【환경화학】 2026 국가공무원 5급(기술) 제1문

2026 국가공무원 5급(기술) 제1문^]

 

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a. 산화환원반응 

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Q. 배출 가스의 이산화황(SO₂)을 제거하기 위해 석회석(CaCO₃)을 활용한 습식 방법이 널리 사용된다. 다음 물음에 답하시오. (단, CaCO₃과 석고(CaSO₄ · 2H₂O)의 화학식량은 각각 100과 172이다)

 

Q1. 위 과정에서 일어나는 화학 반응을 두 단계로 각각 구분한 뒤, 각 단계의 화학 반응식과 전체 반응식을 쓰시오. 

 

A1. 

SO₂에서 S의 산화수는 +4, CaSO₄에서 S의 산화수는 +6이므로 전자 출입이 관여하는 산화환원반응이다. 

 

단계 1. 이산화황의 흡수 및 아황산칼슘 생성 : CaCO₃ + SO₂ → CaSO₃ + CO₂ 

참고로, SO₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2H⁺ + 2e^- 같은 반응은 산화제가 없으므로 일어날 수 없다.

뚜렷한 산화제 없이는 처음부터 산화 반응이 일어날 수 없어, 단계 1은 반드시 산화반응이 아닌 용해반응이어야 한다.

 

단계 2. 산화반응 : CaSO₃ + (1/2) O₂ + 2H₂O → CaSO₄ · 2H₂O

최종 생성물이 CaSO₄ · 2H₂O임을 이미 문제에서 힌트로 주었다.

별다른 조건이 없으므로, 산화제는 산소로 보는 게 타당하다. 

 

전체 반응식 : CaCO₃ + SO₂ + (1/2) O₂ + 2H₂O → CO₂ + CaSO₄ · 2H₂O 

 

Q2. SO₂의 농도가 1,200 ppm_v인 배출 가스의 발생량이 10⁶ m³/h일 때, 95 %의 탈황률을 달성하기 위해 필요한 석회석의 투입량 [ton/h]과 석고의 발생량 [ton/h]을 구하시오. (단, 온도는 25 ℃이고, 이 때 기체 1 mol의 부피는 24.4 L이다)

 

A2.

석회석의 투입량 = 10⁶ m³ gas/h × (1200 × 10^-6) m³ SO₂ / m³ gas × 0.95 × 1 mol / (24.4 × 10^-3) m³ × 100 g CaCO₃/mol × 1 ton/10⁶ g = 4.672 ton/h

석고의 발생량 = 석회석의 투입량 / 100 × 172 = 8.036 ton/h

 

입력: 2026.07.04 22:16