2019년 위험물기능사실기(필답형) 4회차 기출문제 정답·해설 페이지

$NH_4H_2PO_4$

[해설]

제3종 분말소화약제의 주성분은 제일인산암모늄(인산암모늄)으로 화학식은 $NH_4H_2PO_4$이며, 착색은 담홍색이다.

제3종만 A급 화재에도 쓸 수 있어 흔히 ABC 분말소화기라고 부른다. 열을 받으면 다음과 같이 분해되는데, 이때 생기는 메타인산($HPO_3$)이 타고 있는 고체 표면에 유리질 막을 만들어 산소를 차단하는 방진작용을 하기 때문이다.

$NH_4H_2PO_4 \rightarrow HPO_3 + NH_3 + H_2O$

여기에 분해로 생긴 암모니아와 수증기가 산소를 밀어내는 질식효과, 분해열을 빼앗는 냉각효과, 그리고 분말 자체의 부촉매효과가 더해진다.

546.05 L

[해설]

방출된 CO₂를 이상기체로 보고 이상기체 상태방정식 PV = (w/M)RT를 부피에 대해 정리한다. 분자량은 M = 12 + 16×2 = 44 g/mol이고, 온도는 T = 273 + 20 = 293 K이다.

V = wRT / PM
= (1,000 × 0.082 × 293) / (1 × 44)
= 546.05 L

혼동 주의: 조건이 20 ℃이므로 표준상태 값인 22.4 L/mol을 곱하면(509.09 L) 틀린다. 질량은 1 kg이 아니라 1,000 g으로 넣어야 부피가 L 단위로 나온다.

아세트알데하이드 → 아세톤 → 에탄올 → 아세트산 → 나이트로벤젠

[해설]

제4류 위험물은 인화점에 따라 품명이 나뉜다. 그래서 특수인화물 → 제1석유류 → 알코올류 → 제2석유류 → 제3석유류 순으로 인화점이 높아진다.

• 아세트알데하이드는 특수인화물로 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 모두 외우지 못해도 품명만 알면 순서를 세울 수 있다. 인화점이 낮을수록 상온에서 가연성 증기를 쉽게 내므로 더 위험하다.

(1) 아세트산에틸 $CH_3COOC_2H_5$ — 카보닐 탄소에 $CH_3$가 붙고, 그 탄소에 이중결합 산소와 $-O-CH_2-CH_3$가 이어진 구조

(2) 에틸렌글리콜 $C_2H_4(OH)_2$ — 탄소 2개가 단일결합으로 이어지고 각 탄소에 $OH$가 하나씩 붙은 구조($HO-CH_2-CH_2-OH$)

(3) 폼산 $HCOOH$ — 탄소 하나에 수소, 이중결합 산소, $OH$가 붙은 구조

[해설]

세 물질은 모두 제4류 위험물이지만 품명과 지정수량이 다르다.

아세트산에틸은 아세트산과 에탄올의 에스터로 과일향이 나는 무색 액체이고, 에틸렌글리콜은 2가 알코올이라 하이드록시기가 2개여서 부동액으로 쓰인다. 폼산은 카복실산 가운데 가장 간단한 것으로, 분자 안에 알데하이드기와 카복실기를 함께 가진 셈이라 환원성을 보이는 것이 특징이다.

· 반응식: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2$

· 발생 기체: 수소

[해설]

나트륨은 제3류 위험물(금수성 물질)인 알칼리금속으로, 물과 격렬히 반응해 수산화나트륨과 수소를 내고 많은 열을 낸다.
2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

반응열로 수소에 불이 붙어 폭발할 수 있으므로 주수소화는 금물이고, 마른모래·팽창질석으로 덮어 질식소화한다.

혼동 주의 — 이산화탄소·할론 소화약제도 나트륨과 반응하므로 쓰지 않는다.

250

[해설]

동식물유류는 제4류 위험물의 마지막 품명으로 지정수량은 10,000 L다. 인화점이 250 ℃ 미만이어야 위험물이 되며, 그 이상이면 위험물로 보지 않는다. 다만 용기에 넣어 밀봉해 저장하고 용기 겉면에 품명을 표시한 것은 제외된다.

동식물유류는 아이오딘값(유지 100 g에 붙는 아이오딘의 g수, 곧 불포화도의 척도)에 따라 다음과 같이 나뉜다.

아이오딘값이 클수록 이중결합이 많아 공기 중 산소와 잘 결합하므로, 헝겊이나 종이에 스민 건성유는 산화열이 쌓여 자연발화를 일으키기 쉽다.

(1) 탄화칼슘

(2) $CaC_2$

[해설]

이 물질은 제3류 위험물 중 칼슘 또는 알루미늄의 탄화물에 속하는 탄화칼슘(카바이드, CaC₂)이다. 지정수량은 300 kg이다.

