2020년 위험물기능사실기(필답형) 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

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

(2) $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5 + 6O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O}$

(3) $\mathrm{2CH_3COC_2H_5 + 11O_2 \rightarrow 8CO_2 + 8H_2O}$

(4) $\mathrm{CS_2 + 3O_2 \rightarrow CO_2 + 2SO_2}$

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

(6) $\mathrm{C_6H_5CH_3 + 9O_2 \rightarrow 7CO_2 + 4H_2O}$

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

[해설]

완전연소식은 원소가 갈 곳을 먼저 못 박고 계수를 맞추면 된다. 탄소는 $\mathrm{CO_2}$, 수소는 $\mathrm{H_2O}$, 황은 $\mathrm{SO_2}$ 로 간다. 필요한 산소 분자 수는 “우변의 산소 원자수 − 분자가 이미 가진 산소 원자수”를 2로 나눠 구하고, 분수가 나오면 식 전체에 2를 곱해 정수로 만든다.

(1) 아세트알데하이드 $\mathrm{CH_3CHO}$($\mathrm{C_2H_4O}$) — 2분자로 잡으면 탄소 4·수소 8이라 $\mathrm{4CO_2 + 4H_2O}$ 이고, 우변 산소 12개에서 자체 산소 2개를 빼면 $\mathrm{5O_2}$ 다.
$\mathrm{2CH_3CHO + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O}$

(2) 다이에틸에터 $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5}$($\mathrm{C_4H_{10}O}$) — 탄소 4·수소 10이므로 $\mathrm{4CO_2 + 5H_2O}$, 우변 산소 13개에서 자체 산소 1개를 빼면 $\mathrm{6O_2}$ 다.
$\mathrm{C_2H_5OC_2H_5 + 6O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O}$

(3) 메틸에틸케톤 $\mathrm{CH_3COC_2H_5}$($\mathrm{C_4H_8O}$) — 탄소 4는 $\mathrm{4CO_2}$, 수소 8은 $\mathrm{4H_2O}$ 이고 우변 산소 12개에서 자체 산소 1개를 빼면 $(12 - 1) \div 2 = 5.5$ 분자라 전체를 2배 한다.
$\mathrm{2CH_3COC_2H_5 + 11O_2 \rightarrow 8CO_2 + 8H_2O}$

(4) 이황화탄소 $\mathrm{CS_2}$ — 수소가 없어 물이 생기지 않는다. 탄소는 $\mathrm{CO_2}$, 황 2개는 $\mathrm{2SO_2}$ 이므로 산소 원자는 $2 + 4 = 6$ 개, 곧 $\mathrm{3O_2}$ 다.
$\mathrm{CS_2 + 3O_2 \rightarrow CO_2 + 2SO_2}$

(5) 벤젠 $\mathrm{C_6H_6}$ — 탄소 6은 $\mathrm{6CO_2}$, 수소 6은 $\mathrm{3H_2O}$ 이고 산소가 $7.5$ 분자라 전체를 2배 한다.
$\mathrm{2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O}$

(6) 톨루엔 $\mathrm{C_6H_5CH_3}$($\mathrm{C_7H_8}$) — 탄소 7은 $\mathrm{7CO_2}$, 수소 8은 $\mathrm{4H_2O}$, 우변 산소가 $14 + 4 = 18$ 개이므로 $\mathrm{9O_2}$ 다.
$\mathrm{C_6H_5CH_3 + 9O_2 \rightarrow 7CO_2 + 4H_2O}$

(7) 메탄올 $\mathrm{CH_3OH}$ — 2분자로 잡으면 $\mathrm{2CO_2 + 4H_2O}$ 이고 우변 산소 8개에서 자체 산소 2개를 빼면 $\mathrm{3O_2}$ 다.
$\mathrm{2CH_3OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 4H_2O}$

일곱 가지 가운데 이황화탄소만 수소가 없어 물 대신 이산화황이 나온다는 점이 갈림길이다. 아세트알데하이드·다이에틸에터·이황화탄소는 특수인화물(지정수량 50 L), 메틸에틸케톤·벤젠·톨루엔은 제1석유류, 메탄올은 알코올류에 든다. 이황화탄소는 비중이 물보다 커 물속에 넣어 저장한다.

