2022년 위험물기능사실기(필답형) 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

(1) $\mathrm{CH_3COCH_3}$

(2) 제1석유류(수용성)

(3) 2.0

[해설]

아세톤은 카보닐기 양쪽에 메틸기가 붙은 케톤으로, 시성식은 $\mathrm{CH_3COCH_3}$, 분자식으로 쓰면 $\mathrm{C_3H_6O}$ 다. 인화점이 -18.5 ℃로 21 ℃보다 훨씬 낮아 제1석유류이고, 물과 자유롭게 섞이므로 수용성으로 분류되어 지정수량은 400 L다.

증기비중은 그 증기가 공기보다 몇 배 무거운지를 나타내는 값이므로, 분자량을 공기의 평균분자량 29로 나누면 된다.

$\text{증기비중} = \dfrac{\text{분자량}}{29}$

아세톤의 분자량은 $(12 \times 3) + (1 \times 6) + 16 = 58$ 이므로

$\dfrac{58}{29} = \mathbf{2.0}$

이다. 증기비중이 1보다 크다는 것은 증기가 바닥으로 깔린다는 뜻이므로, 낮은 곳에 고인 증기가 멀리 있는 불씨에 닿아 되돌아오며 타는 일이 없도록 환기에 신경 써야 한다.

(1) $\mathrm{Ca(ClO_3)_2}$

(2) $\mathrm{NaMnO_4}$

(3) $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$

[해설]

제1류 위험물은 금속의 양이온과 산소를 가진 음이온이 결합한 염이 대부분이다. 따라서 양이온의 전하와 음이온의 전하를 맞춰 개수를 정하면 화학식이 완성된다.

염소산 이온은 $\mathrm{ClO_3^-}$ 로 전하가 -1인데 칼슘 이온은 $\mathrm{Ca^{2+}}$ 이므로, 염소산 이온이 두 개 붙어 $\mathrm{Ca(ClO_3)_2}$ 가 된다. 과망가니즈산 이온 $\mathrm{MnO_4^-}$ 는 나트륨 이온 $\mathrm{Na^+}$ 와 1 : 1로 만나 $\mathrm{NaMnO_4}$, 다이크로뮴산 이온 $\mathrm{Cr_2O_7^{2-}}$ 는 칼륨 이온 두 개와 만나 $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$ 가 된다.

셋 모두 산화성 고체로, 그 자체는 타지 않지만 가연물에 산소를 공급해 불을 키운다. 따라서 가연물과 떼어 저장하고 마찰·충격을 피해야 한다.

3,332.18 L

[해설]

기체의 질량과 부피는 이상기체 상태방정식 PV = (W/M)RT로 잇는다.

V = WRT ÷ (PM)
W = 6,000 g, M = 44(CO₂), R = 0.082 atm·L/(mol·K), T = 273 + 25 = 298 K, P = 1 atm
V = (6,000 × 0.082 × 298) ÷ (1 × 44) = 3,332.18 L

R을 0.08205로 두면 3,334.21 L가 나오는데, 이는 상수 자릿수 차이일 뿐이다. 혼동 주의: 0 ℃ 기준인 22.4 L/mol을 쓰면 25 ℃ 조건을 무시하게 되어 3,054.5 L라는 오답이 나온다.

(1) 100 kg

(2) 100 kg

(3) 500 kg

[해설]

제2류 위험물은 불이 잘 붙는 고체(가연성 고체)로, 지정수량이 100 kg·500 kg·1,000 kg 세 갈래로 나뉜다. 앞의 두 갈래는 위험등급까지 함께 외워 두면 다른 문제에서도 그대로 쓸 수 있다.

철분은 철의 분말 가운데 53 μm 체를 통과하는 것이 50 wt% 미만인 것은 위험물에서 제외한다. 황화인·적린은 100 kg으로 묶여 위험등급 II, 철분·금속분·마그네슘은 500 kg으로 묶여 위험등급 III이다.

