2018년 위험물기능사실기(필답형) 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

$C_2H_5OC_2H_5 + 6O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O$

[해설]

유기물이 완전연소하면 탄소는 모두 CO₂, 수소는 모두 H₂O가 된다. 다이에틸에터 분자식은 C₄H₁₀O다.

탄소 4개 → 4CO₂, 수소 10개 → 5H₂O가 된다.
우변 산소 원자 = 4×2 + 5 = 13개, 분자 속 산소 1개를 빼면 12개 = O₂ 6분자다.

C₂H₅OC₂H₅ + 6O₂ → 4CO₂ + 5H₂O

삼황화인 → 황 → 적린 → 마그네슘

[해설]

착화온도(발화점)는 불씨 없이 스스로 타기 시작하는 온도로, 낮을수록 위험하다. 네 물질의 대략적인 착화점을 비교하면 순서가 정해진다.

• 삼황화인(P₄S₃) — 약 100 ℃로 가장 낮다.
• 황 — 약 232 ℃이다.
• 적린 — 약 260 ℃로 황린보다 훨씬 안정하다.
• 마그네슘 — 약 473 ℃로 가장 높다.

혼동 주의: 같은 인 계열이라도 황린은 제3류 위험물이며 착화점이 약 34 ℃로 자연발화한다.

3,000배 이상

[해설]

위험물안전관리법 시행령의 자체소방대 설치 대상 기준이다. 제조소·일반취급소는 취급하는 제4류 위험물의 최대수량 합이 지정수량의 3,000배 이상이면 자체소방대를 둔다.

대량의 제4류 위험물은 화재 규모가 커서 공공 소방력이 오기 전 초기 대응이 필요하기 때문이다. 3,000배 이상 12만 배 미만이면 화학소방자동차 1대와 자체소방대원 5인이 기준이다.

혼동 주의: 옥외탱크저장소는 지정수량의 50만 배 이상일 때 자체소방대 설치 대상이다.

① 제1석유류

② 알코올류

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙의 위험등급 기준에서 제4류 위험물은 인화 위험이 클수록 높은 등급을 받는다. 특수인화물만 Ⅰ등급이고, 제1석유류와 알코올류가 Ⅱ등급이다.

• 제1석유류 — 인화점 21 ℃ 미만인 액체(휘발유·아세톤·벤젠 등)이다.
• 알코올류 — 탄소 수 1~3개인 포화 1가 알코올(메틸·에틸·프로필알코올)이다.

외우는 요령: 특수인화물은 Ⅰ등급, 제1석유류·알코올류는 Ⅱ등급이다. 제2석유류부터 동식물유류까지 나머지는 모두 Ⅲ등급이다.

㉠ 100 L 이하

㉡ 200 L 이하

㉢ 4분 이하

㉣ 4분 이하

[해설]

셀프용 고정주유설비는 운전자가 직접 주유하는 설비이므로, 위험물안전관리법 시행규칙의 주유취급소 기준은 과잉 주유를 막기 위해 1회 연속 주유량과 주유시간의 상한을 정해 두도록 하고 있다.

주유량 상한이 갈리는 것은 경유를 쓰는 화물차의 연료탱크가 크기 때문이고, 주유시간 상한은 두 유종 모두 4분으로 같다.

셀프용 고정급유설비의 경우에는 1회 연속 급유량의 상한이 100 L 이하, 급유시간의 상한이 6분 이하다.

이 밖에 셀프용 설비에는 주유노즐이 자동으로 정지하는 구조, 급유호스가 일정 인장력 이상에서 분리되고 분리된 부분에서 위험물이 새지 않는 구조 등이 요구된다.

분해반응식 : $2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$

기체 : 산소

[해설]

과산화수소는 이산화망가니즈(MnO₂) 같은 정촉매가 있으면 물과 산소로 빠르게 분해된다. 촉매는 반응 속도만 높이므로 반응식에는 나타나지 않는다.

