22-4분말소화약제 가운데 제1종의 주성분인 탄산수소나트륨은 열을 받으… | 2022년 위험물기능사실기(필답형) 4회차 기출문제 상세 페이지

(1) $\mathrm{2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O}$

(2) 18.21 $\mathrm{m^3}$

[해설]

제1종 분말소화약제인 탄산수소나트륨은 약 270 ℃에서 1차로 분해하면서 탄산나트륨과 이산화탄소, 수증기를 내놓는다.

$\mathrm{2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O}$

이때 나오는 이산화탄소와 수증기가 산소를 밀어내 질식소화를, 분해에 열을 빼앗기며 냉각소화를 함께 일으킨다.

이제 부피를 구한다. 탄산수소나트륨의 분자량은 $23 + 1 + 12 + 16 \times 3 = 84$ 이므로 100 kg은

$n_{\mathrm{NaHCO_3}} = \dfrac{100}{84} = 1.1905\,\mathrm{kmol}$

이고, 반응식에서 탄산수소나트륨 2 kmol이 분해될 때 이산화탄소는 1 kmol 나오므로

$n_{\mathrm{CO_2}} = \dfrac{1.1905}{2} = 0.5952\,\mathrm{kmol}$

이다. 이 기체가 1 atm, 100 ℃(= 373 K)에서 차지하는 부피는 이상기체 상태방정식으로 구한다.

$V = \dfrac{nRT}{P} = \dfrac{0.5952 \times 0.082 \times 373}{1} = \mathbf{18.21}\,\mathbf{\mathrm{m^3}}$

이산화탄소의 질량을 먼저 구해 $V = \dfrac{wRT}{PM}$ 로 풀어도 같다. $w = \dfrac{100 \times 44}{2 \times 84} = 26.19\,\mathrm{kg}$ 이므로 $V = \dfrac{26.19 \times 0.082 \times 373}{1 \times 44} = 18.21\,\mathrm{m^3}$ 이다. 다만 중간에 질량을 26.18 kg으로 반올림해 넣으면 18.20, 기체상수를 0.08205로 잡으면 18.22가 나온다. 모두 같은 계산의 자릿수 차이이며, 발문이 지정한 상수로 반올림 없이 계산한 값은 18.21 $\mathrm{m^3}$이다.

제3종만 A급 화재에도 쓸 수 있는 것은, 최종 분해생성물인 메타인산($\mathrm{HPO_3}$)이 탄소 표면에 막을 만들어 산소를 차단하기 때문이다.