2018년 위험물기능사실기(필답형) 4회차 기출문제 정답·해설 페이지

$\mathrm{HCl}$(염화수소)

[해설]

과염소산($\mathrm{HClO_4}$)은 제6류 위험물(산화성 액체)로 지정수량은 300 kg이다. 무색의 휘발성 액체이며 강한 산화력을 가진다. 열에 불안정해서 가열하면 다음과 같이 분해되어 염화수소($\mathrm{HCl}$)와 산소를 내놓는다.

$\mathrm{HClO_4} \rightarrow \mathrm{HCl} + 2\mathrm{O_2}$

이때 나오는 염화수소는 자극성·부식성이 큰 유독 가스이고, 함께 나오는 산소는 주위 가연물의 연소를 돕는다. 과염소산은 물과 만나면 심하게 발열하므로 소량의 물로 소화해서는 안 되고, 마른 모래를 덮거나 다량의 물을 한꺼번에 쓴다. 또 강산이므로 가연물·유기물과 함께 저장하지 않는다.

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

$\dfrac{9.2}{92} = 0.1\,\mathrm{mol}$ → 산소 $0.1 \times 9 = 0.9\,\mathrm{mol}$ → $0.9 \times 22.4 = 20.16\,\mathrm{L}$ → $\dfrac{20.16}{0.21} = 96\,\mathrm{L}$

(2) 96 L

[해설]

톨루엔($\mathrm{C_6H_5CH_3}$)은 제4류 제1석유류(비수용성)에 속하는 방향족 탄화수소로, 완전연소하면 이산화탄소와 물만 남는다.

① 연소반응식 — 탄소 7개는 $7\mathrm{CO_2}$, 수소 8개는 $4\mathrm{H_2O}$가 되고 오른쪽의 산소 원자 수가 $7 \times 2 + 4 = 18$개이므로 산소 분자는 9개가 필요하다.

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

② 몰수 — 톨루엔의 분자량은 $12 \times 7 + 1 \times 8 = 92$이므로

$\dfrac{9.2}{92} = 0.1\,\mathrm{mol}$

③ 이론산소량 — 반응식에서 톨루엔 1 mol에 산소 9 mol이 대응하므로 $0.1 \times 9 = 0.9\,\mathrm{mol}$. 발문이 0 ℃·1기압을 못 박았으므로 기체 1 mol의 부피는 22.4 L를 쓴다.

$0.9 \times 22.4 = 20.16\,\mathrm{L}$

④ 이론공기량 — 공기의 21 %만 산소이므로 산소 부피를 0.21로 나눈다.

$\dfrac{20.16}{0.21} = 96\,\mathrm{L}$ → 96 L

부피비가 곧 몰비이므로, 무게(9.2 g)를 몰로 바꾼 뒤에는 끝까지 부피 단위로 계산하면 된다.

인화성 고체

[해설]

제2류 위험물(가연성 고체)은 품명에 따라 운반용기 외부 주의사항이 세 갈래로 나뉜다.

따라서 답은 인화성 고체다. 인화성 고체는 고형알코올이나 래커퍼티처럼 상온에서 증기를 내어 인화할 우려가 있는 고체라 불씨 자체를 금하는 반면, 철분·금속분·마그네슘은 물과 반응해 수소를 내므로 물기까지 금한다.

(1) 제일인산암모늄, $\mathrm{NH_4H_2PO_4}$

(2) A급, B급, C급

[해설]

분말소화약제는 주성분에 따라 네 가지로 나뉜다.

제3종의 주성분 제일인산암모늄(인산이수소암모늄, $\mathrm{NH_4H_2PO_4}$)은 열을 받으면 다음과 같이 분해된다.

$\mathrm{NH_4H_2PO_4} \rightarrow \mathrm{HPO_3} + \mathrm{NH_3} + \mathrm{H_2O}$

이때 생긴 메타인산($\mathrm{HPO_3}$)이 타고 있는 고체 표면에 유리 같은 막을 만들어 공기를 차단하기 때문에, 다른 분말약제와 달리 목재·종이 같은 일반화재(A급)에도 듣는다. 그래서 A·B·C급 모두에 적응성이 있어 흔히 ‘ABC 분말’이라 부른다. 약제 색은 담홍색이며, 정답 표기는 “제1인산암모늄”·“인산암모늄”으로 적어도 같은 물질이다.

