다음 수소 제조의 석유분해법에서 수증기 개질법의 원료로 가장 적당한 것은?
- 원유
- 중유
- 경유
- 나프타
정답과 해설 보기
정답 ④ · 수증기 개질법에 적합한 원료를 묻는 문제이다. 수증기 개질법은 니켈 계열 촉매를 사용하므로 촉매 독성 물질인 황 함량이 적고 반응성이 좋은 원료가 적합하며, 대표적으로 나프타와 천연가스가 사용된다.
수증기 개질법은 황 함량이 적고 반응성이 좋은 원료가 필요하므로 나프타나 천연가스가 가장 적합하다.
개념 한 쪽
가스기능장 고압가스 — 압축·액화·용해의 저장 방식
고압가스는 상온에서 저장 방식에 따라 압축가스, 액화가스, 용해가스로 구분된다는 사실이 기본 개념이다. 각 분류는 저장 상태와 취급 방법에 차이가 있어 안전관리와 설비 설계에 영향을 준다. 시험에서는 가스의 종류와 그에 맞는 저장·제조법을 구별하는 문항이 자주 출제된다는 점을 염두에 둔다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「고압가스」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 수증기 개질법 원료 판별 | 1 | 수증기 개질법에 적합한 원료의 성질을 고르기 |
| 질산제조 초기반응식 확인 | 1 | 암모니아 산화의 제1단계 반응식을 선택하기 |
| 공업적 제법과 명칭 매칭 | 1 | 암모니아 제조 공정 명칭과 그 원리를 연결하기 |
뜻
고압가스는 상온에서의 저장 형태로 크게 세 가지로 분류한다. 첫째, 압축가스는 상온에서 기체 상태로 압축하여 저장하는 가스로서 질소, 수소, 산소 등이 여기에 해당한다. 이들은 압력용기의 설계와 압력 관리가 중요하다.
둘째, 액화가스는 상온에서 압력을 가하면 액화되는 성질을 이용해 저장하는 가스로서 프로판, 부탄, 암모니아 등이 대표적이다. 액화 상태로 저장하면 부피가 줄어들어 저장과 운송이 용이하다는 점이 특징이다.
셋째, 용해가스는 고압 상태에서 불안정하거나 폭발 위험이 있는 특정 가스를 용해매질에 녹여 저장하는 방식이다. 아세틸렌은 고압에서 폭발성이 강하므로 용기 내부에 다공성 물질을 채우고 그 틈새에 아세톤을 채워 아세틸렌을 용해시켜 저장한다. 이러한 저장 방식은 아세틸렌의 고압 저장 시 안전 확보를 위한 핵심 조치이다.
고압가스의 분류를 혼동하지 않는 것이 중요하다. 예로 암모니아와 프로판은 상온에서 액화 가능한 특성을 근거로 액화가스로 분류하고, 질소는 상온에서 기체로 존재하므로 압축가스로 분류한다. 아세틸렌만이 용해가스의 대표 사례로 자주 다뤄진다.
예제
시험에서는 특정 가스를 제시하고 어느 저장 방식에 해당하는지 묻는 문제가 자주 출제된다. 예컨대 보기들에 암모니아, 프로판, 질소, 아세틸렌이 있을 때 아세틸렌만 용해가스에 해당한다고 답하면 정답을 얻는다. 아세틸렌의 저장법(다공성 충전물과 아세톤에 용해)만이 용해가스의 특징을 설명하므로 이를 기억하면 오답 소거가 쉬워진다.
대표 기출 3문항
암모니아를 사용하여 질산제조의 원료를 얻는 반응식으로 가장 옳은 것은?
- 2NH3 + CO → (NH3)2CO + H2O
- 2NH3 + HNO3 → NH4NO3
- 2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
- 4NH3 + 5O2→ 4NO + 6H2O
정답과 해설 보기
정답 ④ · 암모니아를 원료로 질산을 제조하는 공정의 반응식을 고르는 문제이다. 질산 제조는 옥스웰드법(암모니아 접촉 산화법)을 이용하며, 그 첫 단계는 암모니아를 백망 촉매 하에서 공기 중 산소로 산화시켜 일산화질소와 물을 얻는 반응이다.
암모니아 산화법(옥보법)의 첫 단계는 암모니아와 산소가 촉매 하에 반응하여 일산화질소와 물을 생성하는 것이다.
암모니아의 공업적 제법 중 하버-보시법에 해당하는 것은?
- 석탄 고온건류에서 얻어진 암모니아
- 석회질소를 과열 수증기로 분해시켜 얻어진 암모니아
- 수소와 질소를 직접 반응시켜 얻어진 암모니아
- 염화암모니아 용액에 소석회액을 넣어서 얻어진 암모니아
정답과 해설 보기
정답 ③ · 암모니아의 공업적 제법 중 하버-보시법에 해당하는 것을 고르는 문제이다. 하버-보시법은 질소와 수소를 촉매 존재 하에 고온·고압 조건에서 직접 반응시켜 암모니아를 합성하는 대표적인 공업적 제법이다.
하버-보시법은 고온·고압 조건에서 수소와 질소를 직접 합성하여 암모니아를 제조하는 공업적 제법입니다.
자주 묻는 물음
- 고압가스의 세 가지 분류는 무엇인가?
- 압축가스, 액화가스, 용해가스로 나눈다. 압축가스는 상온에서 기체를 압축해 저장하는 가스이고, 액화가스는 상온에서 압력에 의해 액화되는 가스이며, 용해가스는 불안정한 가스를 용해매질에 녹여 저장하는 방식이다.
- 아세틸렌은 왜 용해가스로 저장하나?
- 아세틸렌은 고압에서 매우 불안정하여 폭발 위험이 크므로 용기 내부에 다공성 물질을 채우고 아세톤을 채운 틈새에 아세틸렌을 용해시켜 저장함으로써 고압 상태에서도 안정적으로 보관한다.
- 암모니아와 질소는 각각 어떤 분류에 속하나?
- 암모니아는 상온에서 압력을 가하면 액화되는 성질이 있어 액화가스로 분류하고, 질소는 상온에서 기체 상태로 압축하여 저장하는 압축가스에 해당한다.
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