개념 한 쪽
폭발과 발화가 일어나는 조건과 형태를 묻는 문제다. 자연발화가 쉬워지는 조건과 분해폭발의 세기가 한 축이고, 고체의 연소 형태와 분진폭발의 특징이 다른 축이며, 화학양론 농도 계산과 인화점·착화점의 관계가 세 번째 축이다.
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출제기준 단원 「폭발의 원리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 자연발화 조건 옳지 않음 판정 | 1 | 자연발화가 쉬운 조건의 반대에 해당하는 것을 고른다 |
| 분해폭발 발열량 비교 | 1 | 분해폭발 물질 중 발열량이 가장 큰 것을 고른다 |
| 연소이론 설명 옳지 않음 판정 | 1 | 인화점·착화점 관계 등 연소이론의 잘못을 고른다 |
폭발은 연소의 한 형태로서 격렬한 연소를 의미한다. 그래서 폭발을 이해하려면 발화 조건부터 세운다. 자연발화는 물질 스스로 열을 내어 쌓아 온도가 올라가다 발화하는 현상으로, 표면적이 커서 산소와의 접촉이 활발할수록, 열이 밖으로 새지 않고 축적될수록 잘 일어난다. 열전도율이 크면 열이 밖으로 빠져나가 발화가 억제되므로, 표면적이 작을수록 잘 일어난다거나 열전도율이 클수록 촉진된다는 설명은 반대 조건이다.
분해폭발은 단일 물질이 분해하며 열을 내는 폭발이다. 에너지가 큰 삼중결합을 가진 아세틸렌이 분해폭발 물질 가운데 발열량이 가장 크고, 아세틸렌이 탄소와 수소로 분해되는 반응이 대표 예이다. 연소이론에서는 인화점과 착화점이 서로 무관한 별개의 물성이라는 점을 확인한다. 인화점이 낮다고 착화점까지 반드시 낮아지는 것은 아니므로 이 둘을 묶는 설명은 틀렸다.
고체의 연소 형태는 타는 모양으로 갈린다. 녹아서 증기가 되어 그 증기가 타는 증발연소의 대표 물질은 나프탈렌, 유황, 백린이다. 분진폭발은 가스폭발과 성질이 다르다. 압력의 파급속도가 화염의 파급속도보다 커 국소적인 파괴력이 크고, 점화에너지는 가스폭발보다 크며, 일산화탄소 중독의 위험도 크다.
혼합기의 완전연소 조건은 화학양론 농도로 계산한다. 프로판이 공기 중에서 완전히 타려면 산소 다섯 몰이 필요하므로, 프로판 한 몰에 산소 다섯 몰을 0.21로 나눈 공기량을 더한 전체에서 프로판이 차지하는 비율, 곧 1 나누기 괄호 1 더하기 5 나누기 0.21로 약 4.0 퍼센트가 화학양론 농도이다.
저장탱크 화재의 특수 현상으로 슬롭오버가 있다. 탱크 화재 때 물이나 포를 화염이 왕성한 표면에 방사하면 유분과 수증기 기포가 위험물과 함께 밖으로 흘러넘치는 것이다. 바닥에 고인 물이 끓어올라 넘치는 보일오버와 구분해 답한다.
학습목표: 폭발을 격렬한 연소의 한 형태로 정의할 수 있다.
폭발은 연소의 한 형태로서 격렬한 연소를 의미한다.
NCS 학습모듈 2306010403 화학공정 특성 분석 · 4-1. 화재 폭발 원리 및 예방 방법 검토
자연발화 조건 문제는 표면적과 열 축적의 방향을 확인해 반대로 쓴 보기를 고른다. 분해폭발의 발열량은 삼중결합을 떠올려 아세틸렌으로 답한다. 증발연소는 나프탈렌, 유황, 백린의 셋으로 고정해 답하고, 분진폭발 특징은 압력이 화염보다 빠르고 점화에너지가 크다는 두 가지로 걸러 낸다. 화학양론 농도는 필요 산소 몰수를 세워 0.21로 나눠 공기량을 구한 뒤 연료의 비율을 낸다. 넘침 현상은 방사 위치로 가려 슬롭오버와 보일오버를 나눈다.
다음 중 자연발화가 쉽게 일어나는 조건으로 틀린 것은?
정답 ④ · 자연발화는 물질이 공기 중의 산소와 서서히 반응하여 발생하는 열이 외부로 방출되지 못하고 내부에 축적될 때 온도가 발화점 이상으로 상승하여 일어납니다. 따라서 주위 온도가 높을수록, 발열량과 열 축적이 클수록, 그리고 수분이 존재하여 산화 반응을 촉매할수록 자연발화가 쉽게 일어납니다.
다음 중 분해폭발시 발열량이 가장 큰 것은?
정답 ④ · 분해폭발 시 발열량이 가장 큰 물질을 고르는 문제이다. 분해폭열은 분자 내 축적된 결합에너지가 클수록 커지는데, 아세틸렌은 탄소-탄소 삼중결합을 가지고 있어 C2H2가 2C와 H2로 분해될 때 방출되는 열이 가장 크다.
분해폭열은 삼중결합 에너지가 큰 아세틸렌(C2H2→2C+H2)이 분해폭발 물질 중 가장 크다.
다음 연소이론에 대한 설명으로 틀린 것은?
정답 ② · 연소이론에 대한 설명 중 틀린 것을 고르는 문제이다. 착화온도가 낮을수록, 인화점이 낮을수록, 연소범위가 넓을수록 연소위험이 커진다는 것은 연소위험 평가의 기본 원칙이므로 1, 3, 4번은 모두 옳다.
인화점과 착화점은 서로 무관한 별개의 물성이므로 '인화점이 낮으면 반드시 착화점도 낮다'는 틀린 설명이다.
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