깥면을 한 바퀴 돌며 부식·누유 여부를 점검하고 도장·보수 작업을 할 공간이 있어야 하고, 한 탱크에서 불이 나거나 새더라도 옆 탱크와 벽으로 곧바로 옮겨 가지 않도록 떼어 놓아야 하기 때문이다.

옥내탱크저장소의 나머지 주요 기준은 다음과 같다.

탱크 용량 한도는 탱크마다 따로 보는 것이 아니라 같은 전용실에 있는 탱크 용량을 모두 더해 판단하므로, 그림처럼 탱크를 두 기 설치한 경우 A와 B의 용량 합계로 기준을 맞춰야 한다.

①, ②, ⑤

[해설]

칼륨과 나트륨은 둘 다 제3류 위험물(자연발화성 물질 및 금수성 물질) 가운데 지정수량 10 kg, 위험등급 I에 해당하는 알칼리금속이다. 보기를 하나씩 따져 보면 다음과 같다.

따라서 공통 성질은 ①, ②, ⑤ 세 가지다. ③은 발생 기체가 가연성 수소라는 점에서, ④는 색이 은백색이라는 점에서 각각 틀린 서술이다.

물과 만나면 수소를 내며 크게 발열해 그 열로 수소가 점화되는 일이 잦으므로, 화재 시 주수소화는 절대 금물이다. 마른모래·팽창질석·팽창진주암이나 탄산수소염류 분말소화약제로 질식소화한다.

(1) 509.09 L

(2) 508.77 L

[해설]

이산화탄소의 분자량은 44이므로 1 kg = 1,000 g은 $\dfrac{1{,}000}{44} = 22.73$ mol이다.

(1) 표준상태에서 기체 1 mol이 22.4 L를 차지하므로 $V = \dfrac{1{,}000}{44} \times 22.4 = 509.09$ → 509.09 L

(2) 이상기체 상태방정식 $PV = nRT = \dfrac{w}{M}RT$ 에서 $V = \dfrac{wRT}{PM} = \dfrac{1{,}000 \times 0.082 \times 273}{1 \times 44} = 508.77$ → 508.77 L (0 ℃ = 273 K, 1기압)

두 값의 차이는 기체상수를 0.082로 반올림해 쓴 데서 생기는 것일 뿐 같은 계산이므로, 어느 쪽으로 풀어도 정답으로 인정된다. 문제에 22.4 L가 주어지면 (1), 기체상수 R이 주어지면 (2)로 푼다.

삼황화인, 오황화인, 칠황화인, 적린

[해설]

오산화인($\mathrm{P_2O_5}$)은 이름 그대로 인이 산소와 결합해 생기는 물질이므로, 분자 안에 인을 지닌 위험물만 연소생성물로 오산화인을 낸다. 보기 다섯 가지 가운데 인을 가진 것은 황화인 세 가지와 적린이고, 황은 인이 없어 이산화황만 낸다.

황화인은 인과 황으로만 이루어져 있으므로 태우면 인은 오산화인으로, 황은 이산화황으로 각각 갈린다. 적린은 인 하나로 된 물질이라 오산화인만 나오고, 황은 인이 없으니 이산화황만 나온다. 따라서 답은 삼황화인·오황화인·칠황화인·적린 네 가지다.

보기의 다섯 물질은 모두 제2류 위험물(가연성 고체)이며, 황화인과 적린은 지정수량 100 kg, 황도 100 kg이다. 연소생성물인 오산화인은 흡습성이 강한 백색 분말이고 이산화황은 자극성 유독가스이므로, 소화 활동 시 호흡보호가 필요하다.

(1) $\mathrm{4CrO_3 \rightarrow 2Cr_2O_3 + 3O_2}$

(2) $\mathrm{2KNO_3 \rightarrow 2KNO_2 + O_2}$

[해설]

둘 다 제1류 위험물(산화성 고체)로, 스스로는 타지 않지만 열을 받으면 분해하면서 산소를 내놓아 다른 물질의 연소를 돕는다. 반응식은 남는 산소를 $\mathrm{O_2}$ 로 떼어 내고 나머지 원자 수를 맞춘다는 요령으로 세운다.

