개념 한 쪽
온도 세트는 임계온도의 정의와 절대온도 환산 계산이 축이다. 임계온도는 액화 가능한 최고 온도, 계산은 K=℃+273 변환이 관건이며, 인화온도 -30 ℃의 이황화탄소(CS2)도 정형 지문으로 나온다.
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출제기준 단원 「온도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 비중 비교 | 1 | 공기보다 무거워 바닥에 체류하는 가스 묶음 |
| 분류 오답 가려기 | 1 | 불연성이며 독성도 없는 가스 고르기 |
| 과정 순서 | 1 | 액체 공기 제조·증류에서 기체 질서 배열 |
임계온도는 기체를 액화할 수 있는 최고의 온도다. 이 온도보다 높으면 아무리 압력을 가해도 기체는 액화되지 않으므로 「최저 온도」「평균 온도」 같은 보기는 오개념이다. 온도가 들어간 계산은 절대온도 환산에서 시작한다 — 섭씨에 273을 더해 K로 바꾼 뒤 비례식을 푼다. 부피가 일정한 산소 용기(15 ℃, 15 MPa)가 직사일광으로 40 ℃로 오르면 샤를의 법칙 P1/T1=P2/T2로 15 × 313/288 ≈ 16.3 MPa이고, 온도가 일정할 때는 보일의 법칙 P1V1=P2V2로 압력 650 mmHg·10 L의 질소가 760 mmHg에서 약 8.55 L로 줄어든다. 환산을 빠뜨리면 그럴듯한 오답이 나오므로 계산 전 K 표기가 습관이어야 한다.
열용량 용어도 온도 개념과 붙어 나온다. 단위 질량의 물질을 1 ℃ 올리는 데 필요한 열량은 비열, 상태 변화 없이 온도만 변할 때의 열량은 현열, 상태 변화에 따른 열량은 잠열이다. 가스 법정 정의의 온도 기준도 함께 묻는다 — 액화가스는 비점 40 ℃ 이하, 초저온 저장탱크는 -50 ℃ 이하, 가연성가스는 폭발하한 10 % 이하 조건이 법규 정의에 들어간다.
인화 위험 온도의 사례로 이황화탄소(CS2)가 나온다. 인화온도가 약 -30 ℃로 극히 낮고 발화온도도 매우 낮아 전구 표면이나 증기파이프 같은 열원만으로 발화할 수 있다 — 상온에서 자발적 발화 위험이 있는 물성으로, 다른 가스와 인화온도 수치로 바로 구분된다. 수소취성은 고온·고압에서 수소가 탄소강과 반응해 생기는 현상이므로 저온·저압 조건과는 무관하다.
출제 패턴은 세 가지다. ① 정의 확인 — 임계온도는 「액화 가능한 최고 온도」, 비열·현열·잠열은 「온도 상승 / 온도만 변화 / 상태 변화」로 짝짓는다. ② 계산 — 부피 일정=압력 비례, 온도 일정=압력·부피 반비례. 어느 쪽이든 ℃+273 환산이 첫 단계다. ③ 수치 사례 — CS2의 인화온도 -30 ℃, 액화가스 비점 40 ℃ 이하, 초저온 저장탱크 -50 ℃ 이하처럼 온도 숫자 자체를 묻는다. 「최저」「평균」 같은 수식어가 붙은 임계온도 보기는 정의부터 다시 읽는다.
다음 가스 중 비중이 공기보다 무거워 바닥에 체류하는 가스로만 된 것은?
정답 ① · 각 가스의 분자량을 바탕으로 비중을 계산해보면, 프로판(약 1.5), 염소(약 2.5), 포스겐(약 3.4)은 모두 공기(1.0)보다 무거워 바닥에 체류하는 성질을 가집니다. 반면, 수소(약 0.07)와 아세틸렌(약 0.9)은 공기보다 가벼워 상승하는 가스입니다.
공기 비중 1.0과 비교하여 분자량이 큰 프로판, 염소, 포스겐은 모두 무거워 바닥에 체류한다.
다음 중 가연성 및 독성가스가 아닌 것은?
정답 ② · 보기 중 아크릴로니트릴, 시안화수소, 일산화탄소는 모두 가연성이면서 독성을 가진 가스입니다. 반면 아황산가스(SO2)는 독성과 부식성이 강한 유해 가스이지만, 자체적으로는 불연성 가스에 속하며 연소를 돕는 조연 가스 역할을 합니다.
아황산가스는 독성과 부식성이 강하지만 자체 연소성이 없어 불연성 가스에 해당하므로 정답이다.
다음 중 공기를 압축·냉각하여 액체 공기를 만드는 과정 및 액체 공기를 분류·증류하는 과정에서 기화, 액화되어 나오는 가스의 순서가 맞는 것은?
정답 ① · 공기를 압축하고 냉각하여 액화 공기를 만들 때는 산소보다 끓는점이 낮은 질소가 먼저 기화되며, 이를 분류·증류하는 과정에서는 비점 차이로 인해 산소가 먼저 액화됩니다. 반대로 기화할 때는 질소가 먼저 기화되므로, 액화는 산소가 먼저 하고 기화는 질소가 먼저 한다는 보기 1번이 올바른 설명입니다.
액체 공기 제조 시 비점이 높은 산소가 먼저 액화되고, 증류 시 비점이 낮은 질소가 먼저 기화됩니다.
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