23-2톨루엔 9.2 g을 남김없이 태우려면 공기가 몇 L 필요한지 구… | 2023년 위험물기능사실기(필답형) 2회차 기출문제 상세 페이지

96 L

[해설]

연소반응식부터 세운다. 톨루엔은 $\mathrm{C_6H_5CH_3}$($\mathrm{C_7H_8}$)이므로

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

이다. 톨루엔 1몰을 태우는 데 산소가 9몰 필요하다는 뜻이다.

톨루엔의 분자량은 $(12 \times 7) + (1 \times 8) = 92$ 이므로

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

필요한 산소는 $0.1 \times 9 = 0.9\,\mathrm{mol}$ 이고, 0 ℃·1기압에서 기체 1몰의 부피는 22.4 L이므로

$V_{\mathrm{O_2}} = 0.9 \times 22.4 = 20.16\,\mathrm{L}$

공기 중 산소가 21 vol%이므로 필요한 공기의 부피는

$V_{\mathrm{air}} = \dfrac{20.16}{0.21} = \mathbf{96}\,\mathrm{L}$

즉 96 L다.

이 문제에서 20.16 L는 연소로 생성되는 산소가 아니라 연소에 소비되는(필요한) 산소량이다. 방향을 반대로 잡으면 식은 같아도 설명이 틀어지니 주의한다. 또 부피 대신 질량을 물으면 공기의 평균분자량 29를, 표준상태가 아닌 온도·압력이 주어지면 $PV = nRT$ 를 써야 한다.