삼산화크로뮴(무수크로뮴산, $\mathrm{CrO_3}$)은 크로뮴이 산화크로뮴(III)으로 낮아지면서 산소를 내놓는다. 크로뮴 원자를 맞추려고 왼쪽에 4를 붙이면 산소가 12개가 되고, 오른쪽 $\mathrm{2Cr_2O_3}$ 에 6개가 들어가므로 남는 6개가 $\mathrm{3O_2}$ 로 나온다.

$\mathrm{4CrO_3 \rightarrow 2Cr_2O_3 + 3O_2}$

질산칼륨($\mathrm{KNO_3}$)은 약 400 ℃에서 아질산칼륨과 산소로 갈린다. 질산이온이 아질산이온으로 바뀌며 산소 원자 하나씩을 내놓으므로, 두 분자에서 나온 산소 원자 2개가 $\mathrm{O_2}$ 한 분자가 된다.

$\mathrm{2KNO_3 \rightarrow 2KNO_2 + O_2}$

삼산화크로뮴은 암적색 결정으로 물에 잘 녹아 크로뮴산이 되고 독성이 강하며, 질산칼륨은 초석이라고도 부르는 무색 결정으로 숯·황과 섞어 흑색화약을 만들 때 산소공급원 노릇을 한다. 두 물질 모두 가연물과 섞여 두지 말아야 하고, 소화에는 다량의 물에 의한 냉각소화가 효과적이다.

① 할론 1301

② 할론 1011

③ 할론 1001

[해설]

할론 번호는 분자 안에 든 원소의 개수를 탄소(C) → 플루오린(F) → 염소(Cl) → 브로민(Br) 순서로 늘어놓아 붙인 이름이다. 수소는 세지 않고, 끝자리의 0은 생략해서 쓰기도 한다.

예를 들어 $\mathrm{CH_2ClBr}$ 는 탄소 1개, 플루오린 0개, 염소 1개, 브로민 1개이므로 차례로 적어 1011이 된다. 수소 2개는 번호에 반영하지 않는다.

할론소화약제는 브로민이나 염소가 연쇄반응을 끊는 부촉매(억제)소화가 주된 소화원리이며, 소화력은 대체로 $\mathrm{Br} \gt \mathrm{Cl} \gt \mathrm{F}$ 순으로 세고 독성과 안정성은 그 반대 경향을 보인다. 이 가운데 할론 1301은 독성이 가장 낮고 소화력이 좋아 전역방출방식에 널리 쓰였으나, 오존층 파괴 문제로 생산이 규제되고 있다.

(1) 트라이나이트로톨루엔(TNT)

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

(3) 포함되지 않는다.

(4) 화기엄금, 충격주의

[해설]

제5류 위험물 중 나이트로화합물이면서 햇빛에 갈색으로 변하는 담황색 침상결정, 분자량 227이라는 조건은 트라이나이트로톨루엔(TNT)을 가리킨다. 톨루엔의 벤젠 고리 2·4·6번 자리에 나이트로기가 세 개 붙은 화합물로, 화학식은 $\mathrm{C_6H_2CH_3(NO_2)_3}$ 이다. 분자식으로는 $\mathrm{C_7H_5N_3O_6}$ 이므로 분자량은

$(12 \times 7) + (1 \times 5) + (14 \times 3) + (16 \times 6) = 84 + 5 + 42 + 96 = \mathbf{227}$

이 되어 발문의 조건과 맞는다.

지정과산화물은 제5류 위험물 가운데 유기과산화물 또는 이를 함유하는 것으로서 지정수량이 10 kg인 것을 말한다. TNT는 유기과산화물이 아니라 나이트로화합물이므로 지정과산화물에 포함되지 않는다.

운반용기 바깥쪽에 표시할 주의사항은 유별과 성질에 따라 정해져 있으며, 제5류 위험물은 “화기엄금”과 “충격주의” 두 가지를 함께 표시한다.

TNT는 물에 녹지 않고 아세톤·에터·벤젠에 잘 녹으며 알코올에는 가열해야 녹는다. 톨루엔에 진한 질산과 진한 황산의 혼산을 작용시켜 만들고, 충격·마찰에는 비교적 둔감하지만 열을 받으면 급격히 분해하므로 운반할 때는 10 % 정도의 물을 넣어 습면 상태로 다룬다.

