개념 한 쪽
열량 세트는 공식 계산과 가스 성질이 반반이다. 등온가역 팽창은 Q=nRT ln(P1/P2), 웨버지수는 발열량÷√비중, 수소는 폭발범위 4~75%·최경량, 무거운 가스는 프로판·염소·포스겐이 정형 지문이다.
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출제기준 단원 「열량」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 가스 성질 파악 | 1 | 수소의 폭발범위와 확산성 특징 확인 |
| 정의 오답 가려기 | 1 | 독성가스 허용농도 기준 수치의 잘못된 보기 |
| 이중 성질 가스 | 1 | 가연성과 독성을 함께 지닌 가스 고르기 |
열량 계산은 두 공식이 축이다. 이상기체가 등온가역적으로 팽창하며 흡수하는 최대 열량은 계가 한 일과 같아 Q = W = nRT ln(P1/P2)다 — 1 mol, 100 ℃(373 K), 100기압→0.1기압(압력비 1,000)이면 1.987 × 373 × 6.9 ≈ 5,120 cal로, 온도 환산과 로그 계산이 실수 포인트다. 가스 연소성 비교에 쓰는 웨버지수는 발열량을 비중의 제곱근으로 나눈 값이다 — 발열량 9,500 kcal/m³, 비중 0.65면 9,500 ÷ 0.806 ≈ 11,780. 열용량 용어는 비열(단위 질량을 1 ℃ 올리는 열량)·현열(온도만 변화)·잠열(상태 변화)로 구분한다.
가스별 성질은 비중과 연소성으로 묶는다. 수소는 폭발범위가 4~75%로 매우 넓고 모든 가스 중 가장 가벼워 확산이 빠른 연소성 기체다 — 조연성이라는 보기는 틀리고, 수소취성은 고온·고압에서 나타난다. 공기(비중 1)보다 무거워 바닥에 체류하는 가스는 프로판(약 1.5)·염소(약 2.5)·포스겐(약 3.4) 등 분자량이 큰 것들이고, 수소·아세틸렌·암모니아는 가볍다. 아황산가스(SO2)는 독성·부식성이 있어도 불연성이라 가연성·독성가스에 들지 않고, 아크릴로니트릴·시안화수소·일산화탄소는 가연성과 고독성을 함께 가진다.
특수 가스의 물성·표식도 같은 세트에 나온다. 산화에틸렌은 폭발 한계가 넓고 분해 시 폭발하는 분해폭발성 가스이며, 포스겐의 비점은 8 ℃, 염소는 불연성, 일산화탄소는 액화하기 어렵다. 산소는 조연성 가스로 전기분해로도 제조되며, 용기 도장 색은 의료용이 백색·일반공업용이 녹색이다. 공기 액화 분리장치에서 산소가 강력한 산화제라 가연성 단열재를 쓸 수 없는 것도 같은 원리다.
출제 패턴은 세 가지다. ① 공식 대입 — 「등온가역」이 보이면 nRT ln(P1/P2), 「웨버지수」는 발열량÷√비중. 온도는 K 환산부터 한다. ② 성질 매칭 — 수소 「가장 가볍다·폭발범위 4~75%·연소성」, 바닥 체류 가스 「프로판·염소·포스겐」, 불연성 독성가스 「아황산가스」로 분류한다. ③ 함정 — 수소를 「조연성」으로, 산소 용기 색을 반대로(의료용 녹색) 적은 보기가 단골 오답이다. 비중 문제는 공기=1과 분자량 크기를 비교하는 것으로 시작한다.
수소의 특징에 대한 설명으로 옳은 것은?
정답 ② · 수소는 가장 가벼운 기체로 비중이 매우 작아 확산이 빠르며, 공기 중에서의 폭발 범위가 약 4~75%로 매우 넓은 특징이 있습니다. 또한 수소는 연소성 기체이지 조연성 기체가 아니므로 보기 1번은 틀리고, 2번 설명이 정확합니다.
수소는 폭발범위가 넓고(4~75%), 가장 가벼워 확산이 빠르며 연소성 기체이다.
다음 중 가스에 대한 정의가 잘못된 것은?
정답 ③ · 독성가스의 정의에 있어 허용농도 기준은 '100만분의 200 이하'인 가스를 말하며, 보기 3번은 '100만분의 300 이하'라고 잘못 서술하고 있습니다. 액화가스, 가연성가스 등 다른 보기의 정의는 고압가스 안전관리법의 정의와 부합합니다.
고압가스 안전관리법상 독성가스의 허용농도 기준은 100만분의 200 이하이므로 300은 잘못된 기준이다.
다음 중 가연성이면서 독성인 가스는?
정답 ④ · 보기 중 암모니아는 독성 가스이면서 동시에 가연성 가스에 해당합니다. 암모니아는 폭발 하한한(LEL)이 약 15%로 가연 범위를 가지며, 인체에 유해한 독성을 동시에 지니고 있습니다.
암모니아는 가연성(폭발 하한 15%)과 독성을 동시에 지닌 가스이다.
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