분해반응식은 다음과 같다.
2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

따라서 함께 발생하는 기체는 산소다. 산소 때문에 내압이 오르므로 저장 용기 마개에는 작은 구멍을 뚫어 둔다.

품명 : 특수인화물

지정수량 : 50 L

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 1에서 특수인화물은 발화점 100 ℃ 이하, 또는 인화점 -20 ℃ 이하이면서 비점 40 ℃ 이하인 것이다. 다이에틸에터는 인화점 약 -45 ℃, 비점 약 34.6 ℃로 뒤쪽 요건에 들어 특수인화물이다.

특수인화물의 지정수량은 제4류 중 가장 작은 50 L다. 그만큼 인화·폭발 위험이 크다는 뜻이다.

혼동 주의: 이황화탄소·아세트알데하이드·산화프로필렌도 같은 특수인화물로 지정수량이 50 L다.

(1) 2 m 이상

(2) 20배 이상

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙의 제조소 배출설비 기준에 따른 문항이다. 가연성 증기가 체류하지 않도록 강제로 뽑아내는 설비가 배출설비다.

• 배출구 — 연소 우려가 없는 곳에 지상 2 m 이상 높이로 둔다.
• 배출능력 — 국소방식은 1시간당 배출장소 용적의 20배 이상으로 한다.

혼동 주의: 전역방식이면 배출능력 기준이 바닥면적 1 m²당 18 m³ 이상으로 바뀐다.

(1) $CH_3COCH_3 + 4O_2 \rightarrow 3CO_2 + 3H_2O$ 이므로 $4\,\mathrm{mol} \times 22.4\,\mathrm{L/mol} = 89.6\,\mathrm{L}$

(2) 89.6 L

[해설]

아세톤(C₃H₆O)의 완전연소 반응식에서 필요한 산소 몰수를 구하고, 표준상태 기체 1 mol = 22.4 L를 곱한다.

CH₃COCH₃ + 4O₂ → 3CO₂ + 3H₂O
V = 4 mol × 22.4 L/mol
= 89.6 L

산소 계수는 우변 산소 원자 9개(3×2 + 3)에서 아세톤 속 1개를 뺀 8개, 즉 O₂ 4분자로 맞춘다.

$Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3 + 3CH_4$

[해설]

제3류 위험물인 탄화알루미늄(Al₄C₃)은 금수성 물질이라 물과 반응해 가연성 기체를 낸다.

알루미늄은 수산화알루미늄이 되고, 탄소는 물의 수소를 받아 메테인(CH₄)이 된다.
Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄

탄화알루미늄 1 mol이 물 12 mol과 반응하면 메테인 3 mol이 생긴다. 메테인은 가연성 기체이므로 물을 뿌려 끄면 안 되고, 마른모래 등으로 질식소화한다.

혼동 주의: 탄화칼슘(CaC₂)은 물과 반응하면 메테인이 아니라 아세틸렌(C₂H₂)을 낸다.

철분, 알킬알루미늄

[해설]

포소화설비는 물이 주성분인 수계 소화설비이므로 물과 반응해 가연성 가스를 내는 위험물에는 적응성이 없다.

• 철분 — 제2류 철분·금속분·마그네슘에 속하며 물과 반응해 수소를 내므로 포를 쓸 수 없다.
• 알킬알루미늄 — 제3류 금수성 물질로 물과 격렬히 반응해 에테인 같은 가연성 가스를 낸다.

황린은 제3류지만 금수성이 아니라서 물속에 저장하고 포로도 소화한다. TNT(제5류)와 인화성 고체(제2류)도 물·포로 냉각소화할 수 있어 적응성이 있다.

혼동 주의: 금수성 위험물에는 탄산수소염류 분말·마른모래·팽창질석만 적응성이 있다.

