[위험물 기능장] 제1류 위험물 관련문제

[위험물 기능장] 제1류 위험물 관련문제

위험물 안전관리법 시행령 별표 1에 따른 제1류 위험물(산화성 고체)의 분류는 다음과 같습니다.

위험물			지정수량	위험등급
유별	성질	품명
제1류	산화성 고체	1. 아염소산염류	50kg	I
		2. 염소산염류
		3. 과염소산염류
		4. 무기과산화물
		5. 브롬산염류	300kg	II
		6. 질산염류
		7. 요오드산염류
		8. 과망간산염류	1,000kg	III
		9. 중크롬산염류
		10. 그 밖에 행정안전부령으로 정하는 것	50kg, 300kg 또는 1,000kg	지정수량에 따라 I, II, III등급으로 구분
		11. 제1호 내지 제10호의 1에 해당하는 어느 하나 이상을 함유하는 것

 

▣ 제1류 위험물 (산화성고체) 특성

 제1류 위험물 산화성 고체는 가연성 물질이 아닌 조연성(지연성) 물질입니다. 열, 마찰, 충격 등을 가하면 분해하여 산소를 발생시켜 주변의 가연물의 화재를 폭발적으로 가속시켜 주는 특성이 있습니다.

 일반적으로 제1류 위험물이 저장된 곳에서 화재가 발생하게 되면 주수소화의 냉각효과로 제1류 위험물의 분해온도 이하로 낮추어 화재를 제어할 수 있지만, 제1류 위험물 중 알칼리금속 과산화물(무기과산화물)의 경우 물과 접촉시 열과 산소를 방출하므로 주수소화가 불가능하고 그나마 탄산수소염류 등의 분말소화약제 또는 마른모래, 팽창질석, 팽창진주암에 의한 질식소화효과를 기대할 수 있지만 이마저도 화재초기에만 효과가 있을 뿐 화재가 이미 커진 상태라면 소화효과를 기대하기 어렵습니다.

제1류 위험물 (산화성 고체)
공통특성	- 대부분 무색의 결정 또는 백색의 분말 - 일반적으로 불연성 물질 - 일반적으로 가열 등에 의하여 분해하여 함유하고 있는 산소를 발생(산소공급원) - 일반적으로 가연물, 유기물, 그 밖의 산화되기 쉬운 물질과의 혼합물은 가열, 충격, 마찰 등에 의하여 폭발할 위험성이 있다. 그리고 물과 작용하여 열과 산소를 발생시키는 것도 있다.
저장 및 취급	- 조해성이 있으므로 습기에 주의하며 용기는 밀폐하여 저장한다. - 환기가 양호한 냉암소에 저장한다. - 환원제, 산 또는 화기와 가열 위험이 있는 곳으로부터 멀리한다. - 용기는 밀봉하고 파손에 의한 위험물의 누설에 주의한다.
소화방법	- 제1류 위험물은 분해하면서 산소를 방출하기 때문에 연소가 급격하고 위험물 자체의 분해도 빠르게 진행하게 된다. 따라서, 대량의 물로 냉각하여 분해온도 이하로 내림으로써 위험물의 분해와 가연물의 연소 속도를 억제할 수 있다. - 물과 반응하여 산소를 방출하는 알칼리금속의 과산화물 등에 관련된 화재의 경우 초기단계에서는 탄산수소염류 등을 사용한 분말소화기, 마른모래 등을 이용하여 질식소화 한다.

 

 이런 특성 때문인지 몰라도 기능장 시험에 주로 출제되는 제1류 위험물은 주로 무기과산화물 관련 문제가 출제되고 있습니다.

 

▣ 관련문제

문제 1. 지정수량 50kg, 분자량 78, 비중 2.8인 물질의 명칭과 이물질이 아세트산과 반응 시 화학반응식을 쓰시오.

 

풀이. 물질의 명칭 

1. 우선 지정수량이 50kg인 것으로 해당 물질이 아염소산염류, 염소산염류, 과염소산염류 또는 무기과산화물 중 하나인 것을 알 수 있습니다.

 

2. 분자량 78에서 무기과산화물인 것을 유추할 수 있습니다. 이유는 지정수량 50kg 제1류 위험물 중 무기과산화물을 제외하고 나머지 아염소산염류, 염소산염류, 과염소산염류는 염소(Cl)를 포함하며 염소의 원자량은 35.5이므로 염소를 포함하고 있는 물질들은 138.5(과염소산칼륨), 106.5(염소산나트륨) 등과 같이 분자량이 소수점으로 나오거나 염소 원자를 2개 이상 갖고 있는 물질들은 일반적으로 분자량이 100 이상 큽니다.

 

3. 무기과산화물은 산소 원자가 2개 붙게 되므로 

   78 (물질분자량) - 32(산소원자량*2) = 46이 남게 됩니다.

 

4. 무기과산화물에 산소와 결합된 금속류는 칼륨(K), 나트륨(Na), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg)입니다.

