24-3금속나트륨 57.5 g 을 표준상태에서 남김없이 태우려 한다. … | 2024년 위험물기능사실기(필답형) 3회차 기출문제 상세 페이지

(1) 14 L

(2) 66.67 L

[해설]

나트륨은 제3류 위험물(지정수량 10 kg)로, 공기 중에서 타면 산화나트륨이 된다. 먼저 계수를 맞춘 연소반응식을 세운다.

$\mathrm{4Na + O_2 \rightarrow 2Na_2O}$

식에서 나트륨 4몰이 탈 때 산소 1몰이 든다는 몰비를 얻는다. 주어진 나트륨의 몰수는

$n_{\mathrm{Na}} = \dfrac{57.5\ \mathrm{g}}{23\ \mathrm{g/mol}} = 2.5\ \mathrm{mol}$

이므로 필요한 산소는

$n_{\mathrm{O_2}} = 2.5 \times \dfrac{1}{4} = 0.625\ \mathrm{mol}$

이다. 표준상태($0\ ^\circ\mathrm{C}$, 1기압)에서 기체 1몰은 22.4 L 를 차지하므로

$V_{\mathrm{O_2}} = 0.625 \times 22.4 = \mathbf{14}\ \mathrm{L}$

가 된다.

(2) 공기는 산소를 부피로 21 % 만 품고 있다. 같은 양의 산소를 얻으려면 공기는 그만큼 더 있어야 하므로 부피분율로 나눈다.

$V_{\mathrm{air}} = \dfrac{14}{0.21} = \mathbf{66.67}\ \mathrm{L}$

공기의 부피를 구할 때 0.21 을 곱하는 실수가 잦다. 공기가 산소보다 많아야 한다는 사실만 떠올리면 나눗셈이라는 것이 바로 잡힌다.

덧붙이면 나트륨은 물과 만나면 수소를 내며 발열하므로($\mathrm{2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2}$) 등유·경유 속에 담가 보관하고, 화재에는 물이 아니라 마른모래·건조된 소금·탄산수소염류 분말을 쓴다.