2021년 위험물기능사실기(필답형) 4회차 기출문제 정답·해설 페이지

(1) $\mathrm{CH_3COOH}$

(2) 2.07

[해설]

초산은 카복실기($\mathrm{-COOH}$)를 가진 가장 단순한 축에 드는 카복실산으로, 작용기를 드러낸 시성식은 $\mathrm{CH_3COOH}$ 다. 분자식으로 쓰면 $\mathrm{C_2H_4O_2}$ 이고 분자량은

$(12 \times 2) + (1 \times 4) + (16 \times 2) = 24 + 4 + 32 = 60$

이다. 증기비중은 그 증기의 무게를 같은 부피의 공기와 견준 값이므로, 분자량을 공기의 평균분자량 29로 나누면 된다.

$\text{증기비중} = \dfrac{\text{분자량}}{29} = \dfrac{60}{29} = \mathbf{2.07}$

공기보다 두 배 넘게 무겁다는 뜻이므로, 새어 나온 증기는 바닥이나 낮은 곳에 깔린다.

순도가 높은 초산은 16.2 ℃ 아래에서 얼음처럼 굳어 빙초산이라 부른다. 물에 잘 섞이는 수용성 제2석유류라 지정수량이 2,000 L이고, 금속을 부식시키므로 용기 재질에 주의한다.

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

(2) $\mathrm{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O}$

(3) $0.49\,\mathrm{m^3}$

[해설]

나트륨은 금수성 알칼리금속이라 물과 만나면 수산화나트륨과 수소를 내며 크게 발열한다.
2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

발생한 수소는 반응열로 점화되어 타면서 물이 된다.
2H₂ + O₂ → 2H₂O

나트륨 2 kmol(46 kg)이 반응하면 수소 1 kmol(표준상태 22.4 m³)이 나오므로 비례식으로 구한다.
46 kg : 22.4 m³ = 1 kg : x
x = 1 × 22.4 ÷ 46 ≈ 0.49 m³

혼동 주의: 답의 단위가 m³이므로 kg·kmol 기준으로 계산하며, L로 쓰면 약 487 L이다.

$888.89\,\mathrm{m^3}$

[해설]

탄소의 완전연소 반응은 C + O₂ → CO₂로, 탄소 1 kmol(12 kg)이 탈 때 산소 1 kmol(22.4 m³)이 든다. 공기 중 산소는 21 vol%이므로 필요한 산소량을 0.21로 나누면 공기량이 된다.

공기량 = (탄소 질량 / 12) × 22.4 / 0.21
= (100 / 12) × 22.4 / 0.21
= 888.89 m³

혼동 주의: 중간값 186.67을 반올림한 뒤 나누면 888.90이 나오므로 반올림 없이 한 번에 계산한다.

(1) 40

(2) 비점

(3) 40

[해설]

아세트알데하이드나 다이에틸에터처럼 끓는점과 인화점이 매우 낮은 특수인화물은 온도가 조금만 올라도 증기가 쏟아져 나오므로, 위험물안전관리법 시행규칙의 저장기준이 탱크 종류별로 유지온도를 따로 정해 두었다.

압력탱크는 내부 압력을 견디도록 만들어졌기 때문에 40 ℃까지 허용하지만, 압력탱크가 아닌 저장탱크는 증기압을 견딜 수 없어 아세트알데하이드등은 15 ℃, 다이에틸에터등은 30 ℃로 더 낮게 잡는다. 이동저장탱크는 보냉장치가 있으면 끓지만 않으면 되므로 비점 이하, 보냉장치가 없으면 40 ℃ 이하가 기준이다.

아세트알데하이드등을 저장·취급하는 설비에는 구리·마그네슘·은·수은과 이들을 성분으로 하는 합금을 쓰지 못한다. 폭발성이 있는 아세틸라이드를 만들 수 있기 때문이다.

2.33 g/L

[해설]

이상기체 상태방정식 PV = (w/M)RT에 밀도 ρ = w/V를 넣어 정리하면 ρ = PM/RT가 된다. 아세톤(CH₃COCH₃)의 분자량은 58이고, 절대온도는 273 + 30 = 303 K이다.

ρ = PM / RT
= (1 × 58) / (0.082 × 303)
= 2.33 g/L

혼동 주의: 0 ℃ 표준상태라면 58 / 22.4 = 2.59 g/L이지만, 온도가 오르면 기체가 팽창해 밀도가 작아진다.

10배

[해설]

지정수량 배수의 총합은 각 위험물의 저장수량을 그 위험물의 지정수량으로 나눈 값을 모두 더해 구한다.

