위험물기능사 시험에 필요한 화학반응식을 물과의 반응, 열분해, 연소반응으로 나누어 정리했습니다. 생성되는 가스와 반응식 계수까지 함께 외워보세요.
위험물기능사 시험을 준비하다 보면 물질의 성질은 이해했지만 화학반응식 때문에 막히는 경우가 많습니다.
특히 실기시험은 객관식이 아닌 필답형이므로 물질명만 아는 것으로는 부족합니다. 반응물과 생성물은 물론이고 화학식 앞의 계수까지 정확하게 작성해야 합니다.
하지만 처음부터 모든 반응식을 외울 필요는 없습니다.
시험에서 중요하게 다루는 반응식은 크게 다음 세 가지로 구분할 수 있습니다.
- 제3류 위험물과 물의 반응
- 산화성 물질의 열분해반응
- 제2류·제4류 위험물의 연소반응
이번 글에서는 위험물기능사 필기와 실기에서 알아두어야 할 핵심 화학반응식을 종류별로 정리하겠습니다.
물과 반응하는 제3류 위험물 화학반응식
제3류 위험물은 자연발화성 물질 및 금수성 물질입니다.
모든 제3류 위험물이 동일한 성질을 가지는 것은 아니지만, 칼륨·나트륨·알킬알루미늄 등은 물과 접촉하면 발열하면서 가연성 가스를 발생시킬 수 있습니다.
시험에서는 주로 다음 세 가지를 물어봅니다.
- 물과 반응하여 발생하는 가스
- 반응 후 생성되는 물질
- 완성된 화학반응식
칼륨과 물의 반응
칼륨은 물과 격렬하게 반응하여 수산화칼륨과 수소를 생성합니다.
반응식
2K + 2H₂O → 2KOH + H₂↑
생성물은 다음과 같습니다.
- 수산화칼륨: KOH
- 수소: H₂
수소는 가연성 가스이므로 반응열에 의해 점화되면 화재나 폭발로 이어질 수 있습니다.
칼륨은 물과 매우 격렬하게 반응하기 때문에 일반적인 물소화가 적합하지 않습니다. 보관할 때에는 공기와 수분의 접촉을 막기 위해 보호액 속에 저장합니다.
암기 포인트: 칼륨 + 물 → 수산화칼륨 + 수소
나트륨과 물의 반응
나트륨도 물과 반응하여 수산화나트륨과 수소를 생성합니다.
반응식
2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑
생성물은 다음과 같습니다.
- 수산화나트륨: NaOH
- 수소: H₂
칼륨과 나트륨의 반응식은 구조가 거의 같습니다.
2M + 2H₂O → 2MOH + H₂
여기서 M 자리에 K를 넣으면 칼륨 반응식이 되고, Na를 넣으면 나트륨 반응식이 됩니다.
따라서 두 반응식을 따로 외우기보다 알칼리금속과 물의 공통 반응식으로 이해하는 것이 좋습니다.
탄화칼슘과 물의 반응
탄화칼슘은 흔히 카바이드라고 부르는 물질입니다. 물과 반응하면 아세틸렌가스를 발생시킵니다.
반응식
CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂↑
생성물은 다음과 같습니다.
- 수산화칼슘: Ca(OH)₂
- 아세틸렌: C₂H₂
아세틸렌은 매우 잘 타는 가연성 가스입니다. 공기와 혼합된 상태에서 불꽃이나 고열을 만나면 화재·폭발 위험이 커집니다.
암기 포인트: 탄화칼슘 + 물 → 아세틸렌
시험에서는 “물과 반응하여 아세틸렌가스를 발생시키는 위험물은?”이라는 형태로 자주 변형됩니다. 이 경우 답은 탄화칼슘입니다.
인화칼슘과 물의 반응
인화칼슘은 물과 반응하여 포스핀과 수산화칼슘을 생성합니다.
반응식
Ca₃P₂ + 6H₂O → 3Ca(OH)₂ + 2PH₃↑
생성물은 다음과 같습니다.
