개념 한 쪽
가스의 기본 특성은 연소 생성물과 밀도, 폭발 한계로 갈린다. 수소는 탄소가 없어 물만 만들고, 메탄은 고온에서 수증기와 반응해 합성가스를 만든다. LP Gas는 공기보다 무거워 바닥에 고인다.
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출제기준 단원 「기타 가스」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 가스별 기본특성 판별 | 1 | 산화에틸렌의 분해폭발성 등 각 기체 고유 성질 가리기 |
| 수소 성질 오답 찾기 | 1 | 탄소 부재로 일산화탄소가 안 생긴다는 점 가리기 |
| 메탄 개질 반응 확인 | 1 | 고온 수증기 반응 생성물과 폭발 한계 판단하기 |
가스의 기본특성은 각 기체의 물리적·화학적 성질을 구분하는 데서 출발한다. 염소는 유독한 녹색 기체이고, 질소는 조연성이 아닌 불활성 기체이다. 산화에틸렌은 기체 상태에서 분해폭발성이 있는 물질이다. 일산화탄소가 수분과 혼합되어 중합폭발을 일으킨다는 설명은 성립하지 않는다.
수소는 환원제로 작용하여 고온에서 금속 산화물로부터 산소를 빼앗아 금속으로 만든다. 고온 고압에서는 철과 반응하여 철 속의 탄소를 빼앗는 탈탄작용을 한다. 수소와 염소를 혼합한 기체에 빛을 비추면 폭발적으로 반응하여 염화수소를 만든다. 수소는 탄소 원자를 포함하지 않으므로 연소 생성물은 물이며, 불완전 연소를 해도 일산화탄소가 생기지 않는다.
메탄은 고온에서 수증기와 반응하여 일산화탄소와 수소를 생성하는 개질 반응이 일어난다. 메탄의 폭발 한계는 약 5~15% 범위이고, 공기 중 60% 농도는 연소할 산소가 부족해 폭발 범위를 벗어난다. 메탄은 연료성 가스이며 무수분 상태에서는 부식성이 없다.
LP Gas는 프로판과 부탄으로 이루어진 액화석유가스이다. 프로판과 부탄의 분자량이 공기의 평균 분자량보다 커서 공기보다 무겁다. 따라서 누출되면 공기 중으로 퍼지지 않고 바닥이나 낮은 곳에 고인다. LP Gas는 단위 질량당 발열량이 높고 인화성이 매우 강해 작은 불꽃에도 폭발한다. 금수성 물질이므로 흡수하여 발화한다는 설명은 LP Gas의 특성이 아니다.
화염 사출율은 연료 중 탄소 함량이 높을수록 커진다. 연소 과정에서 생기는 미세한 탄소 입자가 고온에서 빛을 내는 백열 현상이 복사 에너지를 늘리기 때문이다. 아세틸렌은 탄소 비율이 높아 밝은 불꽃을 내고, 수소는 탄소 입자가 없어 거의 보이지 않는 청색 불꽃을 낸다.
대표 계산은 API도이다. 공식은 141.5 ÷ 비중 − 131.5 이다. 비중 0.95를 대입하면 141.5 ÷ 0.95 ≈ 148.95 이고, 여기서 131.5를 빼면 약 17.45가 된다. 비중이 작을수록 API도가 커진다.
또 하나는 프로판 부피 환산이다. 프로판(C3H8)의 분자량은 44이고, 10kg은 약 227.3mol에 해당한다. 이상기체 상태방정식 PV=nRT에 T=15℃와 주어진 압력 조건을 대입하면 부피는 약 5.3m³로 도출된다. 표준상태 부피 약 5.09m³에서 온도 상승에 따른 부피 증가를 보정하면 값을 빠르게 추정할 수 있다.
가스의 기본특성에 관한 설명 중 옳은 것은?
정답 ③ · 문제는 여러 기체의 특성 중 옳은 진술을 찾는 문제이다. 산화에틸렌은 기체 상태에서 분해나 자기촉발로 인한 분해폭발성을 나타낼 수 있어 해당 선택지는 옳다.
산화에틸렌은 기체 상태에서 분해폭발성이 있으며, 다른 보기들은 물성이나 연소 특성을 잘못 설명하고 있다.
수소의 성질을 설명한 것 중 틀린 것은?
정답 ② · 문제는 수소의 성질 진술 중 틀린 것을 찾는 문제이다. 수소는 강한 환원제로서 고온에서 금속산화물을 환원하고, 고온·고압에서 일부 금속과 탈탄작용을 일으키며 염소와 혼합하면 광분해나 광발화에 의해 폭발적으로 반응할 수 있다는 특성이 있다.
수소는 완전 연소 시 물을 생성하며 일산화탄소를 생성하지 않으며, 환원제, 탈탄제, 염소와 폭발 반응하는 성질을 가진다.
다음 메탄가스의 설명에 관한 내용 중 옳은 것은?
정답 ① · 문항은 메탄의 성질 중 옳은 진술을 묻고 있다. 메탄은 고온에서 수증기와 반응하여 일산화탄소와 수소를 생성하는 증기개질 반응을 일으키므로 해당 설명이 옳다.
메탄은 고온에서 수증기와 반응하여 일산화탄소와 수소를 생성하는 개질 반응이 일어난다.
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