(1) $\mathrm{HCN}$

(2) $\mathrm{C_5H_5N}$

(3) $\mathrm{C_2H_4(OH)_2}$

(4) $\mathrm{C_2H_5OC_2H_5}$

(5) $\mathrm{C_2H_5OH}$

[해설]

화학식과 함께 품명·지정수량까지 묶어 외워 두면 다른 문항에도 그대로 쓸 수 있다.

피리딘은 벤젠 고리의 탄소 하나가 질소로 바뀐 육각형 고리 화합물이라 $\mathrm{C_5H_5N}$이 되고, 에틸렌글라이콜은 에테인 골격 양쪽 끝에 -OH가 하나씩 붙은 2가 알코올이라 $\mathrm{C_2H_4(OH)_2}$로 쓴다. 다이에틸에터는 에틸기 두 개가 산소를 사이에 두고 이어진 구조다.

(1) 탄산수소나트륨, $\mathrm{NaHCO_3}$

(2) 탄산수소칼륨, $\mathrm{KHCO_3}$

(3) 제1인산암모늄, $\mathrm{NH_4H_2PO_4}$

[해설]

분말소화약제는 주성분에 따라 네 종으로 나뉜다. 제1종과 제2종은 탄산수소염, 제3종은 인산염, 제4종은 탄산수소칼륨에 요소를 반응시킨 것이다.

· 제1종 — 탄산수소나트륨 $\mathrm{NaHCO_3}$, 백색, B·C급

· 제2종 — 탄산수소칼륨 $\mathrm{KHCO_3}$, 담회색, B·C급

· 제3종 — 제1인산암모늄 $\mathrm{NH_4H_2PO_4}$, 담홍색, A·B·C급

· 제4종 — 탄산수소칼륨 + 요소 $\mathrm{KHCO_3 + (NH_2)_2CO}$, 회색, B·C급

제3종만 A급(일반화재)에까지 듣는 것은 열분해로 생긴 메타인산 $\mathrm{HPO_3}$ 이 타고 있는 물질의 표면에 유리 같은 막을 씌워 산소를 끊어 주기 때문이다. 그래서 제3종을 ‘ABC 분말’이라 부르고 위험물 취급시설에 가장 널리 쓴다.

열분해식도 함께 익혀 둔다.

$\mathrm{2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O + CO_2}$
$\mathrm{2KHCO_3 \rightarrow K_2CO_3 + H_2O + CO_2}$
$\mathrm{NH_4H_2PO_4 \rightarrow HPO_3 + NH_3 + H_2O}$

제3종의 주성분은 화학식이 $\mathrm{NH_4H_2PO_4}$ 이므로 정확히는 제1인산암모늄이다. 그냥 ‘인산암모늄’이라고만 적어 둔 자료가 많은데, 인산암모늄에는 제2인산암모늄 $\mathrm{(NH_4)_2HPO_4}$ 등도 있어 화학식과 짝이 어긋날 수 있다.

(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.

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

(2) 수소

[해설]

칼륨은 제3류 위험물(자연발화성 및 금수성 물질)로 지정수량 10 kg, 위험등급 I이다. 은백색의 무른 경금속이며 반응성이 매우 커서 공기 중 수분만으로도 발화할 수 있다.

물과 만나면 수산화칼륨을 만들면서 수소를 내놓고, 이때 나는 반응열이 발생한 수소에 불을 붙여 폭발로 이어진다.

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

이런 성질 때문에 칼륨은 공기·수분과 닿지 않도록 등유·경유·유동파라핀 같은 석유류 속에 담가 보관한다.

소화할 때는 물은 물론이고 이산화탄소도 쓸 수 없다. 칼륨이 이산화탄소를 환원시켜 탄소를 내놓으며 폭발하기 때문이다.