(1) ① 자기탐상시험기 ② 초음파두께측정기

(2) ① 진공능력 53 kPa 이상의 진공누설시험기 ② 수직·수평도 측정기

[해설]

탱크시험자는 위험물을 저장·취급하는 탱크의 안전성능시험을 대신 맡아 하는 사업자로, 위험물안전관리법령이 정한 기술능력·시설·장비를 갖추어 시·도지사에게 등록해야 한다. 장비는 어느 시험을 맡든 쓰이는 필수장비와, 의뢰받은 시험의 종류에 따라서만 쓰이는 필요한 경우에 두는 장비로 나뉜다.

(1) 필수장비

· 자기탐상시험기 — 강판의 표면과 표면 바로 아래에 생긴 균열을 자분으로 드러낸다.

· 초음파두께측정기 — 부식으로 얇아진 탱크 강판의 남은 두께를 잰다.

· 영상초음파시험기, 또는 방사선투과시험기 및 초음파시험기 가운데 어느 하나

앞의 두 가지는 어떤 조합에서도 빠지지 않으므로 2가지를 쓰라고 하면 이 둘을 적으면 된다.

(2) 필요한 경우에 두는 장비

· 충·수압시험, 진공시험, 기밀시험을 하는 경우 — 진공능력 53 kPa 이상의 진공누설시험기, 기밀시험장치(가압능력 200 kPa 이상, 감압의 경우 감압능력 10 kPa 이상·감도 10 Pa 이하로서 압력 변화를 스스로 기록할 수 있는 것)

· 수직·수평도 시험을 하는 경우 — 수직·수평도 측정기

진공누설시험기와 기밀시험장치는 탱크가 새는지 보는 시험에만, 수직·수평도 측정기는 탱크가 기울지 않았는지 보는 시험에만 쓰이므로 해당 시험을 맡을 때에만 갖추면 된다. 발문이 2가지씩만 요구했으므로 위 목록에서 두 가지씩 골라 써도 정답으로 인정되며, 진공누설시험기는 진공능력 53 kPa 이상이라는 수치까지 함께 적어 주는 것이 안전하다.

16.64 $\mathrm{m^3}$

[해설]

탱크 내용적 공식은 탱크 모양마다 다르다. 양쪽 경판이 볼록한 횡형 원통형 탱크는 가운데 동체의 부피에 양쪽 경판의 부피를 각각 3분의 1씩 더한 값으로 본다.

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

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

$V = 3.14 \times 1^2 \times \left(5 + \dfrac{0.4 + 0.5}{3}\right) = 3.14 \times 5.3 = 16.642$

이므로 내용적은 16.64 $\mathrm{m^3}$이다.

발문이 원주율을 3.14로 못 박은 이유가 있다. 정확한 원주율로 계산하면 16.6504가 되어 반올림 값이 16.65로 갈리기 때문이다. 이런 문항은 주어진 원주율을 그대로 따라야 채점 값과 맞는다.

경판이 없이 양 끝이 평평한 원통형 탱크라면 $V = \pi r^2 l$ 만 쓰면 된다. 또 내용적과 용량은 다른 값이다. 탱크의 용량은 내용적에서 공간용적을 뺀 값이고, 공간용적은 보통 내용적의 5~10 %로 잡으므로 문제가 무엇을 물었는지 확인하고 답해야 한다.

(1) ① 0.3 m 이상 ② 0.6 m 이상

(2) ① 적색 ② 백색

(3) ① 황색 ② 흑색

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙은 제조소등에 세우는 표지와 게시판을 한 변의 길이가 0.3 m 이상, 다른 한 변의 길이가 0.6 m 이상인 직사각형으로 정하고 있다. 그림에서 가로 방향을 가리키는 ( A )가 0.3 m 이상, 세로 방향을 가리키는 ( B )가 0.6 m 이상이다.

색은 게시판이 알리려는 내용에 따라 정해져 있다. 불을 다루지 말라는 경고는 눈에 가장 잘 띄는 적색 바탕에 백색 글자로, 운전자에게 시동을 끄라고 알리는 게시판은 주의를 뜻하는 황색 바탕에 흑색 글자로 한다.

주유취급소에는 “주유 중 엔진정지” 게시판과 함께, 취급하는 위험물의 성질에 맞는 주의사항 게시판을 세운다. 휘발유 같은 제4류 위험물은 인화의 위험이 크므로 화기엄금 게시판이 붙는다. 주유 중 엔진을 끄게 하는 것은 배기관의 불티나 정전기가 유증기에 옮겨붙는 것을 막기 위해서다.

