가열된 금속분말에 물을 뿌릴때 수소(H2)가 발생하지 않는 것은?
- Co
- Na
- K
- Li
정답과 해설 보기
정답 ① · 가열된 금속분말에 물을 뿌릴 때 수소가 발생하지 않는 금속을 고르는 문제이다. 나트륨, 칼륨, 리튬과 같은 알칼리 금속은 이온화 경향이 크어 상온의 물과도 격렬하게 반응하여 수소를 발생시킨다.
개념 한 쪽
소방설비기사(기계) 연소물질의 성상 — 물질이 타는 방식과 열량 단위
연소물질의 성상은 무엇이 어떻게 타는지로 드러난다. 금속분말은 활성도에 따라 물과 반응해 수소를 내거나 내지 않고, 니트로기를 품은 물질은 외부 산소 없이도 탄다. 열량은 kcal·J·Btu로 오가고, 기체의 양은 표준상태 몰부피 22.4L와 분자량으로 환산한다. 위험성은 인화점과 연소한계의 방향으로 읽는다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「연소물질의 성상」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 물 반응 금속분말 | 1 | 물을 뿌려도 수소가 나오지 않는 금속 고르기 |
| 발화점 용어 | 1 | 점화원을 치워도 계속 타는 최저 온도의 이름 확인 |
| 연소현상 서술 판별 | 1 | 화재 때의 연소 양상 설명에서 빗나간 것 고르기 |
뜻
금속분말과 물의 반응은 활성도 순서로 가른다. 나트륨·칼륨·리튬은 활성이 큰 알칼리 금속으로 물과 격렬히 반응해 수소를 발생시킨다. 코발트는 전이금속으로 수소보다 활성이 낮아 물과 반응하지 않으므로 수소가 나오지 않는다. 같은 금속분말이라도 어떤 금속인지에 따라 결과가 달라진다.
열량 단위는 서로 맞춰 둔다. 1kcal는 약 4186J이고 4.186kJ에 해당한다. 1Btu는 물 1파운드를 화씨 1도 올리는 열량으로 약 252cal다. 298·315·460은 1Btu의 변환값이 아니다. 단위가 섞인 문제에서는 답을 어느 단위로 내는지 먼저 확인한다.
기체의 양은 몰부피와 분자량으로 계산한다. 표준상태(0℃, 1기압)에서 이상기체 1몰은 22.4L를 차지하므로, 11.2L는 0.5몰이다. 질량이 22g이면 분자량은 22 ÷ 0.5 = 44가 된다. 이산화탄소는 분자량이 44g/mol이므로 20g은 20 ÷ 44 ≈ 0.45mol이다.
열이 물질에 미치는 효과는 온도 지수로 커진다. 스테판-볼츠만 법칙에 따라 복사에너지는 절대온도의 네제곱에 비례하므로, 표면의 절대온도가 2배가 되면 복사에너지는 16배가 된다. 3배면 81배다.
연소는 물질의 구조에 따라 형태가 갈린다. 이황화탄소·톨루엔·크실렌처럼 공기 중 산소가 있어야 타는 물질과 달리, 디니트로톨루엔은 니트로기(-NO2)에 산소를 품고 있어 가열되면 분자 내부의 산소로 타는 자기연소가 가능하다. 니트로기·니트레이트기·과산화물처럼 산소를 포함한 관능기를 찾는 것이 판단 기준이다.
화재는 물질의 성상과 무관하게 한자리에 머물지 않는다. 뜨거운 공기의 대류, 열의 복사, 불꽃·연기·비화의 이동으로 확산하고 성장하므로, 기상 조건이나 가연물 상태와 관계없이 고정된다는 설명은 틀리다. 위험성은 연소하한계가 낮을수록, 온도가 높을수록, 연소범위가 넓을수록, 인화점이 낮을수록 커진다. 점화원을 제거한 뒤에도 계속 타는 최저 온도는 연소점이고, 점화원을 제거하면 꺼지는 온도는 인화점이다.
예제
판단은 물질과 단위에서 갈린다. 물에 수소를 내는 금속은 나트륨·칼륨·리튬이고 코발트는 아니다. 1kcal는 4186J, 1Btu는 252cal이며, 표준상태 11.2L가 22g이면 분자량은 44, 이산화탄소 20g은 약 0.45mol이다. 절대온도 2배면 복사에너지는 16배다. 니트로기를 품은 물질은 자기연소이며, 이황화탄소·톨루엔·크실렌처럼 외부 산소가 있어야 타는 물질과 구분한다. 화재는 대류·복사·비화로 확산하므로 고정된다는 설명은 틀리고, 인화점과 연소하한계는 낮을수록 위험하다.
대표 기출 3문항
가연성 액체에 점화원을 가져와서 인화된 후에 점화원을 제거하여도 가연물이 계속 연소되는 최저온도를 무엇이라 하는가?
- 인화점
- 폭발온도
- 연소점
- 자동발화점
정답과 해설 보기
정답 ③ · 가연성 액체에서 점화원 제거 후에도 연소가 지속되는 최저온도를 묻는 용어 문제이다. 점화원에 의해 인화된 뒤 점화원을 제거해도 스스로 증기가 공급되어 계속 타는 최저온도를 연소점이라 하며, 연소점은 인화점보다 높은 값이다.
점화원 제거 후에도 계속 연소되는 최저 온도를 연소점이라고 하며, 인화점은 점화원 제거 시 소멸하는 온도이다.
화재시의 연소현상에 관한 설명으로 적당하지 못한 것은?
- 화재는 가연물의 원료로부터 시작하여 그 연소로 종료된다. 이와 같은 과정을 연소 현상이라 한다.
- 공기는 지상에 널리 존재하고 있으며 공기 중에서 가연물질이 가열되면 연소를 시작한다.
- 가열되어 발생한 화재는 기상이나 가연물의 상태와는 관계없이 이동하지도 않고, 성장하지도 아니한다.
- 연소의 요인으로는 접염, 대류, 복사, 비화 등이 있다.
정답과 해설 보기
정답 ③ · 화재 시 연소현상에 대한 설명 중 적당하지 못한 것을 고르는 문제이다. 화재는 접염, 대류, 복사, 비화 등에 의해 열이 주변으로 전달되면서 주변 가연물로 확산되고 성장하는 동적 현상이다.
화재는 열과 가연물, 산소가 결합하여 대류와 복사를 통해 주변으로 확산되며 성장하고 이동한다.
자주 묻는 물음
- 금속분말에 물을 뿌리면 어떤 금속이 수소를 내나요?
- 활성이 큰 나트륨·칼륨·리튬은 물과 격렬히 반응해 수소를 발생시킵니다. 코발트는 수소보다 활성이 낮은 전이금속이라 물과 반응하지 않으므로 수소가 나오지 않습니다.
- 열량과 기체의 양은 어떤 값으로 바꾸나요?
- 1kcal는 약 4186J이고 1Btu는 약 252cal입니다. 표준상태에서 기체 1몰은 22.4L이므로 11.2L는 0.5몰이며, 질량 22g이면 분자량은 44입니다. 이산화탄소 20g은 44로 나누어 약 0.45mol입니다.
- 물질의 구조에 따라 연소 형태는 어떻게 달라지나요?
- 디니트로톨루엔처럼 니트로기(-NO2)에 산소를 품은 물질은 외부 산소 없이도 타는 자기연소가 가능합니다. 반면 이황화탄소·톨루엔·크실렌처럼 외부 산소가 있어야 타는 물질과는 구분됩니다.
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