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

따라서 마른모래나 탄산수소염류 분말소화약제로 덮어 끈다. 연소할 때 보라색 불꽃을 내는 것도 칼륨의 특징이다.

(1) 마그네슘($\mathrm{Mg}$)

(2) $\mathrm{Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2}$

(3) $\mathrm{Mg + 2H_2O \rightarrow Mg(OH)_2 + H_2}$

(4) 해당 없음

[해설]

원자량이 24(정확히는 24.3)인 은백색 경금속은 마그네슘이다. 위험물안전관리법령상 제2류 위험물 “마그네슘”이며 지정수량은 500 kg이다.

(2) 산과 만나면 수소를 낸다 — $\mathrm{Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2}$

(3) 물, 특히 뜨거운 물과도 반응해 수산화마그네슘과 수소를 낸다 — $\mathrm{Mg + 2H_2O \rightarrow Mg(OH)_2 + H_2}$

(4) 물을 쓰는 옥내소화전·물분무·포는 위 반응으로 수소를 만들어 오히려 위험하고, 이산화탄소도 $\mathrm{2Mg + CO_2 \rightarrow 2MgO + C}$ 로 분해되어 연소를 돕는다. 네 설비 모두 적응성이 없으므로 답은 해당 없음이고, 실제로는 탄산수소염류 분말소화약제·마른모래·팽창질석으로 질식소화한다.

(1) 인화칼슘

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

[해설]

적갈색 고체·비중 2.5·지정수량 300 kg·인화수소 발생이라는 네 단서가 모두 가리키는 물질은 인화칼슘($\mathrm{Ca_3P_2}$, 인화석회)이다. 제3류 위험물 중 「금속의 인화물」에 속하고 위험등급은 III이다.

물과 만나면 수산화칼슘과 함께 포스핀(인화수소, $\mathrm{PH_3}$)을 내놓는다.

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

산과 반응할 때도 같은 기체가 나온다.

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

포스핀은 마늘 냄새가 나는 맹독성 가연성 기체여서, 인화칼슘 화재에 물을 뿌리면 오히려 독가스와 가연성 가스를 키운다. 따라서 주수소화는 금지하고 마른모래나 탄산수소염류 분말로 질식소화한다.

이황화탄소, 다이에틸에터, 아세트알데하이드

[해설]

[보기]의 일곱 가지는 모두 제4류 위험물(인화성 액체)이다. 그러니 제4류 안에서 위험등급이 어떻게 갈리는지만 알면 답이 나온다.

제4류에서 위험등급 I 은 특수인화물 하나뿐이고, 제1석유류와 알코올류가 II 등급, 나머지(제2·3·4석유류, 동식물유류)는 모두 III 등급이다.

이황화탄소 · 다이에틸에터 · 아세트알데하이드 — 특수인화물, 지정수량 50 L, 위험등급 I

메틸에틸케톤 · 휘발유 — 제1석유류(비수용성), 지정수량 200 L, 위험등급 II

아세톤 — 제1석유류(수용성), 지정수량 400 L, 위험등급 II

에틸알코올 — 알코올류, 지정수량 400 L, 위험등급 II

특수인화물은 1기압에서 발화점이 100 ℃ 이하이거나, 인화점이 -20 ℃ 이하이면서 비점이 40 ℃ 이하인 것을 말한다. 상온에서도 증기가 쉽게 차 폭발 위험이 크므로 제4류 가운데 가장 엄격하게 다룬다. 이황화탄소는 물보다 무겁고 물에 녹지 않아 물속에 담가(수조) 저장하는 점도 함께 묶어 외워 둘 만하다.

(1) $\mathrm{CH_3COOH + 2O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O}$에서 $1 : 2 = 2 : x$ → $x = 4$

(2) 4 mol

[해설]

아세트산(초산)의 시성식은 $\mathrm{CH_3COOH}$, 분자식으로는 $\mathrm{C_2H_4O_2}$다. 분자 안에 이미 산소를 둘 갖고 있으므로 연소식을 세울 때 그 몫을 빼 주어야 한다.

