2021년 위험물기능사실기(필답형) 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

1,046.67 $\mathrm{m^3}$

[해설]

위험물안전관리에 관한 세부기준의 탱크 내용적 계산식에 따르면, 양쪽이 볼록한 횡형 원통형 탱크의 내용적은 동체 부피에 양쪽 경판 부피를 더한 값이다. 그림에서 반지름 $r = 5\,\mathrm{m}$, 동체 길이 $l = 10\,\mathrm{m}$, 경판 길이 $l_1 = l_2 = 5\,\mathrm{m}$이다.

$V = \pi r^2 \left(l + \dfrac{l_1 + l_2}{3}\right)$
$V = 3.14 \times 5^2 \times \left(10 + \dfrac{5 + 5}{3}\right) = 78.5 \times 13.3333$
$V = 1{,}046.67\,\mathrm{m^3}$

외우는 요령: 볼록한 경판은 길이를 3으로 나눠 동체 길이에 더한다. 발문의 원주율 3.14를 그대로 써야 채점 값과 맞는다.

(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]

위험물안전관리법 시행규칙의 운반기준에 있는 혼재 기준을 따른다. 함께 실을 수 있는 조합은 제1류–제6류, 제2류–제4류, 제2류–제5류, 제3류–제4류, 제4류–제5류 다섯 쌍뿐이다.

• 제1류(산화성 고체)는 같은 산화성인 제6류와만 실을 수 있다.
• 제2류(가연성 고체)는 제4류·제5류와 실을 수 있다.
• 제3류(자연발화성·금수성)는 제4류와만 실을 수 있다.
• 제4류(인화성 액체)는 제2류·제3류·제5류와 실을 수 있어 짝이 가장 많다.
• 제5류(자기반응성)는 제2류·제4류와 실을 수 있다.
• 제6류(산화성 액체)는 제1류와만 실을 수 있다.

함께 실을 수 없는 유별은 위 짝을 뺀 나머지이고, 자기 유별은 적지 않는다. 외우는 요령은 ‘4-23, 5-24, 6-1’이다.

(1) 탄화알루미늄

(2) $\mathrm{Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3 + 3CH_4}$

[해설]

[보기]는 모두 제3류 위험물(자연발화성 및 금수성 물질)이라 물과 만나면 각각 다른 기체를 내놓는다. 어떤 기체가 나오는지로 갈라 보면 된다.

탄화물이라고 모두 아세틸렌을 내는 것은 아니다. 탄화칼슘($\mathrm{CaC_2}$)이나 탄화리튬처럼 $\mathrm{C_2}$ 를 가진 것은 아세틸렌을, 탄화알루미늄($\mathrm{Al_4C_3}$)과 탄화베릴륨($\mathrm{Be_2C}$)처럼 탄소가 홑으로 들어 있는 것은 메테인을 낸다. 이 점이 이 문제의 갈림길이다.

탄화알루미늄은 황색 결정으로 지정수량은 300 kg 이며, 물과 닿으면 가연성 메테인 가스가 나오므로 밀폐 용기에 넣어 건조한 곳에 저장하고 화재 시에는 마른모래나 팽창질석 등으로 질식소화한다.

(1) 벤젠 고리의 1번 탄소에 $\mathrm{OH}$, 2·4·6번 탄소에 $\mathrm{NO_2}$ 가 결합한 구조 — $\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3OH}$

(2) 벤젠 고리의 1번 탄소에 $\mathrm{CH_3}$, 2·4·6번 탄소에 $\mathrm{NO_2}$ 가 결합한 구조 — $\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3CH_3}$

[해설]

(2) TNT

두 물질은 만드는 방법이 나란하다. 페놀을 진한 질산과 진한 황산의 혼산으로 나이트로화하면 피크르산이, 톨루엔을 같은 방법으로 나이트로화하면 TNT가 된다. 그래서 벤젠 고리의 2·4·6번 위치에 나이트로기($\mathrm{NO_2}$) 3개가 붙는 것은 같고, 1번 위치의 치환기만 하이드록시기($\mathrm{OH}$)인지 메틸기($\mathrm{CH_3}$)인지가 다르다.

피크르산은 쓴맛이 나는 황색 결정으로 물에는 잘 녹지 않고 더운물·알코올·에터에 녹는다. 금속과 만나면 충격에 매우 예민한 금속염(피크린산염)을 만들기 때문에 철·구리·납 용기를 피하고, 건조 상태에서 위험하므로 물에 적신 상태로 저장한다.

TNT는 담황색 침상결정이며 물에 녹지 않고 폭발력이 크지만 충격·마찰에는 비교적 둔감하다. 분해하면 $\mathrm{2C_6H_2(NO_2)_3CH_3 \rightarrow 12CO + 2C + 3N_2 + 5H_2}$ 와 같이 다량의 기체가 한꺼번에 생긴다.