질산암모늄, 과산화나트륨

[해설]

‘산화성 고체’는 제1류 위험물의 성질을 가리키는 말이다. 그 자체는 불연성이지만 열·충격을 받으면 분해되어 산소를 내놓아 다른 물질의 연소를 크게 돕는다.

따라서 산화성 고체는 질산암모늄과 과산화나트륨 두 가지다. 이름에 ‘산화’·‘과산화’가 들어가도 유별은 제각각이라는 점이 이 문제의 함정이다 — 산화칼슘은 위험물이 아니고, 과산화벤조일은 제5류다.

5 m 이상

[해설]

보유공지는 화재가 났을 때 옆으로 번지는 것을 막고 소화 활동에 필요한 공간을 확보하기 위해 제조소 둘레에 비워 두는 땅이다. 그 너비는 취급하는 위험물의 최대수량이 지정수량의 몇 배인지에 따라 두 단계로 나뉜다.

20배는 10배를 넘으므로 5 m 이상을 확보해야 한다. 보유공지 안에는 물건을 쌓아 두거나 다른 공작물을 두어서는 안 되며, 제조소가 방화상 유효한 격벽으로 구획된 경우 등에는 예외가 인정된다.

(1) $\mathrm{C_6H_5CH_3}$

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

[해설]

톨루엔에 진한 질산과 진한 황산을 섞은 혼산을 작용시키면 벤젠 고리의 2·4·6 자리가 차례로 나이트로화되어 트라이나이트로톨루엔(TNT)이 만들어진다. 여기서 원료가 되는 위험물이 톨루엔이다.

톨루엔은 제4류 제1석유류(비수용성)로 지정수량 200 L, 인화점은 약 4 ℃인 무색의 방향성 액체다. 화학식은 $\mathrm{C_6H_5CH_3}$이며 $\mathrm{C_7H_8}$로 적기도 한다.

완전연소하면 이산화탄소와 물만 남는다. 탄소 7개는 $7\mathrm{CO_2}$, 수소 8개는 $4\mathrm{H_2O}$가 되고 오른쪽의 산소 원자 수가 $7 \times 2 + 4 = 18$개이므로 산소 분자는 9개가 필요하다.

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

참고로 생성물인 트라이나이트로톨루엔은 제5류 위험물(나이트로화합물)이고 화학식은 $\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3CH_3}$이다. 담황색 결정으로 물에 녹지 않고 아세톤·벤젠에 녹으며, 충격·마찰에 비교적 둔감해 폭약으로 쓰인다.

① 이황화탄소 ② 발화점 ③ 100 ④ 20 ⑤ 40

⑥ 1 ⑦ 21

⑧ 21 ⑨ 70 ⑩ 40 ⑪ 40 ⑫ 60

⑬ 중유 ⑭ 크레오소트유 ⑮ 70 ⑯ 200 ⑰ 40

[해설]

제4류 위험물의 품명은 인화점을 기준으로 나뉜다. 특수인화물만 인화점 외에 발화점 또는 비점 조건이 하나 더 붙는데, 둘 중 어느 하나만 만족해도 특수인화물이 된다는 점(‘또는’)이 중요하다.

· 특수인화물 — 발화점 100 ℃ 이하 또는 인화점 영하 20 ℃ 이하이면서 비점 40 ℃ 이하 (지정수량 50 L)

· 제1석유류 — 인화점 21 ℃ 미만 (비수용성 200 L / 수용성 400 L)

· 알코올류 — 탄소 수 1 ~ 3개인 포화 1가 알코올 (400 L)

· 제2석유류 — 인화점 21 ℃ 이상 70 ℃ 미만 (비수용성 1,000 L / 수용성 2,000 L)

· 제3석유류 — 인화점 70 ℃ 이상 200 ℃ 미만 (비수용성 2,000 L / 수용성 4,000 L)

· 제4석유류 — 인화점 200 ℃ 이상 250 ℃ 미만 (6,000 L)

인화점의 경계가 21 – 70 – 200 – 250 으로 이어지므로 이 네 숫자만 외우면 제1석유류부터 제4석유류까지 한 번에 정리된다.