탄소 2개는 $\mathrm{2CO_2}$, 수소 4개는 $\mathrm{2H_2O}$가 되어 오른쪽 산소 원자는 $4 + 2 = 6$개다. 왼쪽 아세트산이 이미 2개를 갖고 있으니 산소 분자로 채울 몫은 4개, 곧 $\mathrm{2O_2}$다.

$\mathrm{CH_3COOH + 2O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O}$

반응식에서 아세트산과 이산화탄소의 몰비는 $1 : 2$이므로

$2\,\mathrm{mol} \times 2 = 4\,\mathrm{mol}$ → 4 mol

아세트산은 제4류 위험물 제2석유류(수용성)로 지정수량은 2,000 L다. 순도가 높은 것은 16 ℃ 부근에서 얼어 빙초산이라 부른다.

일부 교재의 해설 문장이 이 문항의 물질을 「아세톤」으로 적어 두었으나, 함께 실린 반응식과 발문은 모두 아세트산($\mathrm{CH_3COOH}$)이다. 참고로 아세톤이라면 $\mathrm{CH_3COCH_3 + 4O_2 \rightarrow 3CO_2 + 3H_2O}$가 되어 2 mol에서 이산화탄소 6 mol이 나오므로 답이 달라진다.

(1) 0.5 m 이상

(2) 0.5 m 이상

(3) 20,000 L

(4) $400 \times 40 = 16{,}000$ → 16,000 L

[해설]

위험물안전관리법령이 정한 옥내탱크저장소의 기준이다.

· 옥내저장탱크와 탱크전용실의 벽 사이, 옥내저장탱크 상호 간에는 각각 0.5 m 이상의 간격을 둔다(탱크의 점검 및 보수에 지장이 없는 경우는 제외).

· 단층건물(또는 1층 이하의 층)의 탱크전용실에 설치하는 옥내저장탱크의 용량은 지정수량의 40배 이하로 하되, 제4석유류와 동식물유류를 뺀 제4류 위험물은 그 값이 20,000 L를 넘으면 20,000 L까지만 할 수 있다. 탱크를 둘 이상 설치하면 각 탱크 용량의 합계로 따진다.

(3) 경유는 제2석유류(비수용성)로 지정수량이 1,000 L이므로 $1{,}000 \times 40 = 40{,}000$ L이지만, 한도에 걸려 20,000 L가 된다.

(4) 메탄올은 알코올류로 지정수량이 400 L이므로 $400 \times 40 = 16{,}000$ L이고, 20,000 L 이하라 그대로 16,000 L가 된다.

① $\mathrm{NaMnO_4}$

② $\mathrm{NaClO_4}$

③ 50 kg

④ $\mathrm{KNO_3}$

⑤ 300 kg

[해설]

제1류 위험물의 지정수량은 개별 물질이 아니라 품명을 보고 정한다. 물질명 끝의 「○○산염류」를 먼저 찾는 것이 요령이다.

과염소산나트륨은 과염소산염류라서 50 kg, 질산칼륨은 질산염류라서 300 kg, 과망가니즈산나트륨은 과망가니즈산염류라서 1,000 kg이다.

화학식은 산의 이름에서 음이온을 되짚으면 된다. 과염소산 $\mathrm{HClO_4}$의 음이온 $\mathrm{ClO_4^-}$에 나트륨을 붙여 $\mathrm{NaClO_4}$, 질산 $\mathrm{HNO_3}$에서 $\mathrm{KNO_3}$, 과망가니즈산에서 $\mathrm{NaMnO_4}$가 나온다.

질산칼륨은 가열하면 산소를 내놓아 조연성을 띠며, 숯·황과 섞어 흑색화약을 만든다.

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

① 특수인화물

② 100

③ 20

④ 40

[해설]

정의에 든 품명은 특수인화물이다. 제4류 위험물 가운데 가장 낮은 온도에서 불이 붙는 품명으로, 지정수량은 50 L, 위험등급은 Ⅰ이다.

정의는 두 갈래이며 둘 중 하나만 만족해도 특수인화물이 된다.