이황화탄소, 스타이렌, 클로로벤젠

[해설]

발문이 두 가지를 한꺼번에 묻고 있다. 첫째 에터에 녹을 것, 둘째 물에는 녹지 않을 것이다. [보기]의 다섯 가지는 모두 유기용제인 에터에 잘 녹으므로, 실제로 갈리는 것은 물에 녹는가 하나뿐이다.

이황화탄소는 비중이 1.26으로 물보다 무겁고 물에 거의 녹지 않기 때문에, 증기가 새어 나오지 못하도록 아예 물속에 잠기게 하는 수조 저장을 한다. 물에 담가 보관한다는 사실 자체가 물에 녹지 않는다는 증거인 셈이다. 반면 에터·알코올·벤젠 같은 유기용제에는 잘 녹는다.

한편 특수인화물(이황화탄소·아세트알데하이드)은 법령의 품명 구분에서 수용성·비수용성을 따로 나누지 않는다. 이 점을 근거로 이황화탄소를 답에서 빼는 풀이도 있으나, 이 문제는 같은 문장에서 “에터에 녹고”라는 화학적인 용해도를 함께 묻고 있으므로 “물에 녹지 않는다”도 같은 기준으로 읽는 것이 앞뒤가 맞다. 아세트알데하이드가 물에 완전히 섞여 제외되는 것도 같은 기준을 적용한 결과다.

(1) $\mathrm{KNO_3}$

(2) II등급

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

[해설]

흑색화약은 질산칼륨 약 75 %에 숯 15 %, 황 10 %를 섞어 만든다. 여기서 산소를 대 주는 산화제 노릇을 하는 것이 질산칼륨($\mathrm{KNO_3}$)이다. 분자량으로도 확인된다.

$39 + 14 + (16 \times 3) = 101$

질산칼륨은 이온끼리 결합한 무기 화합물이라 따로 떼어 보일 작용기가 없다. 그래서 시성식을 물어도 화학식과 같은 $\mathrm{KNO_3}$ 로 답하면 된다. 품명은 질산염류이고 지정수량은 300 kg, 위험등급은 II다.

400 ℃ 부근에서 열분해하면 산소를 내놓고 아질산칼륨($\mathrm{KNO_2}$)으로 바뀐다. 원자 수를 맞춰 보면 오른쪽에 산소 분자 하나가 나오려면 산소 원자가 두 개 더 필요하므로, 왼쪽 $\mathrm{KNO_3}$ 앞에 계수 2가 붙어야 한다. 왼쪽 산소 6개 = 오른쪽 $4 + 2 = 6$ 개로 균형이 맞는다.

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

일부 교재에는 이 식이 좌변 계수 2가 빠진 채 $\mathrm{KNO_3 \rightarrow 2KNO_2 + O_2}$ 로 실려 있으나, 이대로는 칼륨도 질소도 산소도 개수가 맞지 않는 미평형 식이다. 계수 2를 붙인 위 식이 옳다.

질산칼륨은 강한 산화제여서 가연물과 섞이면 마찰·충격만으로도 폭발할 수 있다. 저장할 때는 가연물과 떨어뜨리고 차고 건조한 곳에 두며, 화재 시에는 다량의 물로 냉각소화한다.

(1) $\mathrm{CH_3CHO}$

(2) $\mathrm{2CH_3CHO + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O}$

(3) 아세트산(초산)

[해설]

1차 알코올은 산화될 때마다 한 계단씩 모양을 바꾼다. 알코올에서 수소를 잃으면 알데하이드가 되고, 알데하이드가 산소를 얻으면 카복실산이 된다. 거꾸로 가면 환원이다.

$\mathrm{C_2H_5OH \rightarrow CH_3CHO \rightarrow CH_3COOH}$ (화살표 방향이 산화, 반대 방향이 환원이다)

따라서 에틸알코올을 1차 산화하면 아세트알데하이드($\mathrm{CH_3CHO}$)가 되고, 이를 다시 산화하면 아세트산($\mathrm{CH_3COOH}$)이 된다.

