15-1(제57회)제2류 위험물인 철분이 다음 물질과 반응할 때의 화학… | 2015년 위험물기능장실기(필답형) 제57회 기출문제 상세 페이지

(1) $\mathrm{Fe} + 2\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{FeCl_2} + \mathrm{H_2}$

(2) $3\mathrm{Fe} + 4\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Fe_3O_4} + 4\mathrm{H_2}$

(3) $4\mathrm{Fe} + 3\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{Fe_2O_3}$

[해설]

세 반응 모두 수소 또는 산화철이 생긴다는 점에서 철분이 왜 가연성 고체(제2류, 지정수량 500[kg])로 다뤄지는지가 드러난다. 특히 (1)·(2)는 수소를 발생시키므로 폭발 위험이 있다.

(1) 염산은 비산화성 산이다. 산의 수소이온이 철을 산화시키는 힘은 $\mathrm{Fe^{2+}}$까지이므로 생성물은 염화철(Ⅱ)이다. 일부 교재에 $2\mathrm{Fe} + 6\mathrm{HCl} \rightarrow 2\mathrm{FeCl_3} + 3\mathrm{H_2}$로 실려 있으나, 원자수 균형은 맞아도 화학적으로는 성립하지 않는다. 설사 $\mathrm{Fe^{3+}}$가 생기더라도 남아 있는 철에 의해 $2\mathrm{FeCl_3} + \mathrm{Fe} \rightarrow 3\mathrm{FeCl_2}$로 환원된다. 진한 질산처럼 산화성 산이라야 $\mathrm{Fe^{3+}}$가 된다.

(2) 고온의 수증기와 철이 반응하면 생성되는 산화물은 자철석($\mathrm{Fe_3O_4}$)이다. 일부 교재의 $2\mathrm{Fe} + 3\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Fe_2O_3} + 3\mathrm{H_2}$는 원자수만 맞춘 식으로, 수증기 조건에서 $\mathrm{Fe_2O_3}$는 얻어지지 않는다.

(3) 공기 중 산화(녹스는 반응)에서는 $\mathrm{Fe_2O_3}$가 생긴다. 반응 조건에 따라 산화물이 달라진다는 점이 (2)와 (3)을 가르는 지점이다.

철분 화재에 물을 뿌리면 (2)의 반응으로 수소가 나오므로 주수소화는 금지이며, 마른모래나 팽창질석 등으로 질식소화한다.