개념 한 쪽
가스는 분자량과 화학적 성질에 따라 물리적 거동과 연소 특성이 달라진다. 분자량 비교로 비중을 판단하고, 주요 연료의 완전연소 반응식으로 필요한 산소몰을 산정한다. 또한 천연가스와 LPG의 성분 차이, 석유정제 부산가스의 성질 구분, 기체연료의 일반적 특성 등 기본 개념을 정확히 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「기타 가스」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기체 연료의 특성 판정 | 1 | 기체 연료의 일반적 성질을 가려내기 |
| 천연가스 성분과 특성 식별 | 1 | 천연가스의 주성분과 상태를 묻기 |
| 연소 반응식 및 산소 몰수 계산 | 1 | 연료의 완전연소에서 필요한 산소몰을 계산하기 |
가스의 비중은 분자량 또는 밀도에 의해 결정되며, 분자량이 클수록 공기보다 무거운 경향을 보인다. 예시로 메탄(CH4)은 분자량 약 16, 프로판(C3H8)과 이산화탄소(CO2)는 약 44, 염소(Cl2)는 약 71로 분자량이 가장 크므로 비중이 가장 크다. 따라서 비중 관련 문제는 분자량 비교로 해결한다.
천연가스는 주성분이 메탄(CH4)인 탄화수소 혼합가스이다. 일반적으로 상온·상압에서 기체 상태이며, LPG는 프로판·부탄을 주성분으로 하여 상대적으로 액화가 용이하다는 점에서 구분한다. 석유정제 과정에서 주로 발생하는 가스는 탄화수소 계열의 부생가스로, 암모니아와 같은 질소화합물은 정제 과정에서 일반적으로 많은 양으로 발생하지 않는다.
연료의 연소 관련 지식으로는 연료비와 완전연소 반응식이 중요하다. 고체연료의 연료비는 고정탄소를 휘발분으로 나눈 값으로 정의된다. 프로판의 완전연소 반응식은 C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O이므로 프로판 1몰당 산소 5몰이 필요하다.
기체 연료는 연소성이 좋아 연소 조절과 자동화가 용이하고, 화염의 방사율이 작아 복사 열전달이 적다. 또한 단위 체적당 발열량은 액체나 고체보다 낮은 편이며, 연소가 비교적 깨끗하여 매연이 적다. 연소 관련 용어로는 폭굉유도거리처럼 정의를 정확히 이해해야 하며, 산소는 연료가 아니라 연소를 돕는 산화제라는 점을 구분해야 한다.
- 분자량 비교 예시 보기: CH4(≈16), C3H8(≈44), CO2(≈44), Cl2(≈71)일 때 비중이 가장 큰 가스는 Cl2이다. 분자량이 가장 큰 성분을 선택하면 비중 판단 문제가 해결된다.
- 프로판 완전연소 산소 몰수 계산 예시 반응식 균형 맞추기: C3H8 + xO2 → 3CO2 + 4H2O. 탄소 3개에서 CO2 3몰, 수소 8개에서 H2O 4몰이 생성되므로 산소 원소 수는 CO2(3×2=6) + H2O(4×1=4) = 총 10이며 O2 분자로 보면 10/2 = 5이다. 따라서 프로판 1몰당 O2 5몰이 필요하다.
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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