① 1기압에서 발화점이 100 ℃ 이하인 것 — 이황화탄소(발화점 약 100 ℃)가 여기에 걸린다.

② 1기압에서 인화점이 영하 20 ℃ 이하이면서 비점이 40 ℃ 이하인 것 — 다이에틸에터(인화점 약 -45 ℃, 비점 약 34.6 ℃)가 대표적이다.

두 번째 갈래는 인화점과 비점을 모두 만족해야 하므로, 인화점만 낮고 비점이 높은 물질은 특수인화물이 아니다. 이 밖에 아세트알데하이드·산화프로필렌도 특수인화물에 속한다.

끓는점이 낮아 증기가 쉽게 나오므로 저장할 때 불활성 기체를 봉입하고, 이황화탄소는 증기가 새어 나오지 못하도록 물속에 넣어 저장한다.

교재에 따라 빈칸을 「인화점이 ( ) ℃ 이하」로 두고 답을 -20으로 싣기도 하는데, 부호를 발문에 미리 넣었느냐의 차이일 뿐 기준값은 인화점 영하 20 ℃ 이하로 같다.

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

(2) $\mathrm{4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3}$

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

[해설]

세 물질 모두 제2류 위험물(가연성 고체)이다.

(1) 황(지정수량 100 kg, 순도 60 wt% 이상인 것)은 푸른 불꽃을 내며 타서 자극성 유독가스인 이산화황이 된다. 황과 산소가 1 : 1로 만나므로 계수를 따로 맞출 것이 없다.
$\mathrm{S + O_2 \rightarrow SO_2}$

(2) 알루미늄분(금속분, 지정수량 500 kg)은 산화알루미늄이 된다. 알루미늄은 +3가, 산소는 −2가이므로 생성물이 $\mathrm{Al_2O_3}$ 이고, 알루미늄 4개에 산소 원자 6개가 필요하므로 산소 분자는 3개다.
$\mathrm{4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3}$

(3) 삼황화인(황화인, 지정수량 100 kg)은 $\mathrm{P_4S_3}$ 이다. 인 4개는 $\mathrm{2P_2O_5}$, 황 3개는 $\mathrm{3SO_2}$ 로 가고 우변 산소가 $10 + 6 = 16$ 개이므로 산소 분자는 8개다.
$\mathrm{P_4S_3 + 8O_2 \rightarrow 2P_2O_5 + 3SO_2}$

알루미늄분은 덩어리일 때는 산화피막으로 안정하지만 분말이 되면 발화하기 쉽고 분진폭발을 일으킨다. 물·산·알칼리와 반응해 수소를 내므로 주수소화는 금물이며 마른모래로 질식소화한다.

$\mathrm{2Al + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 + 3H_2}$

(1) $\dfrac{10}{10} + \dfrac{150}{10} + \dfrac{100}{100} = 1 + 15 + 1 = 17$

(2) 17배

[해설]

한 장소에 여러 위험물을 저장할 때의 지정수량 배수는 물질별 배수를 각각 구해 더한다.

$\text{배수의 합} = \sum \dfrac{\text{저장수량}}{\text{지정수량}}$

현행 위험물안전관리법 시행령 별표 1은 제5류 위험물의 지정수량을 품명별로 정하지 않고, 위험성 시험 결과에 따라 제1종 10 kg, 제2종 100 kg으로 구분한다. 보기에 제1종·제2종이 함께 표시된 것은 이 기준을 따른 것이다.

$1 + 15 + 1 = 17$ → 17배

배수의 합이 1 이상이면 그 장소는 허가 대상 제조소등이 되고, 옥내저장소는 배수 구간에 따라 보유공지의 너비가 달라진다.

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

(2) $162.4\,\mathrm{m^3}$

[해설]

(1) 나이트로글리세린은 $\mathrm{C_3H_5(ONO_2)_3}$이고, 한 분자 안에 탄소 3·수소 5·질소 3·산소 9를 갖는다. 수소가 홀수라 물 계수를 정수로 맞추려면 반응물을 4분자로 잡아야 한다.