단서로 붙은 ‘가연성 액체량 40 중량퍼센트 이하’ 규정은 페인트·바니시 같은 도료류를 걸러 내기 위한 것으로, 제2석유류에는 여기에 더해 인화점 40 ℃ 이상이면서 연소점 60 ℃ 이상이라는 조건이 함께 붙는다는 점이 제3석유류와 다르다.

대표 물질로 특수인화물에는 다이에틸에터(인화점 −45 ℃, 비점 34 ℃)·이황화탄소(발화점 100 ℃)·아세트알데하이드(비점 21 ℃)·산화프로필렌이, 제3석유류에는 중유·크레오소트유·아닐린·나이트로벤젠이 있다.

(1) $\dfrac{150}{50} + \dfrac{400}{400} + \dfrac{500}{1000} + \dfrac{1000}{2000} = 3 + 1 + 0.5 + 0.5 = 5$

(2) 5배

[해설]

지정수량의 배수는 “저장수량 ÷ 지정수량”을 물질마다 구해 모두 더한 값이다. 합이 1 이상이면 지정수량 이상의 위험물을 저장·취급하는 것으로 보아 허가 대상이 된다.

$3 + 1 + 0.5 + 0.5 = 5$ → 5배

네 물질은 모두 액체 위험물이므로 지정수량의 단위는 kg이 아니라 L다. 표 머리글을 “지정수량 [kg]”으로 인쇄한 교재가 있으나 값 자체는 모두 L 기준이므로 단위 표기가 잘못된 것이다. 또 에틸알코올은 알코올류(수용성)여서 400 L이고, 수용성이라 해서 제1석유류 수용성 400 L를 따로 찾을 필요가 없다.

(1) 화기엄금

(2) 화기엄금, 충격주의

(3) 가연물접촉주의

[해설]

운반용기 외부에 표시하는 주의사항은 위험물안전관리법령의 운반기준에 유별로 정해져 있다.

제4류 위험물은 인화성 액체이므로 화기엄금 하나만 표시한다. 제5류 위험물은 분자 안에 산소를 품어 가열·충격·마찰만으로도 폭발할 수 있어 화기엄금 과 충격주의 를 함께 표시한다.

제6류 위험물은 그 자체가 타지는 않고 산소를 내어 다른 물질을 태우므로 가연물접촉주의 만 표시한다. 표기가 화기엄금이 아니라 ‘가연물 접촉주의’ 라는 점이 함정이다.

유별 전체를 정리하면 다음과 같다.

제1류 — 알칼리금속의 과산화물: 화기·충격주의, 물기엄금, 가연물접촉주의 / 그 밖의 것: 화기·충격주의, 가연물접촉주의

제2류 — 철분·금속분·마그네슘: 화기주의, 물기엄금 / 인화성 고체: 화기엄금 / 그 밖의 것: 화기주의

제3류 — 자연발화성 물질: 화기엄금, 공기접촉엄금 / 금수성 물질: 물기엄금

제4류: 화기엄금 · 제5류: 화기엄금, 충격주의 · 제6류: 가연물접촉주의

100 L 이하

[해설]

셀프용 고정주유설비는 운전자가 직접 다루기 때문에, 한 번에 지나치게 많은 양이 흘러나오지 않도록 1회의 연속주유량과 주유시간의 상한을 미리 설정해 두고 그 값을 넘으면 자동으로 멈추게 해야 한다. 휘발유의 1회 연속주유량 상한은 100 L 이하, 주유시간 상한은 4분 이하다.

등유 등을 용기에 받는 셀프용 고정급유설비도 마찬가지로 1회 연속급유량 100 L 이하, 급유시간 6분 이하로 설정한다. 이 수치는 ‘셀프용’ 설비에 대한 기준이므로, 발문에 셀프용이라는 한정이 없으면 답이 확정되지 않는다.

40 ℃

[해설]

주입 작업 중에 원동기가 돌면 배기관의 불티나 전기 불꽃이 점화원이 될 수 있다. 그래서 인화점이 40 ℃ 미만인 위험물을 저장·취급 탱크에 주입할 때에는 이동탱크저장소의 원동기를 반드시 정지시키도록 하고 있다.