(1) $NH_4H_2PO_4$

(2) $NaHCO_3$

[해설]

(1) 제3종 분말소화약제(제1인산암모늄, $NH_4H_2PO_4$)는 단계적으로 열분해되며 마지막에 메타인산($HPO_3$)을 만든다. 메타인산은 끈끈한 막이 되어 가연물 표면을 덮는 방진작용을 하므로, 다시 불이 붙는 것을 막아 A·B·C급 화재에 모두 쓸 수 있다.

$NH_4H_2PO_4 \rightarrow NH_3 + H_3PO_4$ (약 190 ℃, 오쏘인산)

$2H_3PO_4 \rightarrow H_4P_2O_7 + H_2O$ (약 215 ℃, 피로인산)

$H_4P_2O_7 \rightarrow 2HPO_3 + H_2O$ (약 300 ℃, 메타인산)

(2) 제1종 분말소화약제(탄산수소나트륨, $NaHCO_3$)는 열분해로 생긴 나트륨 이온이 기름의 지방산과 반응해 비누를 만드는 비누화반응을 일으킨다. 이때 생기는 거품층이 기름 표면을 덮어 재발화를 막으므로 식용유화재(K급)에 효과가 있다.

$2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O$ (약 270 ℃)

참고로 제2종은 탄산수소칼륨($KHCO_3$), 제4종은 탄산수소칼륨과 요소의 반응물이다.

(1) $CH_3CHO$

(2) $CH_3COCH_3$

(3) $C_6H_5NH_2$

(4) $C_6H_5CH{=}CH_2$

[해설]

시성식은 분자 안의 작용기가 드러나게 쓴 식이다.

• 아세트알데하이드 CH₃CHO — 메틸기에 알데하이드기(-CHO)가 붙어 있다.
• 아세톤 CH₃COCH₃ — 카보닐기(-CO-)가 두 메틸기 사이에 있는 케톤이다.
• 아닐린 C₆H₅NH₂ — 벤젠고리에 아미노기(-NH₂)가 붙은 방향족 아민이다.
• 스타이렌 C₆H₅CH=CH₂ — 벤젠고리에 바이닐기(-CH=CH₂)가 붙은 구조다.

혼동 주의: 스타이렌은 이중결합(=)을 살려 써야 하고, 아닐린의 아미노기는 NH₂다.

① 나이트로글리세린

② 나이트로글리콜

③ 나이트로셀룰로스

④ 질산메틸

[해설]

위험물안전관리법 시행령 별표 1은 제5류 위험물의 지정수량을 시험 결과에 따라 제1종 10 kg과 제2종 100 kg으로 나눈다.

• 나이트로글리세린 — 다이너마이트의 원료이며 충격에 매우 예민하다.
• 나이트로글리콜 — 나이트로글리세린과 함께 다이너마이트에 섞어 쓴다.
• 나이트로셀룰로스 — 셀룰로스를 질산화한 고체로, 함수 알코올에 적셔 저장한다.
• 질산메틸 — 단맛과 향이 있는 무색의 휘발성 액체다.

네 물질 모두 폭발성이 큰 질산에스터류라서 제1종으로 다룬다. 혼동 주의: TNT·피크르산 같은 나이트로화합물은 보통 제2종(100 kg)으로 본다.

① 표면연소

② 분해연소

③ 증발연소

④ 자기연소

[해설]

고체의 연소는 가연물이 어떤 형태로 산소와 접촉하는가에 따라 다음 네 가지로 정리된다.

① 표면연소 — 열분해나 증발 과정 없이 고체 표면에서 산소와 직접 반응해 불꽃 없이 타는 형태. 목탄·코크스·숯·금속분·마그네슘이 여기에 해당한다.

② 분해연소 — 가열로 고체가 열분해되어 생긴 가연성 기체가 불꽃을 내며 타는 형태. 목재·종이·섬유·플라스틱·석탄이 대표적이다.

③ 증발연소 — 고체가 녹거나 승화해 만들어진 증기가 타는 형태. 황·나프탈렌·양초(파라핀)가 해당한다.