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

양변을 원자별로 확인하면 탄소 12, 수소 20, 질소 12, 산소 36으로 균형이 맞는다.

(2) 생성물 쪽 기체의 계수를 모두 더하면 $12 + 10 + 6 + 1 = 29$다. 즉 나이트로글리세린 4 kmol에서 기체 29 kmol이 나오므로

$1 \times \dfrac{29}{4} = 7.25\,\mathrm{kmol}$

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

$7.25 \times 22.4 = 162.4\,\mathrm{m^3}$ → $162.4\,\mathrm{m^3}$

단위를 kmol로 잡으면 몰부피가 곧 $22.4\,\mathrm{m^3}$가 되어 환산이 한 번에 끝난다. 나이트로글리세린은 제5류 위험물 질산에스터류에 해당하는 무색 액체로, 규조토 등에 흡수시켜 다이너마이트를 만든다. 약 8 ℃에서 얼고 언 상태에서 충격에 더 예민해지는 점도 함께 알아 둘 만하다.

① → ② → ③ → ④

[해설]

넷 다 염소의 산소산이다. 중심원자에 붙은 산소가 많을수록 염소의 산화수가 커지고, 산소가 전자를 강하게 끌어당겨 $\mathrm{O-H}$ 결합이 약해진다. 그만큼 $\mathrm{H^+}$를 잘 내놓으므로 산의 세기는 산소 수에 따라 커진다.

① 하이포아염소산 $\mathrm{HClO}$(염소의 산화수 +1) → ② 아염소산 $\mathrm{HClO_2}$(+3) → ③ 염소산 $\mathrm{HClO_3}$(+5) → ④ 과염소산 $\mathrm{HClO_4}$(+7) 순으로 강해진다. 따라서 약한 것부터 나열하면 ① → ② → ③ → ④이다.

이 가운데 과염소산만 위험물안전관리법령상 제6류 위험물(산화성 액체, 지정수량 300 kg)로 규정되어 있다.

(1) $\dfrac{6{,}000}{300 \times 10} = 2$

(2) 2단위

[해설]

소요단위는 소화설비를 얼마나 갖출지 따지기 위해 건축물의 규모나 위험물의 양을 1단위로 묶어 놓은 기준이다. 위험물은 지정수량의 10배가 1소요단위다.

오불화브로민은 할로젠간화합물이므로 제6류 위험물이고 지정수량은 300 kg이다. 따라서 1소요단위는 $300 \times 10 = 3{,}000\,\mathrm{kg}$이 된다.

$\text{소요단위} = \dfrac{6{,}000}{300 \times 10} = 2$ → 2단위

참고로 건축물의 소요단위는 아래와 같이 잡는다.

제6류 위험물은 과염소산·과산화수소·질산·할로젠간화합물이 모두 지정수량 300 kg으로 같다.

(1) 391.84 g

(2) 274.29 L

[해설]

염소산칼륨은 제1류 위험물 염소산염류(지정수량 50 kg, 위험등급 I)로, 가열하면 염화칼륨과 산소로 갈라진다.

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

① 분자량

$39 + 35.5 + 16 \times 3 = 122.5$

② 염소산칼륨의 몰수

$\dfrac{1{,}000}{122.5} = 8.1633\,\mathrm{mol}$

③ 산소의 몰수 — 반응식에서 $\mathrm{KClO_3} : \mathrm{O_2} = 2 : 3$이므로

$8.1633 \times \dfrac{3}{2} = 12.245\,\mathrm{mol}$

④ 질량 — 산소 분자량 32를 곱한다.

$12.245 \times 32 = 391.84\,\mathrm{g}$ → 391.84 g

⑤ 부피 — 표준상태에서 기체 1 mol은 22.4 L다.

$12.245 \times 22.4 = 274.29\,\mathrm{L}$ → 274.29 L

일부 교재의 정답란에는 (2)가 274.89 L로 인쇄돼 있으나, 같은 지면의 풀이도 274.29 L이고 실제 계산 결과도 274.29 L이다. 숫자 하나가 잘못 찍힌 것이므로 274.29 L가 맞다.