아세트알데하이드의 연소식은 탄소를 이산화탄소로, 수소를 물로 보낸 뒤 산소 수를 맞추면 세워진다. $\mathrm{CH_3CHO}$ 를 2분자로 잡으면 탄소 4개 → $\mathrm{4CO_2}$, 수소 8개 → $\mathrm{4H_2O}$ 이고, 오른쪽 산소가 $8 + 4 = 12$ 개인데 왼쪽 알데하이드가 이미 2개를 갖고 있으므로 모자란 10개를 $\mathrm{5O_2}$ 로 채운다.

$\mathrm{2CH_3CHO + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O}$

아세트알데하이드는 인화점이 -38 ℃로 매우 낮고 연소범위도 넓어 특수인화물로 다루며, 아세트산은 물에 잘 섞이는 제2석유류다. 아세트산을 초산이라고 부르기도 하는데 같은 물질이므로 어느 이름으로 답해도 된다.

7배

[해설]

서로 다른 위험물을 한 곳에 저장할 때에는 각각의 저장량을 그 물질의 지정수량으로 나눈 뒤 모두 더한다. 먼저 세 물질의 품명부터 가려야 지정수량을 알 수 있다.

$\dfrac{200}{50} + \dfrac{1{,}000}{1{,}000} + \dfrac{4{,}000}{2{,}000} = 4 + 1 + 2 = \mathbf{7}$

따라서 지정수량 배수의 합계는 7배다. 산화프로필렌은 인화점이 -37 ℃로 매우 낮은 특수인화물이고, 벤즈알데하이드와 아크릴산은 둘 다 제2석유류지만 물에 녹느냐에 따라 지정수량이 두 배 차이가 난다는 점이 이 문제의 갈림길이다.

(1) $\mathrm{S + O_2 \rightarrow SO_2}$

(2) $\mathrm{S + H_2 \rightarrow H_2S}$

[해설]

황은 제2류 위험물(가연성 고체)로, 산소와 타면 이산화황이 되고 고온에서 수소와 만나면 황화수소가 된다.

공기 중에서 연소하면 푸른 불꽃을 내며 자극성 유독가스인 이산화황(아황산가스)이 생긴다.
S + O₂ → SO₂

고온에서 수소와 만나면 달걀 썩는 냄새가 나는 유독가스인 황화수소가 생긴다.
S + H₂ → H₂S

두 반응 모두 원자 수가 1 : 1로 맞아서 계수를 따로 맞출 필요가 없다.

① 자동화재탐지설비

② 비상경보설비

③ 확성장치

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17은 지정수량 10배 이상을 저장·취급하는 제조소등(이동탱크저장소 제외)에 경보설비를 갖추도록 한다.

• 자동화재탐지설비 — 감지기가 열·연기를 감지해 자동으로 경보를 울린다.
• 비상경보설비 — 사람이 직접 눌러 알리는 설비로, 비상벨장치·경종을 포함한다.
• 확성장치 — 휴대용확성기를 포함하며, 음성으로 화재와 대피를 알린다.

법정 경보설비는 이 셋에 자동화재속보설비·비상방송설비를 더한 다섯 가지이므로, 이 중 어느 셋을 써도 된다.

(1) $\mathrm{CH_4}$(메테인)

(2) $\mathrm{C_2H_6}$(에테인)

(3) 해당 없음

(4) $\mathrm{H_2}$(수소)

(5) $\mathrm{H_2}$(수소)

[해설]

금수성 물질이 물과 만나면 물의 수소를 빼앗아 가연성 기체를 내놓는다. 어떤 기체가 나오는지는 물질이 무엇과 결합해 있었는지를 보면 알 수 있다.

알킬알루미늄은 알루미늄에 붙어 있던 알킬기가 물의 수소와 붙어 그대로 알케인으로 떨어져 나온다. 메틸기는 메테인($\mathrm{CH_4}$), 에틸기는 에테인($\mathrm{C_2H_6}$)이 되는 식이다. 리튬은 알칼리금속이라, 수소화칼슘은 음이온 수소를 갖고 있어 각각 물에서 수소를 발생시킨다.