이 중에서 칼륨과 나트륨은 원자 2개씩 나머지 칼슘, 바륨, 마그네슘은 원자 1개가 산소원자 2개와 결합합니다.

 각 금속별 원자량은 

• 칼륨(K) - 39
• 나트륨(Na) - 23
• 칼슘(Ca) - 40
• 바륨(Ba) - 137.3
• 마그네슘(Mg) - 24.3

입니다. (이 중에서 칼륨, 나트륨, 칼슘의 분자량은 외워두는 것이 좋습니다.)

 각 금속별 원자량을 살펴보면 나트륨 원자 2개가 산소원자 2개와 결합하게 되면 분자량 78의 무기과산화물인 과산화나트륨이 만들어 진다는 것을 알 수 있습니다.

 

정리하면 

명칭	화학식	분자량	비중	분해온도
과산화칼륨	K2O2	110	2.9	490℃
과산화나트륨	Na2O2	78	2.8	460℃
과산화칼슘	CaO2	72	1.7	275℃
과산화바륨	BaO2	169.3	1.7	840℃
과산화마그네슘	MgO2	56.3	3

풀이. 아세트산과의 반응

 우선 아세트산의 화학식을 알아야겠습니다. 아세트산은 제4류 위험물 중 제2석유류 수용성 액체로 초산으로도 불리며 시험에도 자주 등장합니다.

 

아세트산(초산) 화학식- CH₃COOH

 

이며 과산화나트륨과의 반응식은

 

Na₂O₂ + 2CH₃COOH -> 2CH₃COONa + H₂O₂

이 됩니다.

 

 여기서 기억을 해야 하는 것은 과산화나트륨의 나트륨 원자와 아세트산의 수소원자 자리가 바뀌며 과산화수소(H2O2)가 발생한다는 것입니다.

 이런 반응은 과산화칼륨과 아세트산과의 반응에 똑같은 방식으로 이루어집니다.

 

K₂O₂ + 2CH₃COOH -> 2CH₃COOK + H₂O₂

 

답. 

1) 물질의 명칭: 과산화나트륨 (Na₂O₂)

2) 반응식: Na₂O₂ + 2CH₃COOH -> 2CH₃COONa + H₂O₂

 

 

문제 2. 제1류 위험물인 과산화칼륨과 다음 물질의 반응식을 쓰시오.

㉮ 물:

㉯ 탄산가스:

㉰ 초산:

㉱ 염산:

 

풀이 및 답.

㉮ 물:

물과의 반응식

2K₂O₂ + 2H₂O -> 4KOH + O₂

 

㉯ 탄산가스:

탄산가스(이산화탄소)와 반응

2K₂O₂ + 2CO₂ -> 2K₂CO₃ + O₂

 

㉰ 초산:

초산(아세트산)과 반응

K₂O₂ + 2CH₃COOH -> 2CH₃COOK + H₂O₂

 

㉱ 염산:

염산과 반응

K₂O₂ + 2HCl -> 2KCl + H₂O₂

 

문제 3. 분해온도가 400℃이고 비중이 2.1, 물과 글리세린에 잘 녹으며 흑색화약의 원료로 사용하는 제1류 위험물에 대하여 다음 물음에 답하시오.

㉮ 화학식

㉯ 지정수량

㉰ 위험등급

㉱ 1기압, 400℃에서 이 물질 202g이 분해하였을 때 생성되는 산소의 부피[ℓ]는?

 

풀이 및 답.

제1류 위험물 중 흑색화약과 관계된 물질은 질산칼륨(KNO₃)입니다.

질산칼륨은 질산염류 중 하나로 주요 물성은 다음과 같습니다. (㉮ ~ ㉰의 답)

화학식	지정수량	위험등급	분자량	비중	분해온도
KNO3	300kg	II	101	2.1	> 400℃

㉱ 이 물질(질산칼륨) 202g이 이 분해를 한다는 것은 질산칼륨의 분자량(101)을 기준으로 질산칼륨 2mol이 분해를 한다는 것이며, 질산칼륨의 분해식은

 

 2KNO₃  ->  2KNO₂ + O₂   

(※암기- 제1류 위험물은 조연성 물질로 분해 시 산소(O₂)가 발생한다는 것을 생각하고 식을 외웁니다.)

 

 (1) 질산칼륨의 분해식에서 질산칼륨 2mol이 분해를 하게 되면 산소 1mol이 발생하는 것을 알 수 있습니다.

 (2) 1기압, 400℃에서 산소(O₂) 1mol의 부피를 이상기체상태 방정식을 이용하여 풀면

 

PV = nRT (이상기체상태방정식)
P: 압력[atm],  V: 부피[ℓ],  n: 몰수,  R: 기체상수(0.082)  T: 절대온도[K]

1atm × V = 1 × 0.082 × (273 + 400)이 되며 답은 약 55.22ℓ 가 됩니다. 

 

문제 4. 분자량 138.5, 비중 2.5, 융점 610℃, 지정수량 50kg인 제1류 위험물의 다음에 대해 답하시오.