질량을 먼저 구했다면 $\dfrac{391.84}{32} \times 22.4$로 부피를 얻어도 결과는 같다.

2,063.48 L

[해설]

탄소의 완전연소식은 다음과 같고, 탄소와 산소의 몰비가 $1 : 1$이다.

$\mathrm{C + O_2 \rightarrow CO_2}$

① 산소의 몰수 — 탄소의 원자량이 12이므로

$n = \dfrac{1{,}000}{12} = 83.33\,\mathrm{mol}$

② 압력 환산 — 1 atm은 760 mmHg이므로

$P = \dfrac{750}{760} = 0.9868\,\mathrm{atm}$

③ 부피 — 이상기체 상태방정식 $PV = nRT$에 $R = 0.082$, $T = 273 + 25 = 298\,\mathrm{K}$를 대입한다.

$V = \dfrac{nRT}{P} = \dfrac{\frac{1{,}000}{12} \times 0.082 \times 298}{\frac{750}{760}} = 2{,}063.48\,\mathrm{L}$

따라서 필요한 산소는 2,063.48 L다.

표준상태가 아니므로 22.4 L를 그대로 곱하면 안 된다는 점, 그리고 압력을 반드시 atm으로 바꾸어야 한다는 점이 이 문항의 요령이다.

교재에 따라 답이 2,067 L 부근으로 실리기도 하는데, 이는 산소 질량을 2.67 kg으로, 압력을 0.987 atm으로 중간에 반올림해 대입했기 때문이다. 반올림 없이 끝까지 계산하면 2,063.48 L가 된다.

(1) 화기주의, 물기엄금

(2) 화기엄금

(3) 화기엄금, 충격주의

(4) 가연물접촉주의

(5) 화기엄금, 공기접촉엄금

[해설]

운반용기 외부 표시사항은 위험물안전관리법 시행규칙의 운반에 관한 기준(별표 19)이 유별로 정해 놓았다. 물질 하나하나에 매겨진 것이 아니므로, 각 물질이 몇 류의 어떤 자리에 놓이는지부터 가려내는 것이 순서다.

(1) 마그네슘 — 제2류 중 철분·금속분·마그네슘 → 화기주의, 물기엄금

(2) 아세톤 — 제4류 인화성 액체(제1석유류) → 화기엄금

(3) 과산화벤조일 — 제5류 자기반응성 물질(유기과산화물) → 화기엄금, 충격주의

(4) 과산화수소 — 제6류 산화성 액체 → 가연물접촉주의

(5) 황린 — 제3류 중 자연발화성 물질 → 화기엄금, 공기접촉엄금

유별 기준 전체는 이렇다. 제1류는 알칼리금속의 과산화물이면 화기·충격주의, 물기엄금, 가연물접촉주의이고 그 밖의 것은 화기·충격주의, 가연물접촉주의다. 제2류는 철분·금속분·마그네슘이 화기주의, 물기엄금, 인화성 고체가 화기엄금, 그 밖의 것이 화기주의다. 제3류는 자연발화성 물질이 화기엄금, 공기접촉엄금, 금수성 물질이 물기엄금이다. 제4류는 전부 화기엄금, 제5류는 전부 화기엄금, 충격주의, 제6류는 전부 가연물접촉주의다.

갈림길은 제3류다. 황린은 공기 중에서 저절로 타는 자연발화성 물질이라 물속에 넣어 보관하므로 “물기엄금”이 아니라 “공기접촉엄금”이 붙고, 칼륨·나트륨처럼 물과 반응하는 금수성 물질에 “물기엄금”이 붙는다. 마그네슘은 제2류이면서도 물과 반응해 수소를 내므로 화기주의에 물기엄금이 함께 붙는 예외적인 자리에 있다. 제6류는 그 자체가 타지는 않지만 산화성이 강해 가연물과 닿는 것을 막아야 한다.