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

제5류 위험물의 지정수량은 개정된 위험물안전관리법 시행령에서 품명별로 매기던 방식 대신 폭발성 시험 결과에 따라 제1종 10 kg, 제2종 100 kg으로 정해진다. 발문이 각 물질의 종을 밝혀 두었으므로 그대로 대입하면 된다.

$\dfrac{50}{10} + \dfrac{300}{100} + \dfrac{20}{10} = 5 + 3 + 2 = \mathbf{10}$

따라서 지정수량 배수의 총합은 10배다.

이 문항은 제5류 위험물의 품명·지정수량 체계가 바뀌면서 조건이 손질된 것이다. 일부 교재는 개정 전 품명(질산에스터류 10 kg, 하이드록실아민 100 kg, 나이트로화합물 200 kg)으로 된 발문을 그대로 두고 나이트로화합물에만 개정 후 제1종 값 10 kg을 대입해 48배로 싣고 있는데, 이는 옛 발문과 새 기준을 섞어 쓴 계산이다. 개정 전 기준으로 일관되게 풀면 $\dfrac{50}{10} + \dfrac{300}{100} + \dfrac{400}{200} = 10$ 배가 되어, 개정 후 체계로 푼 값과 같아진다.

(1) 육각형 방향족 고리에서 탄소 1개가 질소로 바뀐 구조 — $\mathrm{C_5H_5N}$

(2) 79

[해설]

피리딘은 벤젠 고리를 이루는 탄소 6개 가운데 하나가 질소로 치환된 헤테로 방향족 화합물이다. 고리 안에 이중결합 3개가 번갈아 놓인 것은 벤젠과 같고, 질소가 들어간 자리 때문에 염기성을 띠며 특유의 악취가 난다.

분자식은 $\mathrm{C_5H_5N}$ 이므로 분자량은

$(12 \times 5) + (1 \times 5) + 14 = 60 + 5 + 14 = \mathbf{79}$

이다.

물·알코올·에터에 모두 잘 섞이고, 수용성 제1석유류라 지정수량이 400 L로 정해져 있다. 화재 시에는 물로 희석소화가 가능하지만 인화점이 낮아 증기 확산에 주의해야 한다.

① 지름을 25 mm 이상으로 할 것

② 옥외에 설치하되 끝부분의 높이는 지상 1.5 m 이상으로 할 것

③ 끝부분은 수평면에 대하여 아래로 45° 이상 구부려 빗물 등이 들어가지 않도록 할 것

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙의 간이탱크저장소 기준은 밸브 없는 통기관의 굵기·높이·끝부분 모양을 정해 둔다.

• 지름 25 mm 이상 — 넣고 뺄 때 생기는 탱크 안팎의 압력 차를 빨리 없앨 수 있는 굵기다.
• 옥외에 두고 끝부분은 지상 1.5 m 이상 — 새어 나온 증기가 사람 가까이나 건물 안에 고이지 않게 한다.
• 끝부분은 수평면보다 아래로 45° 이상 구부림 — 빗물·이물질이 관으로 들어가지 않게 한다.

네 번째 요건으로 가는 눈의 구리망 등 인화방지장치도 있다. 인화점 70 ℃ 이상 위험물을 인화점 미만 온도로만 다루는 탱크는 이 장치를 생략할 수 있다.

(1) 질산염류

(2) 300 kg

(3) $\mathrm{KNO_3}$

[해설]

분해했을 때 아질산'칼륨'이 나왔다는 것은 원래 물질이 칼륨을 가지고 있었다는 뜻이고, 산소를 내놓는 강한 산화제이면서 흑색화약의 원료라는 조건까지 더하면 질산칼륨($\mathrm{KNO_3}$)으로 좁혀진다.

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

질산칼륨은 초석이라고도 부르는 무색 결정으로, 자신은 타지 않지만 산소를 내주어 다른 물질의 연소를 돕는다. 흑색화약은 질산칼륨에 숯과 황을 섞어 만든 것으로, 질산칼륨이 산소공급원 역할을 한다.

(1) ① 물 : 녹지 않는다
② 벤젠 : 녹는다

(2) 10 kg

(3) ① 톨루엔
② 혼산(진한 질산 + 진한 황산)

[해설]

TNT(C₆H₂(NO₂)₃CH₃)는 톨루엔 고리에 나이트로기 3개가 붙은 제5류 위험물이다. 현행 시행령은 제5류를 시험 결과로 나누며, 제1종의 지정수량은 10 kg이다.

