개념 한 쪽
가스는 연소 특성과 성분, 비중, 폭발성 혼합 가스 형성 여부에 따라 성질이 달라진다. 기체 연료의 연소 조절과 천연가스의 주성분, 프로판의 완전연소 반응, 가스 분류와 석유정제 부생가스의 성질을 함께 살핀다.
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출제기준 단원 「압축가스」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기체 연료 특성 판별 | 1 | 기체 연료의 연소 조절과 화염 방사율 등 특성을 판별한다 |
| 천연가스 성질 판별 | 1 | 천연가스의 주성분과 액화 용이성을 비교하여 판별한다 |
| 프로판 연소 반응 판별 | 1 | 프로판 완전연소에 필요한 산소 몰수와 생성물을 판별한다 |
기체 연료는 연소성이 뛰어나 연소 조절이 간단하고 자동화가 용이하다. 기체 연료의 화염은 방사율이 작아 복사 열전달이 적다. 단위 체적당 발열량은 액체나 고체보다 낮아 저장 시설이 작아도 된다. 기체 연료는 연소가 깨끗해 분진과 매연이 적고, 연소 조건에 따라 질소산화물 생성이 상대적으로 적을 수 있다.
천연가스는 메탄을 주성분으로 하는 탄화수소 혼합 가스이다. 천연가스는 상온 상압에서 기체 상태이며, 액화석유가스보다 액화하기 어렵다. 천연가스는 공기보다 가벼워 누출 시 상공으로 빠르게 확산되지만, 적정 농도 범위에서 불꽃이 닿으면 폭발할 수 있다. 천연가스의 발열량은 수성가스보다 크다.
프로판은 화학식 C3H8로 나타낸다. 프로판의 완전연소 반응식은 C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O이므로 프로판 1몰당 산소 5몰이 필요하다. 생성물은 이산화탄소와 물이다. 프로판은 공기보다 무겁고, 상온에서도 압력을 가하면 액화시킬 수 있다.
가스의 비중은 분자량과 관련된다. 염소의 분자량은 약 71로, 메탄의 약 16, 프로판의 약 44, 이산화탄소의 약 44보다 크다. 따라서 제시된 가스 중 염소의 비중이 가장 크다. 아르곤은 불활성 기체라 공기와 섞여도 연소·폭발을 일으키는 혼합물을 만들지 않는다. 도시가스, 암모니아, 일산화탄소는 연소성 가스로 폭발성 혼합 가스를 형성할 수 있다.
가스 분류에서 4A부터 13A까지의 숫자는 웨버지수를 의미한다. 석유정제 과정에서는 탄화수소인 메탄, 프로판, 부탄 등이 부생가스로 발생하지만, 질소 화합물인 암모니아는 일반적으로 발생하지 않는다. 폭굉유도거리는 최초의 느린 연소가 폭굉으로 발전할 때까지의 거리이며, 단위시간당 거리는 속도를 의미하므로 거리가 아니다.
프로판의 완전연소를 식으로 맞추면 C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O가 된다. 이 식에서 프로판 1몰을 완전연소하려면 산소 5몰이 필요하고, 생성물은 이산화탄소와 물이 된다. 탄산가스만 생성된다는 설명이나 공기보다 가볍다는 설명은 프로판의 성질과 어긋난다.
가스의 비중을 비교할 때는 분자량을 확인한다. 염소의 분자량은 약 71이고, 메탄은 약 16, 프로판과 이산화탄소는 약 44이다. 제시된 가스 중에서는 분자량이 가장 큰 염소의 비중이 가장 크다.
기체 연료의 특성을 설명한 것이다. 맞는 것은?
정답 ② · 문항은 기체 연료의 특성 중 옳은 것을 고르는 문제이다. 기체 연료는 연소 반응이 빠르고 균일하여 연소 조절이 비교적 쉽고 자동화가 용이하다는 장점이 있다.
기체 연료는 연소성이 뛰어나 조절이 간단하고 자동화가 용이하며, 화염 방사율이 작아 복사 열전달이 적다.
다음은 기체연료 중 천연가스에 관한 설명이다. 옳은 것은?
정답 ① · 문제는 천연가스의 특성 중 옳은 것을 묻고 있다. 천연가스의 주성분은 메탄(CH4)으로서 여러 탄화수소가 혼합된 기체 연료라는 설명이 맞다.
천연가스의 주성분은 메탄(CH4)이며, 상온 상압에서 기체 상태이다.
가정용 프로판에 대한 설명중 맞는 것은?
정답 ③ · 문제는 프로판에 대한 진술들 중 옳은 것을 고르는 문제이다. 화학식 C3H8의 완전연소 반응을 세우면 계수 균형으로 C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O가 되어 프로판 1몰당 산소 5몰이 필요함을 알 수 있다.
프로판(C3H8)의 완전연소 반응식은 C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O이므로 산소 5몰이 필요합니다.
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