탄화칼슘은 물과 만나면 아세틸렌을 내고, 약 700 ℃ 고온에서는 질소와 반응해 석회질소(칼슘시안아미드)를 만든다.
CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂
CaC₂ + N₂ → CaCN₂ + C

아세틸렌은 연소범위가 2.5~81 %로 넓어 위험하다. 그래서 탄화칼슘은 물기를 막아 밀폐 저장하고, 필요하면 질소 같은 불연성 가스를 채워 둔다.

(1) $\mathrm{2CH_3CHO + O_2 \rightarrow 2CH_3COOH}$

(2) $\mathrm{CH_3CHO + H_2 \rightarrow C_2H_5OH}$

[해설]

아세트알데하이드 CH₃CHO는 산화되면 카복실산인 아세트산이 되고, 환원되면 알코올인 에탄올이 된다.

산화는 산소를 얻는 반응이며, 양변의 원자 수를 맞추려면 계수 2가 붙는다.
2CH₃CHO + O₂ → 2CH₃COOH

환원은 수소를 얻는 반응이다.
CH₃CHO + H₂ → C₂H₅OH

외우는 요령: 산화는 알코올 → 알데하이드 → 카복실산 순으로 진행되고, 알데하이드는 그 가운데에 있다.

(1) 20배

(2) 5 m 이상

[해설]

휘발유는 제4류 위험물 중 제1석유류(비수용성)이므로 지정수량은 200 L다. 지정수량의 배수는 취급량을 지정수량으로 나누어 구한다.

$\text{지정수량의 배수} = \dfrac{4{,}000}{200} = 20\,\text{배}$

제조소의 보유공지는 취급하는 위험물의 지정수량 배수를 기준으로 두 구간으로 나뉜다.

20배는 10배를 넘으므로 보유공지는 5 m 이상이어야 한다. 보유공지는 소화활동 공간이자 연소 확대를 막는 완충지대이므로 물건을 쌓아 두면 안 되며, 방화상 유효한 격벽을 설치한 경우에는 예외가 인정된다.

가연물접촉주의

[해설]

운반용기 외부에는 위험물의 품명·위험등급·화학명(제4류 수용성인 것은 '수용성' 표기 포함), 위험물의 수량, 그리고 유별에 따른 주의사항을 표시한다. 제6류 위험물은 그 자체가 타는 물질이 아니라 산소를 공급해 다른 물질을 태우는 산화성 액체이므로, 가연물과 닿지 않게 하라는 뜻의 가연물접촉주의 한 가지만 표시한다.

제조소등에 세우는 게시판의 주의사항(물기엄금·화기주의·화기엄금)과 헷갈리기 쉬운데, 제6류는 게시판 표시가 필요 없다는 점까지 묶어서 정리해 두면 좋다.

35.71 mol

[해설]

벤젠의 완전연소반응식으로 이론산소량을 구한 뒤, 공기 중 산소 비율 0.21로 나누어 필요한 공기량을 얻는다.

C₆H₆ + 7.5O₂ → 6CO₂ + 3H₂O
필요 공기 = 산소 몰수 ÷ 0.21
= 7.5 ÷ 0.21
= 35.71 mol

혼동 주의: 질량 기준으로 물으면 0.21 대신 산소의 질량분율 0.232를 쓴다.

$N_2H_4 + 2H_2O_2 \rightarrow 4H_2O + N_2$

[해설]

강한 환원제인 하이드라진(제4류 제2석유류)과 강한 산화제인 과산화수소(제6류)가 만나면 점화원 없이도 반응한다. 이때 질소와 수증기가 한꺼번에 생긴다.

N₂H₄ + 2H₂O₂ → 4H₂O + N₂

계수는 수소부터 맞춘다. 좌변의 H가 4 + 4 = 8개이므로 물은 4분자가 되고, 산소도 4개로 맞는다.

기체가 급격히 늘어 폭발하므로 두 물질은 절대 함께 저장하지 않는다.

(1) $CF_2ClBr$

(2) $CF_3Br$

[해설]

할론 번호는 분자 안에 든 원소의 개수를 C - F - Cl - Br 순으로 늘어놓은 것이다. 끝자리 0은 생략할 수 있고, 수소는 번호에 나타나지 않으므로 남는 결합자리를 수소로 채워 읽으면 된다.

할론 소화약제는 연쇄반응을 끊는 부촉매(억제)소화가 주된 소화작용이며, 브로민의 개수가 많을수록 소화효과가 크다. 그중 할론 1301은 소화능력이 가장 뛰어나고 독성이 가장 낮아 전역방출방식 등에 널리 쓰였으나, 오존층파괴지수가 높아 지금은 사용이 규제된다.