반면 황린은 물과 반응하지 않는다. 오히려 공기 중에서 저절로 불이 붙는 성질 때문에 약알칼리성(pH 9 정도)의 물속에 잠기게 해서 보관한다. 물에 넣어 두는 물질이라는 점 때문에 물과 반응하는 것으로 착각하기 쉬우니 주의해야 한다.

6단위

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17에 따르면 저장소 건축물의 외벽이 내화구조가 아니면 연면적 75 m²가 1소요단위다.

소요단위 = 연면적 ÷ 1소요단위 면적
= 450 ÷ 75 = 6단위

혼동 주의: 내화구조인 저장소는 150 m², 제조소·취급소는 내화 100 m²·비내화 50 m²가 1소요단위다. 위험물 자체는 지정수량의 10배가 1단위이므로, 저장 위험물이 제4류라는 조건은 이 계산에 쓰이지 않는다.

(1) 이산화질소($\mathrm{NO_2}$)

(2) $\mathrm{4HNO_3 \rightarrow 2H_2O + 4NO_2 + O_2}$

[해설]

질산은 제6류 위험물(산화성 액체)로, 빛이나 열을 받으면 스스로 분해하여 물·이산화질소·산소를 낸다.

이때 함께 나오는 유독 기체는 적갈색의 이산화질소(NO₂)이며, 들이마시면 폐가 손상된다.

계수는 발문의 비율(질산 4 mol → 산소 1 mol)에서 출발해 질소 4개를 4NO₂로, 수소 4개를 2H₂O로 보내면 좌우의 산소 12개가 맞는다.
4HNO₃ → 2H₂O + 4NO₂ + O₂

실무 의미: 분해를 막기 위해 갈색 병에 담아 직사광선을 피해 보관한다.

(1) 벤젠 고리의 1번 자리에 $\mathrm{CH_3}$, 2·4·6번 자리에 $\mathrm{NO_2}$ — $\mathrm{C_6H_2(CH_3)(NO_2)_3}$

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

[해설]

(2) 트라이나이트로페놀

두 물질 모두 벤젠 고리에 나이트로기가 세 개 붙은 나이트로화합물이다. 차이는 1번 자리에 무엇이 붙어 있느냐뿐으로, 톨루엔에서 출발하면 메틸기($\mathrm{CH_3}$)가, 페놀에서 출발하면 하이드록시기($\mathrm{OH}$)가 남는다. 나이트로기가 들어가는 자리는 두 경우 모두 2번·4번·6번이다.

피크르산은 건조한 상태에서 특히 위험하므로 물을 적셔 보관하고, 철·구리·납 같은 금속 용기에 담으면 충격에 민감한 피크르산염이 생기므로 피한다. TNT는 물에 녹지 않고 비교적 안정해 다루기 쉽지만, 충격이나 마찰을 받으면 폭발하는 것은 두 물질이 마찬가지다.

제2석유류, 제3석유류, 제4석유류, 동식물유류

[해설]

제4류 위험물의 위험등급은 인화점이 낮아 위험한 순서대로 매겨져 있다. 가장 위험한 특수인화물이 I, 그다음이 제1석유류와 알코올류로 II, 나머지가 모두 III이다.

즉 제4류에서 III등급이 아닌 것은 특수인화물·제1석유류·알코올류 셋뿐이므로, 이 셋을 빼고 남는 제2석유류·제3석유류·제4석유류·동식물유류 네 가지가 답이다. 위험등급 III으로 갈수록 인화점이 높아 상온에서는 불이 잘 붙지 않지만, 지정수량이 커서 한 곳에 많은 양이 쌓인다는 점은 함께 기억해 둘 만하다.

(1) 1기압에서 인화점이 21 ℃ 미만인 것

(2) 1기압에서 인화점이 70 ℃ 이상 200 ℃ 미만인 것

(3) 1기압에서 인화점이 200 ℃ 이상 250 ℃ 미만인 것

[해설]

인화성 액체의 품명은 모두 1기압에서 잰 인화점을 기준으로 갈린다. 구간의 경계값이 어느 쪽에 속하는지가 채점 포인트이므로, 아래처럼 왼쪽 끝은 “이상”, 오른쪽 끝은 “미만”으로 이어진다는 점을 눈에 익혀 두는 것이 좋다.