④ 자기연소(내부연소) — 분자 안에 산소를 지니고 있어 공기 중 산소 공급이 없어도 스스로 타는 형태. 나이트로셀룰로스처럼 제5류 위험물 중 고체가 여기에 속한다.

확산연소·예혼합연소는 기체의 연소 형태이고 액면연소·등심연소는 액체의 연소 형태이므로 이 문항의 답이 될 수 없다.

$4CrO_3 \rightarrow 2Cr_2O_3 + 3O_2$

[해설]

삼산화크로뮴(CrO₃)은 제1류 위험물(산화성 고체)로, 가열하면 분해되면서 산소를 내놓는다.

크로뮴의 산화수가 +6에서 +3으로 낮아지면서 산화크로뮴(Ⅲ)(Cr₂O₃)이 남고, 나머지 산소는 기체로 빠져나간다.
4CrO₃ → 2Cr₂O₃ + 3O₂

원자 수를 맞춰 보면 Cr은 양변 모두 4개이고, O는 좌변 12개 = 우변 6 + 6개다. 분해할 때 나온 산소가 연소를 키우므로 가연물과 떨어뜨려 저장한다.

(1) 차광성이 있는 피복

(2) 차광성이 있는 피복

(3) 방수성이 있는 피복

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙 별표 19는 운반 시 적재 방법을 정하면서, 햇빛에 약한 위험물은 차광성 있는 피복으로, 물과 반응하는 위험물은 방수성 있는 피복으로 덮도록 하고 있다.

제5류 위험물은 자기반응성이라 햇빛·열을 받으면 분해가 빨라지고, 제6류 위험물은 산화성 액체로 직사광선에 분해되므로 모두 차광성 피복 대상이다. 철분은 물과 만나면 수소를 발생시키는 금수성이므로 방수성 피복으로 덮는다.

제1류 위험물 중 알칼리금속의 과산화물처럼 두 성질을 함께 가진 것은 차광성과 방수성 피복을 모두 해야 한다.

$NH_4NO_3$

[해설]

분자량이 80인 제1류 위험물 질산염류는 질산암모늄(NH₄NO₃)이다.
14 + 1×4 + 14 + 16×3 = 80

물과 알코올에 잘 녹고, 녹을 때 주위의 열을 빼앗는 흡열 용해라서 수용액 온도가 내려간다(냉각팩의 원리). 급하게 가열하거나 충격을 주면 폭발적으로 분해하므로 가연물과 떨어뜨려 저장한다.

혼동 주의: 질산나트륨(NaNO₃)의 분자량은 85, 질산칼륨(KNO₃)의 분자량은 101이다.

(1) $V = \dfrac{300\,\mathrm{kg}}{1.49\,\mathrm{kg/L}} = 201.34\,\mathrm{L}$

(2) 201.34 L

[해설]

질산은 제6류 위험물로 지정수량이 300 kg이고, 비중 1.49 이상인 것만 위험물로 본다.

질량을 부피로 바꾸려면 밀도(1.49 kg/L)로 나눈다.
V = W ÷ ρ
V = 300 kg ÷ 1.49 kg/L
V ≒ 201.34 L

비중 하한을 썼으므로 이 값은 지정수량이 차지할 수 있는 최대 부피다.

살수설비

[해설]

위험물안전관리법 시행규칙의 옥외저장소 기준에 따르면 인화성 고체·제1석유류·알코올류를 저장하는 곳에는 위험물을 적당한 온도로 유지하기 위한 살수설비 등을 설치해야 한다.

지붕 없는 옥외저장소는 햇볕에 쉽게 달궈지고, 알코올류는 인화점이 낮아(메틸알코올 약 11 ℃) 온도가 오르면 증기가 쉽게 생긴다. 살수설비는 물을 뿌려 용기와 주위를 식혀서 증기가 덜 생기게 한다.

함께 외울 것: 제1석유류·알코올류를 저장하는 곳의 주위에는 배수구와 집유설비도 둔다.