(1) $\mathrm{2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O}$

(2) 18.21 $\mathrm{m^3}$

[해설]

제1종 분말소화약제인 탄산수소나트륨은 약 270 ℃에서 1차로 분해하면서 탄산나트륨과 이산화탄소, 수증기를 내놓는다.

$\mathrm{2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O}$

이때 나오는 이산화탄소와 수증기가 산소를 밀어내 질식소화를, 분해에 열을 빼앗기며 냉각소화를 함께 일으킨다.

이제 부피를 구한다. 탄산수소나트륨의 분자량은 $23 + 1 + 12 + 16 \times 3 = 84$ 이므로 100 kg은

$n_{\mathrm{NaHCO_3}} = \dfrac{100}{84} = 1.1905\,\mathrm{kmol}$

이고, 반응식에서 탄산수소나트륨 2 kmol이 분해될 때 이산화탄소는 1 kmol 나오므로

$n_{\mathrm{CO_2}} = \dfrac{1.1905}{2} = 0.5952\,\mathrm{kmol}$

이다. 이 기체가 1 atm, 100 ℃(= 373 K)에서 차지하는 부피는 이상기체 상태방정식으로 구한다.

$V = \dfrac{nRT}{P} = \dfrac{0.5952 \times 0.082 \times 373}{1} = \mathbf{18.21}\,\mathbf{\mathrm{m^3}}$

이산화탄소의 질량을 먼저 구해 $V = \dfrac{wRT}{PM}$ 로 풀어도 같다. $w = \dfrac{100 \times 44}{2 \times 84} = 26.19\,\mathrm{kg}$ 이므로 $V = \dfrac{26.19 \times 0.082 \times 373}{1 \times 44} = 18.21\,\mathrm{m^3}$ 이다. 다만 중간에 질량을 26.18 kg으로 반올림해 넣으면 18.20, 기체상수를 0.08205로 잡으면 18.22가 나온다. 모두 같은 계산의 자릿수 차이이며, 발문이 지정한 상수로 반올림 없이 계산한 값은 18.21 $\mathrm{m^3}$이다.

제3종만 A급 화재에도 쓸 수 있는 것은, 최종 분해생성물인 메타인산($\mathrm{HPO_3}$)이 탄소 표면에 막을 만들어 산소를 차단하기 때문이다.

(1) B — 작다

(2) B — 작다

(3) A — 높다

(4) A — 넓다

(5) B — 적다

[해설]

메탄올($\mathrm{CH_3OH}$)과 벤젠($\mathrm{C_6H_6}$)은 둘 다 제4류 제1석유류지만, 메탄올은 수용성이고 벤젠은 비수용성이라 물성이 여러 대목에서 갈린다.

(1) 분자량은 32와 78로 메탄올이 작다. (2) 증기비중은 분자량을 공기의 평균분자량 29로 나눈 값이니, 분자량이 작은 메탄올이 그대로 작다. 메탄올 증기는 공기보다 조금 무거운 정도지만 벤젠 증기는 두 배 넘게 무거워 낮은 곳에 잘 깔린다.

(3) 인화점은 메탄올 11 ℃, 벤젠 -11 ℃로 메탄올이 높다. 곧 벤젠이 더 낮은 온도에서 불이 붙는다. (4) 연소범위는 메탄올이 6.0 ~ 36 vol%, 벤젠이 1.4 ~ 8.0 vol%로 메탄올 쪽이 훨씬 넓다.

(5)는 완전연소반응식을 세워 화학량론으로 따진다.

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

$\mathrm{2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O}$

메탄올은 2 mol이 탈 때 이산화탄소가 2 mol 나오므로 1 mol당 1 mol, 벤젠은 2 mol이 탈 때 12 mol이 나오므로 1 mol당 6 mol이다. 사실 반응식을 세우지 않아도, 탄소 원자는 모두 이산화탄소로 가므로 분자 안의 탄소 수가 곧 1 mol당 이산화탄소 mol 수다. 메탄올은 탄소 1개, 벤젠은 6개이니 메탄올 쪽이 적다.

일부 교재는 이 대목을 메탄올 0.67 mol, 벤젠 4 mol로 싣고 있는데, 이는 계수가 맞지 않는 연소반응식에서 나온 값이다. 두 값의 비가 1 : 6으로 같아 (5)의 답 B는 바뀌지 않지만, 화학량론으로 옳은 값은 1 mol과 6 mol이다.