공기의 부피 비율이 질소 79%, 산소 21%인 전기실에 화재가 발생하여 이산화탄소 소화약제를 방출하여 소화하였다. 이때 산소의 부피농도가 14%이었다면 이 혼합 공기의 분자량은 약 얼마인가? (단, 화재 시 발생한 연소가스는 무시한다.)

① 28.9

② 30.9

③ 33.9

④ 35.9

핵심 해설

정답은 ③입니다. 산소농도 14%는 원래 공기 중 산소 21%가 2/3로 희석되었다는 뜻이므로 기존 공기 2/3와 CO₂ 1/3의 혼합으로 보아 평균분자량을 계산합니다. 공기 분자량 약 28.9와 CO₂ 44를 적용하면 약 33.9가 됩니다. 결정적 단서는 약 33.9입니다.

학습 포인트

이 문항은 이산화탄소 방출 후 혼합공기 평균분자량을 평가합니다. 산소농도 14%는 원래 공기 중 산소 21%가 2/3로 희석되었다는 뜻이므로 기존 공기 2/3와 CO₂ 1/3의 혼합으로 보아 평균분자량을 계산합니다. 공기 분자량 약 28.9와 CO₂ 44를 적용하면 약 33.9가 됩니다. 이러한 지식은 CO₂ 소화설비의 질식소화 원리와 방호구역 내 가스조성 변화를 이해하는 데 중요합니다.

선지별 해설

문제에서 제시한 수치나 기준은 이산화탄소 방출 후 혼합공기 평균분자량 판단에 필요한 단서입니다.
적용할 계산식 또는 법정 기준은 다음과 같습니다. 산소농도 14%는 원래 공기 중 산소 21%가 2/3로 희석되었다는 뜻이므로 기존 공기 2/3와 CO₂ 1/3의 혼합으로 보아 평균분자량을 계산합니다. 공기 분자량 약 28.9와 CO₂ 44를 적용하면 약 33.9가 됩니다.
이 기준을 선택지와 대조하면 약 33.9가 도출됩니다.
따라서 최종 답은 ③입니다.
① [X] 이 선택지는 “28.9”를 제시하지만, 산소농도 14%는 원래 공기 중 산소 21%가 2/3로 희석되었다는 뜻이므로 기존 공기 2/3와 CO₂ 1/3의 혼합으로 보아 평균분자량을 계산합니다. 공기 분자량 약 28.9와 CO₂ 44를 적용하면 약 33.9가 됩니다. 따라서 약 33.9가 되어야 하므로 문제 조건과 맞지 않습니다.
② [X] 이 선택지는 “30.9”를 제시하지만, 산소농도 14%는 원래 공기 중 산소 21%가 2/3로 희석되었다는 뜻이므로 기존 공기 2/3와 CO₂ 1/3의 혼합으로 보아 평균분자량을 계산합니다. 공기 분자량 약 28.9와 CO₂ 44를 적용하면 약 33.9가 됩니다. 따라서 약 33.9가 되어야 하므로 문제 조건과 맞지 않습니다.
③ [O] 이 선택지는 계산값 또는 기준값인 약 33.9와 일치합니다. 산소농도 14%는 원래 공기 중 산소 21%가 2/3로 희석되었다는 뜻이므로 기존 공기 2/3와 CO₂ 1/3의 혼합으로 보아 평균분자량을 계산합니다. 공기 분자량 약 28.9와 CO₂ 44를 적용하면 약 33.9가 됩니다.
④ [X] 이 선택지는 “35.9”를 제시하지만, 산소농도 14%는 원래 공기 중 산소 21%가 2/3로 희석되었다는 뜻이므로 기존 공기 2/3와 CO₂ 1/3의 혼합으로 보아 평균분자량을 계산합니다. 공기 분자량 약 28.9와 CO₂ 44를 적용하면 약 33.9가 됩니다. 따라서 약 33.9가 되어야 하므로 문제 조건과 맞지 않습니다.

암기 팁

산소농도 변화 문제는 ‘최종 산소농도 ÷ 21%’로 남아 있는 공기 비율을 먼저 구하시면 계산이 단순해집니다.

맞춤 꼼수

14%는 21%의 2/3이므로 CO₂가 1/3 들어간 혼합이라고 보면 평균분자량이 30보다 커져 33.9에 가까워집니다.

AI로 작성된 해설입니다.

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