- 수산화칼슘: Ca(OH)₂
- 포스핀: PH₃
포스핀은 독성과 가연성을 가진 기체입니다. 실제로는 불순물이 섞인 포스핀이 공기 중에서 자연발화할 수 있으므로 매우 주의해야 합니다.
암기 포인트: 인화칼슘 + 물 → 포스핀
탄화칼슘과 인화칼슘은 이름이 비슷해 혼동하기 쉽습니다.
| 물질 | 물과 반응해 발생하는 가스 |
|---|---|
| 탄화칼슘 CaC₂ | 아세틸렌 C₂H₂ |
| 인화칼슘 Ca₃P₂ | 포스핀 PH₃ |
탄화칼슘의 ‘탄’은 탄화수소 계열인 아세틸렌, 인화칼슘의 ‘인’은 인을 포함한 포스핀과 연결해서 외우면 편합니다.
탄화알루미늄과 물의 반응
탄화알루미늄은 물과 반응하여 메탄을 발생시킵니다.
반응식
Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄↑
생성물은 다음과 같습니다.
- 수산화알루미늄: Al(OH)₃
- 메탄: CH₄
메탄은 대표적인 가연성 가스입니다.
암기 포인트: 탄화알루미늄 + 물 → 메탄
질화마그네슘과 물의 반응
질화마그네슘은 물과 반응하여 암모니아를 발생시킵니다.
반응식
Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂ + 2NH₃↑
생성물은 다음과 같습니다.
- 수산화마그네슘: Mg(OH)₂
- 암모니아: NH₃
이 반응은 질화물의 질소가 암모니아로 바뀐다고 이해하면 기억하기 쉽습니다.
암기 포인트: 질화마그네슘 + 물 → 암모니아
트리에틸알루미늄과 물의 반응
알킬알루미늄의 대표적인 물질인 트리에틸알루미늄은 물과 격렬하게 반응하여 에탄을 생성합니다.
반응식
Al(C₂H₅)₃ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3C₂H₆↑
생성물은 다음과 같습니다.
- 수산화알루미늄: Al(OH)₃
- 에탄: C₂H₆
알킬알루미늄은 공기 중에서 자연발화할 위험이 있고 물과 접촉해도 위험한 물질입니다. 따라서 화재 시 물을 직접 방사하는 방식은 피해야 합니다.
제3류의 물과의 반응을 가스 중심으로 정리하면 다음과 같습니다.
| 반응 물질 | 발생 가스 | 분자식 |
|---|---|---|
| 칼륨 | 수소 | H₂ |
| 나트륨 | 수소 | H₂ |
| 탄화칼슘 | 아세틸렌 | C₂H₂ |
| 인화칼슘 | 포스핀 | PH₃ |
| 탄화알루미늄 | 메탄 | CH₄ |
| 질화마그네슘 | 암모니아 | NH₃ |
| 트리에틸알루미늄 | 에탄 | C₂H₆ |
산화성 위험물의 분해반응식
제1류 위험물은 산화성 고체, 제6류 위험물은 산화성 액체입니다.
이러한 물질은 자체가 반드시 잘 타는 것은 아니지만, 가열되거나 분해되면서 산소를 발생시켜 다른 물질의 연소를 돕는 경우가 많습니다.
따라서 시험에서는 분해 후 산소가 발생하는지를 중심으로 확인해야 합니다.
과산화수소의 분해
과산화수소는 제6류 위험물에 해당하며 분해되면 물과 산소가 생성됩니다.
반응식
2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑
과산화수소 자체는 불연성이지만 분해되면서 산소를 발생시킵니다. 이 산소가 주변 가연물의 연소를 촉진할 수 있습니다.
이산화망간 MnO₂는 과산화수소의 분해를 빠르게 하는 촉매로 사용됩니다.
암기 포인트: 과산화수소 → 물 + 산소
염소산칼륨의 열분해
염소산칼륨을 가열하면 염화칼륨과 산소가 생성됩니다.
반응식
2KClO₃ → 2KCl + 3O₂↑
이 반응에서도 이산화망간을 촉매로 사용할 수 있습니다. 촉매는 반응속도를 빠르게 하지만 반응 전후에 소모되지 않습니다.
