다음 중 가스의 성질을 바르게 나타낸 것은?
- 산소는 가연성이다.
- 일산화탄소는 불연성이다.
- 수소는 불연성이다.
- 산화에틸렌은 가연성이다.
정답과 해설 보기
정답 ④ · 문항은 여러 기체의 가연성 여부를 올바르게 분류하는지를 묻고 있다. 산소는 자체로 연소하는 물질이 아니라 연소를 돕는 산화제로 비가연성에 해당하고, 일산화탄소와 수소는 대표적인 가연성 연료이다.
산소는 가연성 물질이 아닌 연소 보조제이므로, 산화에틸렌이 유일한 가연성 가스이다.
개념 한 쪽
가스산업기사 고압가스 — 가스의 성질과 혼합가스 성분비
가스는 종류마다 연소성과 임계온도가 다르고, 여러 가스가 섞이면 성분비를 어떻게 표현하느냐에 따라 값이 달라진다. 가연성과 불연성을 가르고, 혼합가스의 밀도와 압력, 성분비 표현을 계산으로 확인한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「고압가스」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 가스 성질의 가연성 판별 | 1 | 산소와 산화에틸렌의 연소 성질을 가려내기 |
| 혼합가스 압력 계산 | 1 | 성분별 몰수와 부분압을 합산해 총압 구하기 |
| 임계온도와 액화 가능성 판단 | 1 | 임계온도와 상온을 비교해 액화 여부 판정 |
뜻
가스의 성질은 연소 여부로 크게 갈린다. 산소는 스스로 타지 않고 다른 물질의 연소를 돕는 보조제이며, 일산화탄소와 수소는 잘 타는 가연성 가스이다. 산화에틸렌은 인화점이 낮고 폭발 한계가 넓은 대표적인 가연성 가스이다. 염소는 유독한 녹색 기체이고, 질소는 조연성이 아닌 불활성 기체이다.
임계온도는 가압만으로 액화가 가능한 가장 높은 온도이다. 이 온도보다 높으면 아무리 압력을 높여도 액체가 되지 않는다. 메탄의 임계온도는 약 -82℃로 상온보다 낮아 상온에서 액화가 불가능하고, 그래서 압축 가스로 취급된다. 수소와 질소도 임계온도가 매우 낮아 상온 액화가 불가능하며, 이산화황은 임계온도가 높아 상온에서 액화가 가능하다.
천연가스는 메탄을 주성분으로 하는 탄화수소 혼합가스이다. 액화석유가스보다 액화가 어렵고 발열량이 크다. 기체 연료는 연소성이 뛰어나 조절이 간단하고 자동화에 적합하지만, 화염의 방사율이 작아 복사 열전달이 적다.
혼합가스의 성분비 표현에서 몰분율, 압력분율, 부피분율은 이상기체 가정에서 서로 같은 값을 가진다. 질량분율만 각 성분의 분자량에 따라 달라져 다른 값을 갖는다. 혼합가스의 밀도는 성분 밀도의 몰분율 가중평균으로 구하고, 혼합가스의 전체 압력은 각 성분의 부분압을 합해 구한다.
인화점 측정법은 개회식과 폐회식으로 나뉜다. 타그법은 개회식, 펜스키 마르텐스법과 에벨펜스키법은 폐회식에 해당한다. 봄브법은 인화점이 아니라 발화점을 측정하는 방법이다.
예제
프로판과 부탄의 혼합가스 밀도가 표준상태에서 2.25 kg/m³일 때 프로판의 조성을 구한다. 프로판은 분자량 44이므로 밀도가 약 1.964 kg/m³, 부탄은 분자량 58이므로 약 2.589 kg/m³이다. 프로판의 비율을 x라 하면 1.964x + 2.589(1-x) = 2.25가 되고, 이를 풀면 x는 약 0.5428, 즉 약 54.28%이다.
용적 15m³인 용기 속에 공기와 증기가 각각 20kg, 5kg 들어 있고 온도가 50℃일 때, 혼합가스의 압력은 성분별 몰수와 부분압을 합산해 구한다. 각 성분의 질량을 가스정수로 나누어 몰수를 얻고, 이상기체 상태방정식을 성분마다 적용해 부분압을 구한 뒤 모두 더한다.
대표 기출 3문항
공기 20kg과 증기 5kg이 15m³의 용기속에 들어있다. 만약 이 혼합가스의 온도가 50℃라면 혼합가스의 압력은 몇 kg/cm² 이겠는가? (단, 공기와 증기의 가스 정수는 각 29.5, 47.0 kg· m/kg· K 이다.)
- 1.776 kg/cm²
- 1.270 kg/cm²
- 0.987 kg/cm²
- 0.386 kg/cm²
정답과 해설 보기
정답 ① · 문항은 혼합기체의 총압을 부분압 합으로 계산하는 방법을 묻고 있다. 각 성분의 질량을 해당 기체 정수로 나누어 몰수에 해당하는 값을 구한 뒤 이상기체 상태방정식 PV = nRT를 적용하거나 부분압을 합산하면 된다.
각 성분의 질량을 가스정수로 나누어 몰수를 구한 후, 이상기체 상태방정식 PV=nRT로 전체 압력을 계산한다.
기체의 임계온도에 관한 다음 사항 중 맞는 것은?
- 수소는 임계온도가 높으나 상온에서는 액화가 불가능하다.
- 질소는 임계온도가 낮지만 상온에서 액화가 가능하다
- 메탄은 임계온도가 낮으며 상온에서는 액화가 불가능하다.
- 이산화황은 극저온에 가압하여야만 액화가 가능하다.
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문항은 임계온도 개념과 특정 기체들의 상온 액화 가능성을 묻고 있다. 임계온도보다 높은 온도에서는 아무리 가압해도 액화시킬 수 없고, 메탄은 임계온도가 상온보다 훨씬 낮아 상온에서 단순 압축으로 액화가 불가능하다.
임계온도 이하에서만 가압하여 액화가 가능하며, 메탄은 임계온도가 낮아 상온에서는 액화가 불가능하다.
자주 묻는 물음
- 산소는 가연성 가스인가요?
- 산소는 스스로 타지 않고 연소를 돕는 보조제이므로 가연성 물질이 아니다. 일산화탄소와 수소는 가연성, 질소는 불활성으로 구분한다.
- 메탄이 상온에서 액화되지 않는 이유는 무엇인가요?
- 메탄의 임계온도가 약 -82℃로 상온보다 낮기 때문이다. 임계온도보다 높은 온도에서는 압력을 높여도 액화가 되지 않는다.
- 혼합가스 성분비에서 몰분율과 질량분율은 왜 다른가요?
- 이상기체에서 몰분율, 압력분율, 부피분율은 같은 값을 갖는다. 질량분율은 각 성분의 분자량에 따라 달라져 다른 값을 갖는다.
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