• 물 — 극성이 거의 없는 방향족 화합물이라 녹지 않는다.
• 벤젠 — 같은 방향족 용매라 잘 녹는다(아세톤·에터에도 녹음).
• 톨루엔 — 나이트로기가 붙는 출발물질이다.
• 혼산 — 진한 질산이 나이트로기를 주고, 진한 황산은 탈수제·촉매 역할을 한다.

C₆H₅CH₃ + 3HNO₃ → C₆H₂(NO₂)₃CH₃ + 3H₂O

8 kg

[해설]

물을 넣어도 용질(과산화수소) 질량은 변하지 않는다는 원리로 푼다.

과산화수소 질량 = 1 × 0.9 = 0.9 kg
0.9 ÷ (1 + x) = 0.1
1 + x = 9
x = 8 kg

혼동 주의: 과산화수소는 농도 36 wt% 이상만 제6류 위험물이므로, 10 wt%로 묽힌 용액은 위험물이 아니다.

(1) 분당 50 L 이하

(2) 분당 80 L 이하

(3) 분당 180 L 이하

[해설]

주유관 끝부분에서 한꺼번에 쏟아지는 양이 많을수록 넘침과 정전기로 인한 위험이 커지므로, 위험물안전관리법 시행규칙은 취급하는 위험물의 인화점에 따라 최대 토출량을 다르게 정해 두었다. 인화점이 가장 낮은 휘발유가 가장 엄격하다.

단서에서 빼 놓은 '이동저장탱크에 주입하는 경우'는 탱크로리에 급유하는 고정급유설비를 말하며, 이때는 분당 300 L 이하까지 허용된다. 다만 분당 토출량이 200 L 이상인 것은 주유관 끝부분에 정전기 제거장치를 두고, 배관의 안지름도 40 mm 이상으로 굵게 해야 한다.

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

(2) 60 중량% 이상

(3) 활석 등 불연성 물질, 수분

[해설]

황이 타면 자극성 유독가스인 이산화황이 생긴다.
S + O₂ → SO₂

위험물안전관리법 시행령 별표 1은 황을 순도 60중량% 이상인 것으로 정한다. 순도를 잴 때 불순물로 빼 주는 것은 활석 등 불연성물질과 수분뿐이다.

혼동 주의: 가연성 물질이 섞여 있으면 불순물로 보지 않는다.

(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 인(P)과 황(S)으로만 이루어져 있어서, 완전연소하면 인은 오산화인(P₂O₅), 황은 이산화황(SO₂)이 된다. 계수는 인 → 황 → 산소 순서로 맞춘다.

삼황화인: P 4개 → 2P₂O₅, S 3개 → 3SO₂, 우변 O = 10 + 6 = 16 → 8O₂
P₄S₃ + 8O₂ → 2P₂O₅ + 3SO₂

오황화인: 분자 2개로 P 4개 → 2P₂O₅, S 10개 → 10SO₂, 우변 O = 10 + 20 = 30 → 15O₂
2P₂S₅ + 15O₂ → 2P₂O₅ + 10SO₂

칠황화인: P 4개 → 2P₂O₅, S 7개 → 7SO₂, 우변 O = 10 + 14 = 24 → 12O₂
P₄S₇ + 12O₂ → 2P₂O₅ + 7SO₂

(1) $\mathrm{CaO_2}$

(2) $\mathrm{KMnO_4}$

(3) $\mathrm{NH_4NO_3}$

[해설]

시성식은 분자 안에 들어 있는 작용기를 드러내 쓰는 식이다. 그런데 이 세 물질은 모두 양이온과 음이온이 이온결합으로 묶인 무기 화합물이라 따로 떼어 낼 작용기가 없고, 결국 화학식(조성식)과 같은 모양이 된다. 세 물질 모두 산화성 고체인 제1류 위험물이다.

과산화칼슘은 알칼리토금속의 과산화물로 물과 만나면 산소를 내놓고, 과망가니즈산칼륨은 흑자색 결정으로 강한 산화력을 지녀 유기물과 섞이면 발화 위험이 있다. 질산암모늄은 열을 받으면 단독으로도 급격히 분해하며, 경유와 섞어 만드는 ANFO 폭약의 주원료다.

(1) 아이오딘값 130 이상

(2) 아이오딘값 100 이하

[해설]

아이오딘값은 유지 100 g에 흡수되는 아이오딘의 g 수로, 유지 속 불포화결합이 얼마나 많은지를 나타낸다. 이 값이 클수록 이중결합이 많아 공기 중 산소와 잘 결합하고, 그때 나오는 산화열이 쌓이면 자연발화로 이어진다. 그래서 동식물유류는 아이오딘값으로 세 갈래로 나눈다.