인화점이 40 ℃ 미만이면 상온 근처에서도 증기가 연소범위에 들어갈 수 있어, 주입 중 새어 나온 증기에 불이 붙을 위험이 크기 때문이다. 같은 취지로, 휘발유를 저장하던 이동저장탱크에 등유나 경유를 주입할 때에는 정전기가 쌓이지 않도록 주입관 끝의 유속을 초당 1 m 이하로 제한한다.

(1) 건성유 — 아이오딘값 130 이상

(2) 반건성유 — 아이오딘값 100 ~ 130

(3) 불건성유 — 아이오딘값 100 이하

[해설]

아이오딘값은 유지 100 g에 흡수되는 아이오딘의 g수다. 값이 클수록 이중결합이 많아 불포화도가 높다는 뜻이고, 불포화도가 높을수록 공기 중 산소와 잘 결합해 산화열이 쌓이므로 자연발화 위험도 커진다.

· 건성유 — 130 이상 : 아마인유, 들기름, 동유, 정어리기름

· 반건성유 — 100 ~ 130(교재에 따라 100 초과 130 미만으로 적기도 하는데 같은 뜻이다) : 참기름, 채종유, 콩기름, 면실유

· 불건성유 — 100 이하 : 올리브유, 피마자유, 야자유, 땅콩기름

동식물유류는 제4류 위험물이고 지정수량은 10,000 L이다. 건성유가 스며든 헝겊·톱밥을 쌓아 두면 산화열이 빠져나가지 못해 자연발화로 이어진다.

(1) $V = \pi r^2 \left(l + \dfrac{l_1 + l_2}{3}\right) = \pi \times 1^2 \times \left(3 + \dfrac{1.5 + 1.5}{3}\right) = 12.57\,\mathrm{m^3}$

(2) 12.57 m³

[해설]

탱크의 내용적 공식은 모양에 따라 다르다. 양쪽 경판이 볼록한 횡형 원통형 탱크는 원통부의 부피에 두 경판의 부피를 각각 3분의 1씩 더한 값으로 본다.

$V = \pi r^2 \left(l + \dfrac{l_1 + l_2}{3}\right)$

여기서 $r$은 단면의 반지름, $l$은 가운데 원통부의 길이, $l_1$·$l_2$는 양쪽 경판의 길이다. 그림에서 $r = 1\,\mathrm{m}$, $l = 3\,\mathrm{m}$, $l_1 = l_2 = 1.5\,\mathrm{m}$이므로

$V = \pi \times 1^2 \times \left(3 + \dfrac{1.5 + 1.5}{3}\right) = \pi \times 4 = 12.566 \rightarrow 12.57\,\mathrm{m^3}$

따라서 내용적은 12.57 m³이다. 경판이 없이 양 끝이 평평한 횡형 탱크라면 $V = \pi r^2 l$만 쓰고, 세로로 세운 원통형 탱크도 $V = \pi r^2 l$로 계산한다. 한편 탱크의 용량은 내용적에서 공간용적(보통 내용적의 5~10 %)을 뺀 값이므로 내용적과 구별해야 한다.

(1) 100 m²

(2) 50 m²

[해설]

소요단위는 소화설비의 설치 대상이 되는 건축물이나 위험물의 규모를 소화 능력과 견주기 위해 정해 놓은 기준 단위다. 같은 면적이라도 외벽이 내화구조면 불이 번지기 어려우므로 기준 면적을 두 배로 잡는다.

따라서 제조소 건축물은 외벽이 내화구조이면 100 m², 내화구조가 아니면 50 m²가 1소요단위다. 옥외에 설치된 공작물은 외벽이 내화구조인 것으로 보고 수평 최대면적을 연면적으로 삼아 같은 기준을 적용한다.

4 m

[해설]

옥내저장소·옥외저장소에서 용기를 겹쳐 쌓을 때의 높이 제한은 세 가지로 갈린다.

글리세린은 제4류 위험물 중 제3석유류(수용성)에 해당하고 지정수량은 4,000 L다. 제3석유류를 담은 용기만을 겹쳐 쌓는 경우이므로 높이는 4 m를 넘지 않아야 한다. 인화점이 높아 상대적으로 위험이 작은 유종에만 4 m를 허용하는 것이므로, 다른 품명이 섞이면 3 m 기준으로 돌아간다.