(1) 화기·충격주의, 물기엄금, 가연물접촉주의

(2) 화기주의, 물기엄금

(3) 화기엄금

(4) 화기엄금, 공기접촉엄금

(5) 화기엄금

(6) 화기엄금, 충격주의

(7) 가연물접촉주의

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 19의 운반용기 주의사항에는 그 위험물이 피해야 할 것을 그대로 적는다.

• 알칼리금속의 과산화물은 산화성이라 화기·충격주의와 가연물접촉주의를 적고, 물과 만나면 산소와 열을 내므로 물기엄금을 더한다.
• 철분·금속분·마그네슘은 가연성 고체라 화기주의를 적고, 물과 만나면 수소를 내므로 물기엄금을 더한다.
• 인화성 고체는 불이 쉽게 붙으므로 화기엄금을 적는다.
• 자연발화성 물질은 공기 중에서 저절로 타므로 화기엄금과 공기접촉엄금을 적는다.
• 제4류는 인화성 액체라 화기엄금을 적는다.
• 제5류는 자기반응성 물질이라 화기엄금과 충격주의를 적는다.
• 제6류는 스스로 타지 않는 산화성 액체라 가연물접촉주의만 적는다.

혼동 주의: 제조소등에 세우는 게시판의 주의사항은 물기엄금·화기주의·화기엄금 세 가지뿐이라 운반용기 표시와 다르다.

(1) 30단위

(2) 1단위

[해설]

소요단위는 소화설비를 얼마나 갖추어야 하는지 따지기 위해 대상물의 규모를 1단위로 묶어 놓은 기준이다. 위험물은 지정수량의 10배를 1소요단위로 한다.

$\text{소요단위} = \dfrac{\text{저장수량}}{\text{지정수량} \times 10}$

(1) 질산은 제6류 위험물로 지정수량이 300 kg 이므로 1소요단위는 3,000 kg 이다.

$\dfrac{90000}{300 \times 10} = 30$ → 30단위

(2) 아세트산은 제4류 위험물 제2석유류(수용성)로 지정수량이 2,000 L 이므로 1소요단위는 20,000 L 이다.

$\dfrac{20000}{2000 \times 10} = 1$ → 1단위

건축물의 소요단위는 연면적으로 따지며, 외벽이 내화구조인지에 따라 기준면적이 두 배 차이 난다.

참고로 질산은 비중 1.49 이상인 것만 위험물로 보고, 아세트산은 농도 30 % 이상인 수용액이 위험물에 해당한다.

(1) 100 kg

(2) 오산화인($\mathrm{P_2O_5}$)

(3) 황린

[해설]

적린($\mathrm{P}$)은 제2류 위험물 가운데 황화인·적린·황과 함께 묶여 지정수량이 100 kg 이다. 암적색 분말이며 발화점이 약 260 ℃ 로 비교적 안정하고 물에 녹지 않는다.

연소하면 인이 산소와 결합해 오산화인이 된다. 흰 연기처럼 보이지만 상온에서는 고체이므로, 연소생성물을 “기체”라고 못 박은 문장은 정확한 표현이 아니다.

$\mathrm{4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5}$

동소체는 같은 원소로 이루어져 있으나 원자의 배열이 달라 성질이 다른 홑원소물질을 말한다. 적린과 황린($\mathrm{P_4}$)이 그 관계이며, 황린은 제3류 위험물(자연발화성 물질)로 지정수량이 20 kg 이다.

둘 다 연소생성물은 오산화인으로 같다는 점도 함께 기억해 두면 좋다.

(1) 백색 바탕에 흑색 문자

(2) 황색 바탕에 흑색 문자

[해설]

주유취급소에는 주유를 하는 곳임을 알리는 표지와, 주유 중 시동을 끄라는 안전 게시판을 함께 설치한다. 둘 다 한 변이 0.3 m 이상, 다른 한 변이 0.6 m 이상인 직사각형 판을 쓰지만 바탕색이 다르다.

맨 아래 칸의 위험물 표지는 이동탱크저장소나 위험물 운반차량에 붙이는 것이라 흑색 바탕에 황색 문자다. 이름이 비슷해 주유취급소 표지와 섞어 외우기 쉬우니, 고정된 시설의 표지·게시판은 백색 바탕, 달리는 차량의 표지는 흑색 바탕으로 구분해 두면 헷갈리지 않는다.

참고로 주유취급소의 방화에 관하여 필요한 사항을 적은 게시판에는 취급하는 위험물의 유별·품명, 저장최대수량 또는 취급최대수량, 지정수량의 배수, 안전관리자의 성명 또는 직명을 적는다.