암기 포인트: 염소산칼륨 → 염화칼륨 + 산소
반응식에서 산소의 계수 3을 빠뜨리지 않도록 주의해야 합니다.
과망간산칼륨의 열분해
과망간산칼륨을 가열하면 망간산칼륨, 이산화망간 및 산소가 생성됩니다.
반응식
2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑
생성물이 세 가지이기 때문에 다른 반응식보다 어렵게 느껴질 수 있습니다.
암기 순서
과망간산칼륨 → 망간산칼륨 + 이산화망간 + 산소
먼저 물질명을 암기한 다음 분자식으로 바꾸는 방식이 효율적입니다.
질산칼륨의 열분해
질산칼륨을 가열하면 아질산칼륨과 산소가 생성됩니다.
반응식
2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂↑
질산염이 분해되면서 산소 원자 하나가 빠지고, 질산염 NO₃가 아질산염 NO₂로 바뀐다고 이해하면 쉽습니다.
암기 포인트: 질산칼륨 → 아질산칼륨 + 산소
질산암모늄의 열분해
질산암모늄은 가열 조건에 따라 아산화질소와 물로 분해될 수 있습니다.
반응식
NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O
질산암모늄은 열, 충격 및 오염 등의 조건에 따라 급격하게 분해될 위험이 있습니다. 시험에서는 주어진 조건과 생성물을 확인한 후 반응식을 작성해야 합니다.
반응 조건에 따라 생성물이 달라질 수 있는 물질은 문제에 제시된 조건을 무시하고 하나의 반응식만 기계적으로 적용하면 안 됩니다.
연소와 완전연소 화학반응식
연소반응식은 제2류와 제4류 위험물에서 중요합니다.
완전연소가 이루어지면 일반적인 탄화수소와 알코올은 이산화탄소와 물을 생성합니다.
기본 형태는 다음과 같습니다.
가연물 + 산소 → 이산화탄소 + 물
유황의 연소
유황이 산소 중에서 연소하면 이산화황이 생성됩니다.
반응식
S + O₂ → SO₂
이산화황은 자극성 냄새가 나는 유독성 기체입니다.
유황은 제2류 가연성 고체이며, 화재 초기에는 물에 의한 냉각소화가 가능합니다.
황린의 연소
황린이 완전히 연소하면 오산화인에 해당하는 산화물이 생성됩니다.
반응식
P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀
교재에 따라 생성물을 2P₂O₅로 표기하기도 합니다.
P₄ + 5O₂ → 2P₂O₅
두 식은 원자 수의 비율상 같은 조성을 나타냅니다. 다만 실제 분자구조를 반영한 분자식은 P₄O₁₀이고, 시험에서는 문제나 교재에서 사용하는 표기법을 확인하는 것이 좋습니다.
이황화탄소의 연소
이황화탄소가 완전연소하면 이산화탄소와 이산화황이 생성됩니다.
반응식
CS₂ + 3O₂ → CO₂ + 2SO₂
이황화탄소는 제4류 특수인화물입니다. 인화점이 매우 낮고 증기가 쉽게 발생하므로 화재 위험이 큽니다.
암기 포인트: 탄소는 CO₂, 황은 SO₂
메탄의 완전연소
반응식
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
탄소 1개이므로 CO₂의 계수는 1, 수소 4개이므로 H₂O의 계수는 2가 됩니다.
아세틸렌의 완전연소
반응식
2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O
계수가 분수로 나오는 경우 전체 반응식에 2를 곱해 정수로 만들어 줍니다.
벤젠의 완전연소
반응식
2C₆H₆ + 15O₂ → 12CO₂ + 6H₂O
벤젠은 탄소 수가 많기 때문에 산소의 계수가 커집니다. 15O₂를 빠뜨리지 않도록 주의해야 합니다.