(1) 트라이나이트로페놀(피크르산)

(2) 100 kg

(3) $\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3OH}$

[해설]

페놀을 진한 황산에 녹여 설폰화한 뒤 질산으로 나이트로화하면 벤젠 고리의 2·4·6 자리에 나이트로기가 붙은 트라이나이트로페놀(피크르산, $\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3OH}$)이 만들어진다. 제5류 위험물 중 나이트로화합물에 해당하며, 광택 있는 담황색 결정으로 쓴맛이 나고 독성이 있다. 찬물에는 잘 녹지 않지만 더운물·알코올·에터에는 녹는다. 단독으로는 타격에 비교적 둔감하나 금속과 반응해 만들어지는 피크르산염은 마찰·충격에 매우 민감해져 폭발 위험이 커지므로 철·구리 등 금속 용기에 담지 않는다.

지정수량 — 개정된 시행령은 제5류 위험물의 지정수량을 품명이 아니라 제1종 10 kg / 제2종 100 kg으로 나누어 정하고, 어느 종에 드는지는 자기반응성 시험 결과에 따라 갈린다. 즉 “트라이나이트로페놀”이라는 이름만으로는 지정수량이 정해지지 않는다. 이 문제는 발문에서 제2종임을 밝혔으므로 100 kg이 된다. 같은 문항의 답을 10 kg으로 싣는 교재도 있는데, 그것은 제1종으로 본 것일 뿐 종 구분이 주어지지 않으면 어느 쪽도 확정되지 않는다.

화학식 — $\mathrm{C_6H_2(NO_2)_3OH}$로 쓰며, 하이드록시기의 위치를 앞세워 $\mathrm{C_6H_2OH(NO_2)_3}$로 적어도 같은 물질이다.

크산토프로테인반응(잔토프로테인반응)

[해설]

단백질에는 티로신·트립토판·페닐알라닌처럼 벤젠 고리를 가진 방향족 아미노산이 들어 있다. 여기에 진한 질산이 닿으면 벤젠 고리가 나이트로화되어 노란색을 띠는데, 이 정색반응을 크산토프로테인반응(잔토프로테인반응)이라 한다. 이어서 암모니아수 같은 염기를 떨어뜨리면 색이 주황색으로 짙어진다. 질산이 피부에 묻었을 때 노랗게 변하는 것도 피부의 단백질에서 같은 반응이 일어나기 때문이며, 두 이름은 같은 반응을 옮겨 적은 표기 차이일 뿐이다.

질산($\mathrm{HNO_3}$)은 제6류 위험물(산화성 액체)로, 비중이 1.49 이상인 것만 위험물로 다루며 지정수량은 300 kg이다. 진한 질산은 철·니켈·크로뮴·알루미늄을 부동태로 만들어 더 이상 부식시키지 않으므로 알루미늄 용기로 운반할 수 있다.

5 m 이상

[해설]

방유제는 탱크에서 새어 나온 위험물을 가두는 둑이다. 탱크가 파손되거나 불이 났을 때 둑까지 열이 미치지 않도록 옆판에서 일정 거리를 떼도록 하고 있고, 그 거리는 탱크의 지름을 기준으로 갈린다.

문제의 탱크는 지름이 10 m로 15 m에 못 미치므로 높이의 3분의 1을 적용한다.

$15 \times \dfrac{1}{3} = 5\,\mathrm{m}$

따라서 방유제는 탱크 옆판으로부터 5 m 이상 떨어져야 한다. 다만 인화점이 200 ℃ 이상인 위험물을 저장·취급하는 탱크에는 이 거리 기준을 적용하지 않는다.

알킬리튬

[해설]

알킬알루미늄과 알킬리튬은 공기에 닿기만 해도 불이 붙고 물과도 격렬하게 반응하는 제3류 위험물이다. 그래서 제조소에서 이들을 취급하는 설비에는 불활성 기체를 봉입하는 장치를 갖추도록 하고, 저장·운반 용기의 윗부분에도 불활성 기체를 채우게 한다. [보기] 중 여기에 해당하는 것은 알킬리튬이다.

불활성 기체로는 질소나 아르곤을 쓴다. 공기·물과의 접촉을 원천적으로 끊는 것이 목적이므로, 봉입 장치가 없는 설비로는 취급할 수 없다.