제2석유류와 제3석유류 사이에는 인화점이 없는 것이 아니라, 21 ℃부터 70 ℃까지가 제2석유류이고 70 ℃부터 200 ℃까지가 제3석유류로 맞물려 있다. 또 제2석유류·제3석유류는 도료류처럼 가연성 액체량이 40 wt% 이하이면서 인화점과 연소점 조건을 만족하는 것은 제외되는 단서가 붙어 있다.

(1) $\mathrm{2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2}$

(2) $\mathrm{2K + 2C_2H_5OH \rightarrow 2C_2H_5OK + H_2}$

[해설]

칼륨(K)은 제3류 금수성 알칼리금속이다. 그래서 –OH의 수소를 밀어내고 그 자리에 들어가며 수소(H₂)를 낸다.

물과 만나면 수산화칼륨과 수소가 생긴다.
2K + 2H₂O → 2KOH + H₂

에틸알코올과 만나면 칼륨에틸레이트(C₂H₅OK)와 수소가 생긴다.
2K + 2C₂H₅OH → 2C₂H₅OK + H₂

실무 의미: 두 반응 모두 열이 나서 수소가 불붙을 수 있다. 그래서 칼륨은 등유·경유 같은 보호액 속에 저장한다.

(1) 탄산수소칼륨($\mathrm{KHCO_3}$)

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

[해설]

분말소화약제는 주성분에 따라 네 가지로 나뉜다. 제1종은 나트륨, 제2종은 칼륨이 들어간 탄산수소염이고, 제3종만 인산염이라 A급 화재에도 쓸 수 있다.

제2종 분말은 190 ℃ 부근에서 1차로 분해해 탄산칼륨과 이산화탄소, 수증기를 내놓는다.

$\mathrm{2KHCO_3 \rightarrow K_2CO_3 + CO_2 + H_2O}$ (1차, 190 ℃)

온도가 더 올라 590 ℃에 이르면 2차 분해가 일어난다.

$\mathrm{2KHCO_3 \rightarrow K_2O + 2CO_2 + H_2O}$ (2차, 590 ℃)

분해로 생긴 이산화탄소가 산소를 밀어내 질식소화를, 분해에 열을 빼앗기면서 냉각소화를 함께 한다. 제2종은 제1종보다 소화력이 1.67배가량 크다고 알려져 있다.

13.82 m³

[해설]

양쪽 끝이 볼록한 횡형 원통형 탱크의 내용적은 가운데 원통부 부피에 양쪽 볼록부 길이의 1/3을 더해 구한다.

$V = \pi r^2 \left(l + \dfrac{l_1 + l_2}{3}\right)$
$V = \pi \times 1^2 \times \left(4 + \dfrac{0.6 + 0.6}{3}\right) = \pi \times 4.4$
$V = 13.82\ \mathrm{m^3}$

그림의 1 m는 지름이 아니라 반지름이다. 볼록부는 끝으로 갈수록 좁아지므로 길이를 그대로 더하지 않고 3으로 나눈다.

(1) 화기·충격주의, 가연물접촉주의

(2) 화기엄금, 충격주의

(3) 가연물접촉주의

[해설]

운반용기의 주의사항은 유별로 정해져 있고, 같은 유별 안에서도 성질에 따라 갈리는 것이 있다. 염소산염류는 제1류 가운데 알칼리금속의 과산화물이 아니므로 “물기엄금”이 빠지고, 과산화수소는 제6류이므로 한 가지만 붙는다.

제5류는 분자 안에 산소를 갖고 있어 외부 산소 없이도 타는 자기반응성 물질이므로 불과 충격을 모두 경계하라는 뜻에서 두 가지를 붙이고, 제6류는 자신이 타지는 않고 남을 태우는 산화성 액체라 가연물과의 접촉만 막으면 된다.