31.2 $\mathrm{m^3}$ 이상

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 17에 따르면 옥내소화전설비의 수원은 소화전이 가장 많이 설치된 층의 개수에 7.8 m³를 곱해 구하며, 개수가 5개 이상이면 5개로 본다.

7.8 m³는 소화전 1개의 방수량 260 L/min을 30분 동안 쓰는 양이다.
Q = N × 7.8 m³
Q = 4 × 7.8
Q = 31.2 m³

혼동 주의: 옥외소화전은 최대 4개까지 세고, 1개당 13.5 m³(450 L/min × 30분)를 곱한다.

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

(2) 22.4 L

[해설]

칼륨은 알코올에 있는 -OH의 수소를 치환해 칼륨에틸레이트(C₂H₅OK)를 만들고, 이때 수소(H₂)가 발생한다.

2K + 2C₂H₅OH → 2C₂H₅OK + H₂
K: 78 ÷ 39 = 2 mol, C₂H₅OH: 92 ÷ 46 = 2 mol
계수비 2 : 2 : 1 → H₂ 1 mol × 22.4 L = 22.4 L

(1) 마그네슘, 알루미늄분, 나트륨

(2) 삼황화인, 마그네슘, 알루미늄분, 오황화인, 적린, 황

(3) 나트륨

[해설]

물과 만나 수소를 내는 것은 반응성이 큰 금속이다. 제2류 위험물은 황화인·적린·황·철분·금속분·마그네슘·인화성 고체다.

• 마그네슘·알루미늄분·나트륨은 물과 반응해 수소를 낸다(예: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂).
• 제2류에는 삼황화인·오황화인(황화인), 알루미늄분(금속분), 마그네슘, 적린, 황이 해당하고, 황린과 나트륨은 제3류다.
• 주기율표 1족 원소인 알칼리금속은 나트륨뿐이며, 마그네슘은 2족, 알루미늄은 13족이다.

혼동 주의: 오황화인은 물과 반응하지만 수소가 아닌 황화수소를 낸다. 황린은 물과 반응하지 않아 오히려 물속에 저장한다.

(1) 1,000 kg

(2) 50 kg

(3) 1,000 kg

(4) 50 kg

(5) 300 kg

[해설]

제1류 위험물의 지정수량은 물질 하나하나가 아니라 품명(염류의 종류)에 따라 정해진다. 화학식에서 음이온 부분을 보고 어떤 염류인지 가려내는 것이 요령이다.

제1류 위험물의 지정수량은 크게 세 덩어리로 묶인다.

· 50 kg : 아염소산염류, 염소산염류, 과염소산염류, 무기과산화물

· 300 kg : 브로민산염류, 질산염류, 아이오딘산염류

· 1,000 kg : 과망가니즈산염류, 다이크로뮴산염류

과산화칼륨은 알칼리금속의 과산화물이라 물과 반응해 산소를 내므로 ($\mathrm{2K_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 4KOH + O_2}$) 주수소화를 하지 않고 마른모래 등으로 덮어 끈다.

(1) $\mathrm{CH_3COCH_3}$

(2) 400 L

[해설]

분자량 58, 햇빛에 의한 과산화물 생성, 탈지작용을 모두 갖춘 물질은 아세톤(다이메틸케톤)이다. 시성식은 CH₃COCH₃이다.

분자식 C₃H₆O로 분자량을 확인하면 단서와 맞는다.
12 × 3 + 1 × 6 + 16 = 58

아세톤은 제4류 제1석유류 수용성이라 지정수량이 400 L이다. 혼동 주의: 휘발유 같은 제1석유류 비수용성은 지정수량이 200 L다.

아세트알데하이드 → 아세톤 → 에탄올 → 아세트산 → 나이트로벤젠

[해설]

제4류 위험물은 인화점으로 품명을 나누므로, 특수인화물 → 제1석유류 → 알코올류 → 제2석유류 → 제3석유류 순서로 인화점이 높아진다.

• 아세트알데하이드는 특수인화물로 인화점이 약 −38 ℃이다.
• 아세톤은 제1석유류로 약 −18 ℃이다.
• 에탄올은 알코올류로 약 13 ℃이다.
• 아세트산은 제2석유류로 약 40 ℃이다.
• 나이트로벤젠은 제3석유류로 약 88 ℃이다.

개별 수치를 다 외우지 못해도 각 물질의 품명만 알면 순서를 세울 수 있다.

(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 있다. 그래서 완전연소하면 인은 오산화인(P₂O₅), 황은 이산화황(SO₂)이 된다.

• 삼황화인 P₄S₃은 인 4개가 2P₂O₅, 황 3개가 3SO₂가 되고 우변 산소가 16개이므로 8O₂가 필요하다.
• 오황화인 P₂S₅는 인이 2개뿐이라 2분자를 잡으면 2P₂O₅와 10SO₂가 되고, 우변 산소가 30개이므로 15O₂가 필요하다.
• 칠황화인 P₄S₇은 2P₂O₅와 7SO₂가 되고 우변 산소가 24개이므로 12O₂가 필요하다.