건성유는 공기 중에서 굳어 얇은 막을 만들기 때문에 도료나 인쇄잉크에 쓰이지만, 걸레나 종이에 스며든 채 쌓아 두면 자연발화 위험이 가장 크다. 동식물유류는 제4류 위험물로 지정수량은 10,000 L이며, 1기압에서 인화점이 250 ℃ 미만인 것을 말한다.

(1) 크산토프로테인 반응(잔토프로테인 반응)

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

[해설]

단백질이 진한 질산과 만나 노랗게 변하는 정색반응은 크산토프로테인 반응이다. 단백질 속 벤젠 고리를 가진 아미노산이 나이트로화되어 생긴다.

질산은 햇빛·열을 받으면 적갈색 이산화질소와 물, 산소로 분해된다.
4HNO₃ → 4NO₂ + 2H₂O + O₂

그래서 질산은 갈색병에 담아 직사광선을 피해 보관한다.

(1) 금속의 수소화물

(2) 300 kg

(3) III등급

[해설]

오른쪽에 수산화칼슘 $\mathrm{Ca(OH)_2}$ 와 수소가 나왔다는 것은 칼슘을 가진 물질이 물에게 수소를 내주었다는 뜻이다. 원자 수를 맞춰 보면 빈칸은 수소화칼슘($\mathrm{CaH_2}$, 분자량 42)이다.

$\mathrm{CaH_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + 2H_2}$

수소화칼슘은 무색 결정으로, 물과 닿으면 위와 같이 수소를 내며 발열하는 금수성 물질이다. 제3류 위험물 중 금속의 수소화물에 속하고, 지정수량은 300 kg, 위험등급은 III등급이다.

물과 반응해 수소를 내놓으므로 저장할 때 습기를 철저히 막아야 하고, 소화에는 주수를 피하고 마른모래나 탄산수소염류 분말소화약제를 쓴다.

(1) $100\,\mathrm{m^2}$

(2) $50\,\mathrm{m^2}$

(3) $150\,\mathrm{m^2}$

(4) $75\,\mathrm{m^2}$

(5) $50\,\mathrm{m^2}$

[해설]

소요단위는 소화설비를 얼마나 갖춰야 하는지 따지기 위해 건축물의 규모나 위험물의 양을 1단위로 묶어 놓은 기준이다. 건축물은 연면적으로, 위험물은 지정수량의 배수로 환산한다. 같은 연면적이라도 외벽이 내화구조면 불이 옮겨붙기 어려워 기준면적이 두 배로 늘어난다.

제조소와 취급소는 같은 값을 쓰므로 (1)·(2)의 취급소 기준이 그대로 (5)의 제조소에도 적용된다. 저장소는 위험물을 다루는 작업이 없어 상대적으로 위험이 낮다고 보아 제조소·취급소의 1.5배 면적을 1소요단위로 잡는다.

또한 옥외에 설치된 제조소등의 공작물은 외벽이 내화구조인 것으로 보고, 최대수평투영면적을 연면적으로 삼아 위 기준을 적용한다.

㉠ 60

㉡ 90

㉢ 600

[해설]

위험물제조소의 환기설비는 자연배기방식으로 하며, 급기구는 바닥면적 $150\,\mathrm{m^2}$ 마다 1개 이상을 낮은 곳에 두고 가는 눈의 구리망 등으로 인화방지망을 붙인다. 급기구 하나의 크기는 바닥면적이 넓을수록 크게 잡으며, 기준은 다음과 같다.

따라서 빈칸은 ㉠ 60, ㉡ 90, ㉢ 600 이다. 바닥면적이 $150\,\mathrm{m^2}$ 이상이면 급기구를 $800\,\mathrm{cm^2}$ 이상으로 한다.

표에서 바닥면적은 $\mathrm{m^2}$, 급기구 면적은 $\mathrm{cm^2}$ 로 단위가 다르다는 점에 주의해야 한다(일부 교재는 ㉢ 칸의 단위를 $\mathrm{m^2}$ 로 인쇄해 두었으나, 급기구의 면적이므로 $\mathrm{cm^2}$ 가 맞다).

한편 환기구는 지붕 위 또는 지상 2 m 이상의 높이에 회전식 고정벤틸레이터나 루프팬 방식으로 설치한다.