메탄올의 완전연소
반응식
2CH₃OH + 3O₂ → 2CO₂ + 4H₂O
메탄올의 분자식에는 이미 산소가 포함되어 있습니다. 필요한 산소량을 계산할 때 연료 안에 들어 있는 산소도 포함해야 합니다.
에탄올의 완전연소
반응식
C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O
에탄올은 탄소 2개, 수소 6개, 산소 1개를 가지고 있습니다.
- 탄소 2개 → 2CO₂
- 수소 6개 → 3H₂O
- 생성물의 산소 7개 중 연료에 1개 존재
- 나머지 산소 6개 → 3O₂
디에틸에테르의 완전연소
반응식
C₄H₁₀O + 6O₂ → 4CO₂ + 5H₂O
디에틸에테르는 제4류 특수인화물에 해당합니다. 휘발성이 강하고 증기가 공기보다 무거우므로 낮은 곳에 체류할 수 있습니다.
연소반응식은 통째로 외우기보다 다음 순서로 계수를 맞추는 것이 좋습니다.
- 탄소 C의 개수를 맞춘다.
- 수소 H의 개수를 맞춘다.
- 마지막에 산소 O의 개수를 맞춘다.
- 분수 계수가 나오면 전체에 2를 곱한다.
- 반응식 양쪽의 원자 수를 다시 확인한다.
시험 직전 반응식 암기표와 주의사항
시험 직전에는 모든 설명을 다시 읽기보다 다음 핵심 반응식을 반복해서 써보는 것이 효과적입니다.
| 구분 | 필수 반응식 |
|---|---|
| 칼륨+물 | 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂ |
| 나트륨+물 | 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂ |
| 탄화칼슘+물 | CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂ |
| 인화칼슘+물 | Ca₃P₂ + 6H₂O → 3Ca(OH)₂ + 2PH₃ |
| 탄화알루미늄+물 | Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄ |
| 질화마그네슘+물 | Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂ + 2NH₃ |
| 과산화수소 분해 | 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ |
| 염소산칼륨 분해 | 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂ |
| 과망간산칼륨 분해 | 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ |
| 질산칼륨 분해 | 2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂ |
| 이황화탄소 연소 | CS₂ + 3O₂ → CO₂ + 2SO₂ |
| 에탄올 연소 | C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O |
반응식을 공부할 때 가장 흔한 실수는 아래와 같습니다.
- 반응식의 아래첨자와 계수를 혼동한다.
- 생성되는 가스의 이름만 외우고 분자식을 외우지 않는다.
- 물과 반응하는 물질에 물소화를 적용한다.
- 완전연소와 불완전연소의 생성물을 혼동한다.
- 촉매를 반응물이나 생성물로 적는다.
- 반응 조건에 따라 생성물이 달라지는 물질을 하나의 식으로만 외운다.
아래첨자는 화학물질 자체를 구성하는 원자의 개수이므로 임의로 바꾸면 안 됩니다. 반면 화학식 앞의 계수는 양쪽 원자 수를 맞추기 위해 조정할 수 있습니다.
예를 들어 다음 식에서 H₂O의 아래첨자 2를 바꾸면 물이 아닌 다른 물질이 됩니다.
2H₂ + O₂ → 2H₂O
따라서 화학식은 그대로 두고 앞의 계수만 조정한다는 원칙을 반드시 기억해야 합니다.
위험물기능사 화학반응식은 단순한 암기 문제가 아닙니다. 반응식을 알면 어떤 물질이 물과 접촉했을 때 위험한지, 어떤 가스가 발생하는지, 산화성 물질이 왜 연소를 촉진하는지까지 함께 이해할 수 있습니다.
제3류 위험물의 물과의 반응식은 꼭 외우셔야 합니다.
산화성 위험물의 분해반응식, 마지막으로 제4류 위험물의 완전연소식을 확인하세요.
하루에 5개씩 직접 써보면 실기시험에서 반응물이나 생성물이 일부만 주어져도 비교적 쉽게 완성할 수 있습니다.
위험물기능사 시험에 자주 나오는 화학반응식 문제입니다. 정답이라고 생각하는 보기를 선택하면 바로 정답과 해설을 확인할 수 있습니다.