외우는 요령: 세 반응식 모두 P₂O₅의 계수는 2이고, SO₂의 계수는 좌변 황 원자 수와 같다.

② 톨루엔 — $\mathrm{C_6H_5CH_3}$

⑤ 아닐린 — $\mathrm{C_6H_5NH_2}$

[해설]

벤젠 고리($\mathrm{C_6H_6}$)에서 수소 하나가 다른 원자단으로 바뀌면 고리 쪽에 남는 수소는 5개가 되어 $\mathrm{C_6H_5-}$ 형태(페닐기)가 된다. 이 점만 알면 ②와 ⑤가 왜 틀렸는지 바로 보인다.

톨루엔은 벤젠의 수소 하나가 메틸기($\mathrm{CH_3}$)로 바뀐 것이므로 $\mathrm{C_6H_5CH_3}$(분자식 $\mathrm{C_7H_8}$)이고, 아닐린은 수소 하나가 아미노기($\mathrm{NH_2}$)로 바뀐 것이므로 $\mathrm{C_6H_5NH_2}$(분자식 $\mathrm{C_6H_7N}$)이다.

다섯 물질은 모두 제4류 위험물이다. 벤젠·톨루엔은 제1석유류(비수용성, 200 L), 아세트알데하이드는 특수인화물(50 L), 메틸알코올은 알코올류(400 L), 아닐린은 제3석유류(비수용성, 2,000 L)에 속한다.

① 제2류

② 제3류

③ 제4류

④ 제1류

⑤ 제6류

[해설]

유별 저장·취급의 공통기준은 각 유별의 위험성이 어디서 오는지를 그대로 옮겨 놓은 규정이다. 무엇을 피하라고 했는지만 보면 유별을 되짚을 수 있다.

①은 산화제를 피하라고 했으니 스스로 타는 제2류, ②는 자연발화성과 금수성을 나누어 말하므로 제3류, ③은 증기 발생을 경계하므로 인화성 액체인 제4류, ④는 가연물 접촉을 피하되 알칼리금속의 과산화물이 언급되므로 제1류, ⑤는 같은 산화성이면서 알칼리금속 과산화물 단서가 없고 충격·마찰도 빠져 있으므로 제6류다.

제1류와 제6류는 문장이 비슷해 헷갈리기 쉬운데, 과열·충격·마찰까지 피하라고 하면 제1류, 과열만 말하면 제6류로 갈라 보면 된다. 지문에 빠져 있는 제5류는 자기반응성 물질이라 불티·불꽃·고온체와의 접근이나 과열·충격·마찰을 피하도록 규정한다.

4.07

[해설]

위험도는 연소상한과 연소하한의 차를 연소하한으로 나눈 값이다.

H = (U − L) / L
= (7.1 − 1.4) / 1.4
= 4.07

연소범위가 넓을수록, 연소하한이 낮을수록 위험도가 커진다.

(1) $\mathrm{2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO}$

(2) 538.8 kcal

[해설]

마그네슘이 타면 산화마그네슘(MgO)이 되고, 원자 수를 맞추면 Mg 2개에 O₂ 1분자가 필요하다.
2Mg + O₂ → 2MgO

발열량은 Mg 1 mol당 134.7 kcal이므로 열량은 몰수에 비례한다.
Q = 134.7 kcal/mol × 4 mol
Q = 538.8 kcal

혼동 주의 — 발열량을 반응식 1회(Mg 2 mol) 기준으로 읽으면 절반인 269.4 kcal가 나오므로 기준 몰수를 꼭 확인한다.

(1) 유기과산화물

(2) 나이트로화합물

[해설]

두 물질은 모두 제5류 위험물(자기반응성 물질)이다.

과산화벤조일은 $\mathrm{-O-O-}$ 결합을 가진 유기화합물이라 유기과산화물로 분류한다. 건조하면 마찰·충격에 예민해지므로 수분이나 프탈산다이메틸 같은 희석제를 섞어 보관한다. 트라이나이트로톨루엔은 벤젠 고리에 나이트로기가 셋 붙은 화합물이라 나이트로화합물이다.

한편 제5류 위험물의 지정수량은 예전처럼 품명마다 정해져 있지 않다. 현행 법령은 자기반응성 물질을 위험성 시험 결과에 따라 제1종(10 kg)과 제2종(100 kg)으로 나누므로, 품명만 알아서는 지정수량이 정해지지 않는다. 지정수량까지 함께 묻는 옛 판본을 볼 때는 이 점을 감안해야 한다.