$4HNO_3 \rightarrow 2H_2O + 4NO_2 + O_2$

[해설]

질산(제6류 위험물)은 빛이나 열을 받으면 물·이산화질소·산소로 분해된다.
4HNO₃ → 2H₂O + 4NO₂ + O₂

이때 생긴 NO₂가 적갈색이어서 오래 두거나 빛을 받은 질산은 누렇게 변한다. 이 분해를 막으려고 질산은 갈색 병에 담아 직사광선을 피해 저장한다.

혼동 주의: 가열할 때도 같은 식으로 분해되므로 발문이 '열분해'라고 해도 반응식은 같다.

(1) 3개

(2) 600 L

(3) 3.2 mm

[해설]

간이탱크저장소의 탱크 수·용량·재질은 위험물안전관리법 시행규칙 별표 9에서 정한다.

• 탱크 수 — 한 저장소에 3개 이하로 두며, 같은 품질의 위험물 탱크를 2개 이상 두지 못한다.
• 용량 — 탱크 하나에 600 L 이하로 제한한다.
• 두께 — 3.2 mm 이상의 강판으로 흠 없이 만들고, 70 kPa 수압시험을 10분간 견뎌야 한다.

외우는 요령: 3.2 mm는 이동저장탱크 강철판 두께와 같은 수치라서 함께 묶어 외우면 편하다.

① 유기과산화물

② 질산에스터류

[해설]

위험등급은 위험물안전관리법 시행규칙의 운반기준에서 정하는 등급으로, 제5류 위험물에서는 유기과산화물과 질산에스터류만 위험등급 I이고 나머지 품명은 모두 위험등급 II다.

각 품명에 속하는 대표 물질은 다음과 같다.

· 유기과산화물 — 과산화벤조일(벤조일퍼옥사이드), 과산화메틸에틸케톤, 아세틸퍼옥사이드

· 질산에스터류 — 질산메틸, 질산에틸, 나이트로글리세린, 나이트로글리콜, 나이트로셀룰로스, 셀룰로이드

이름이 비슷한 나이트로화합물(트라이나이트로톨루엔·피크르산 등)은 위험등급 II이므로, 질산에스터류와 구분해서 기억해야 한다.

㉠ 6

㉡ 1,000

㉢ 내화구조

㉣ 60분+방화문·60분방화문

㉤ 30분방화문

[해설]

근거는 위험물안전관리법 시행규칙 별표 5(옥내저장소)이다. 염소산나트륨은 제1류 염소산염류이며, 지정수량 50 kg에 위험등급 I이다.

• 처마 높이 — 지면에서 처마까지 6 m 미만인 단층건물로 짓는다.
• 바닥면적 — 위험등급 I 위험물을 저장하는 창고는 1,000 m² 이하로 좁게 제한한다.
• 벽·기둥·바닥 — 불이 번지지 않도록 내화구조로 한다.
• 출입구 — 60분+방화문·60분방화문 또는 30분방화문을 단다.

혼동 주의: 그 밖의 위험물 창고는 2,000 m² 이하로 한다. 또한 연소 우려가 있는 외벽의 출입구에는 자동폐쇄식 60분+방화문이나 60분방화문만 쓸 수 있다.

(1) 6 $\mathrm{m^2}$ 이상

(2) 15 $\mathrm{m^2}$ 이하

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙의 판매취급소 기준에서 배합실 바닥면적은 6 m² 이상 15 m² 이하로 정한다.

너무 좁으면 배합 작업 중 사고가 나기 쉽고, 너무 넓으면 한 번에 다루는 위험물 양이 늘어 화재 규모가 커진다. 그래서 하한과 상한을 함께 묶어 둔 것이다.

함께 외울 배합실 기준: 내화구조·불연재료 벽 구획, 집유설비, 자동폐쇄식 방화문, 출입구 문턱 0.1 m 이상, 증기를 지붕 위로 배출하는 설비.

(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 시행규칙 별표 19(운반기준)는 지정수량의 1/10을 넘는 위험물을 한 차량에 함께 실을 수 있는 조합을 정해 두었다.

• 제1류 — 산화성 고체이므로 같은 산화성인 제6류와만 실을 수 있다.
• 제2류 — 가연성 고체이므로 제4류·제5류와 실을 수 있다.
• 제3류 — 자연발화성·금수성 물질이므로 제4류와만 실을 수 있다.
• 제4류 — 인화성 액체이며 제2류·제3류·제5류와 실을 수 있다.
• 제5류 — 자기반응성 물질이며 제2류·제4류와 실을 수 있다.
• 제6류 — 산화성 액체이므로 제1류와만 실을 수 있다.

외우는 요령: 혼재 가능한 쌍은 1-6, 2-4, 2-5, 3-4, 4-5 다섯 쌍뿐이다. 혼재 불가 유별은 이 쌍과 자기 유별을 뺀 나머지 전부다.