㉮ 화학식

㉯ 분해반응식

㉰ 운반 시 주의사항

 

풀이 및 답.

 우선 분자량 138.5에 지정수량 50kg의 제1류 위험물이라는 정보를 가지고 바로 과염소산칼륨(KClO₄)를 떠올릴 수 있으면 가장 좋으나 그렇지 못한다면 위의 정보에서 하나씩 유추를 합니다.

 

 1) 제1류 위험물, 지정수량 50kg  ▷▶  아염소산염류, 염소산염류, 과염소산염류, 무기과산화물

 2) 분자량 138.5  ▷▶ 염소 (Cl, 원자량 35.5)가 포함된 것 ▷▶ 아염소산염류, 염소산염류, 과염소산염류

 3) 문제의 분자량 138.5 에서 염소 원자량 35.5를 제외한 103에서 산소원자량 16을 나트륨(Na, 원자량 23) 또는 칼륨(K, 원자량 39)의 원자량이 나올 때까지 N번 빼줍니다.

 4) 103 - (16 × 4) = 39, 이 문제의 위험물은 칼륨 1, 염소 1, 산소 4개가 결합된 과염소산칼륨(KClO₄) 입니다.

 5) 염소산염류는 염소와 결합된 산소의 개수에 따라 아염소산(ClO₂), 염소산(ClO₃), 과염소산(ClO₄)으로 구분됩니다.

 6) 염소 앞에 붙는 나트륨, 칼륨 외에 다른 것은 고려할 필요가 없나? ▷▶ 시험에 가장 많이 나오는 염소산염류의 금속물질은 나트륨과 칼륨이며, 칼슘(Ca, 원자량 40), 아연(Zn, 원자량 65.4), 바륨(Ba, 원자량 147.3) 등이 붙을 수 있지만 결합되는 염소와 산소의 수가 많아 문제의 분자량 보다 훨씬 크거나 염소가 짝수로 결합되어 분자량에 소수점이 없어집니다. (예, 염소산칼슘 - Ca(ClO₃)₂)

 

그러므로 답은,

㉮ 화학식: KClO₄

㉯ 분해반응식:  KClO₄  ->  KCl + 2O₂

㉰ 운반 시 주의사항: 화기· 충격주의, 가연물접촉주의

 

문제 5. 제1류 위험물 중 비중이 2.7, 분자량 158이고 외관은 흑자색 결정이며 물과 알코올에 녹으면 진한보라색을 나타내는 물질에 대하여 답하시오.

㉮ 명칭과 지정수량

㉯ 240℃에서 분해반응식

㉰ 묽은 황산과 반응식

㉱ 진한 황산과 반응 시 생성되는 물질

 

풀이 및 답

 제1류 위험물의 공통적인 특성 중 하나는 일반적으로 무색의 결정 또는 백색의 분말이라고 했습니다. 하지만 예외적인 것들도 있으니 지정수량이 1,000kg인 과망간산염류, 중크롬산염류 등이 여기에 속합니다.

품명	물질명	색깔
과망간산염류	과망간산칼륨(KMnO4)	흑자색
	과망간산나트륨(NaMnO4)	적자색
중크롬산염류	중크롬산칼륨(K2Cr2O7), 중크롬산나트륨(Na2Cr2O7) 등	등적색

 

㉮ 외관은 흑자색 결정이고 물에 녹으면 진한 보라색이라고 하였으니 과망간산칼륨으로 생각할 수 있겠지만 과망간산나트륨의 적자색도 보라색 계열이므로 약간의 찝찝함이 남는 경우 분자량을 계산해서 찝찝함을 없애줍니다.

 

각 분자량은

• 칼륨(K) - 39
• 나트륨(Na) - 23
• 망간(Mn) - 55
• 산소(O) -16

1) 과망간산칼륨 (KMnO₄)

KMnO₄ = 39 + 55 + (16 × 4) = 158

 

2) 과망간산나트륨 (NaMnO4)

NaMnO4 = 23 + 55 + (16 × 4) = 142

 

문제에서 분자량 158이라고 했으니 해당 물질은 과망간산칼륨(KMnO₄)이 되며,

과망간산염류의 지정수량은 1,000kg 입니다.

 

㉯ 분해반응식

2KMnO₄ → K₂MnO₄ (망간산칼륨)+ MnO₂ (이산화망간)+ O₂

 

㉰ 묽은 황산과의 반응식

4KMnO₄ + 6H₂SO₄ → 2K₂SO₄ + 4MnSO₄ + 6H₂O + 5O₂

 

㉱ 진한 황산과 반응 시 생성되는 물질

2KMnO₄ + H₂SO₄ → K₂SO₄ (황산칼륨) + 2HMnO₄ (과망간산)

 

※과망간산나트륨의 분해반응식 등은 과망간산칼륨의 분해반응식 등의 칼륨 자리에 칼륨 대신 나트륨을 넣어주면 됩니다.

위의 내용 중 잘못된 점이나, 다른 의견 있으신 분은 댓글 달아주시면 감사하겠습니다 :)