개념 한 쪽
비중 문제는 「공기(1.0)보다 무거운가」가 전부다. 프로판 1.5·염소 2.5·포스겐 3.4은 바닥에 체류하고 수소·아세틸렌·암모니아는 떠오른다. 아르곤의 불활성(수은과 무반응)도 같은 세트의 함정으로 반복된다.
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출제기준 단원 「밀도, 비중」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 밀도 계산 | 1 | 프로판 몰질량과 몰부피로 표준상태 밀도 구하기 |
| 분류 기준 구분 | 1 | 가연성 분류가 아닌 물리적 상태 분류 가려기 |
| 압력 변화 계산 | 1 | 등용적 과정에서 온도 상승에 따른 용기 압력 구하기 |
가스의 비중은 분자량으로 가늠한다. 공기 비중을 1.0으로 두면 분자량이 큰 가스는 무거워 바닥에 체류한다 — 프로판은 약 1.5, 염소는 약 2.5, 포스겐은 약 3.4로, 이산화탄소처럼 분자량이 큰 가스가 이 편에 속한다. 반대로 수소·아세틸렌·암모니아는 공기보다 가벼워 위로 확산된다. 「무거운 가스로만 된 것」을 고르는 문제에서는 가벼운 가스 하나만 섞여 있어도 그 보기는 탈락이다. 수소는 가장 가벼워 확산이 가장 빠르고 폭발범위도 4~75%로 넓은 연소성 기체다 — 조연성 가스가 아니라는 점이 자주 시험된다.
비중과 함께 가스의 화학적 성질이 짝을 이룬다. 아르곤은 불활성 기체로 수은과도 반응하지 않아 위험 물질을 생성하지 않는다 — 「아르곤이 수은과 반응해 아르곤 수은을 만든다」는 보기는 전형적인 오답이고, 화학적 발화·반응 서술이 옳은 보기와 섞여 나온다. 염소는 불연성, 일산화탄소는 액화하기 어렵고, 산화에틸렌은 폭발 한계가 넓고 분해 시 폭발하는 분해폭발성 가스다. 포스겐의 비점은 8 ℃다.
독성과 연소성의 교집합도 비중 세트와 함께 나온다. 아황산가스(SO2)는 독성·부식성이 강해도 불연성이라 가연성·독성가스에 들지 않지만, 아크릴로니트릴·시안화수소·일산화탄소는 가연성과 고독성을 함께 가진다. 산소는 강력한 산화제라 공기 액화 분리장치에서 가연성 단열재를 쓸 수 없고, 용기 도장은 의료용 백색·일반공업용 녹색으로 구분된다. 독성가스의 허용농도 기준은 100만분의 200(200 ppm) 이하로, 다른 숫자를 둔 보기가 오답이다.
출제 패턴은 세 가지다. ① 무거움 판별 — 분자량을 공기(29 부근 기준)와 비교해 프로판·염소·포스겐은 「바닥 체류」, 수소·아세틸렌·암모니아는 「상승·확산」으로 분류한다. ② 불활성 함정 — 아르곤의 「무반응」을 반응 서술로 바꿔 놓은 보기를 찾는다. ③ 분류 경계 — 「가연성+독성」 목록에서 불연성인 아황산가소를 빼는 문제, 수소를 조연성으로 표현한 문제가 정형 오답이다. 비중 숫자(1.5·2.5·3.4)는 가스 이름과 함께 외우면 보기 소거가 빨라진다.
프로판의 표준 상태에서의 이론적인 밀도는 몇 kg/m³인가?
정답 ② · 프로pane(C3H8)의 분자량은 약 44g/mol이며, 표준 상태(0℃, 1기암)에서 기체 1몰의 부피는 22.4리터입니다. 밀도 계산 시 44g / 22.4L를 수행하면 약 1.96g/L이 도출되며, 이를 kg/m3 단위로 변환하면 1.96이 됩니다.
프로판 분자량 44g을 표준상태 몰부피 22.4L로 나누어 1.96g/L, 즉 1.96kg/m³를 구한다.
가스의 종류를 가연성에 따라 구분한 것이 아닌 것은?
정답 ④ · 가스는 성상에 따라 가연성가스, 조연성가스, 불연성가스 등으로 구분합니다. 반면 압축가스는 가스의 물리적 상태나 저장 방식에 따른 분류로서, 가연성 여부에 따른 분류 기준에 해당하지 않습니다.
가연성 분류는 연소 여부 기준이고 압축가스는 물리적 상태 분류이다.
산소가 충전되어 있는 용기의 온도가 15℃일 때 압력은 15MPa이었다. 이 용기가 직사일광을 받아 온도가 40℃로 상승하였다면, 이때의 압력은 약 몇 MPa이 되겠는가?
정답 ③ · 기체의 법칙 중 샤를의 법칙(등용적 과정)을 적용하여 압력을 계산합니다. P1/T1 = P2/T2 식에 P1=15MPa, T1=288K(15+273), T2=313K(40+273)을 대입하면, P2 = 15 * (313/288) ≈ 16.3MPa가 됩니다.
샤를의 법칙(P1/T1=P2/T2)에 절대온도(K)를 대입하여 등용적 과정의 압력 변화를 계산한다.
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