표준전극전위

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Transcript 표준전극전위

개요
• 18-01 전기 전도
• 18-02 전극
전해(전기분해)전지
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18-03
18-04
18-05
18-06
용융된 염화나트륨의 전기분해
염화나트륨 수용액의 전기분해
전기분해의 패러데이 법칙
전지의 산업적 응용
볼타 또는 갈바니 전지
• 18-07 간단한 볼타전지의 구조
• 18-08 아연-구리 전지
표준전극전위
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18-09 표준 수소 전극
18-10 Zn-SHE 전지
18-11 표준 전극 전위
18-12 표준 전극 전위의 활용
18-13 다른 종류의 반쪽전지반응에 적용되는 표준 전
극 전위
전극전위의 농도 효과
• 18-14 Nernst 공식
• 18-15 전기화학전지를 이용한 농도 결정법
• 18-16 E0전지, ΔG0, K 와의 관계
학습목표
• 전기화학 용어의 이해
• 전해 전지와 불타 전지의 구분
• 전기 분해에서의 반쪽 반응과 전체 반응의 이해
• 패러데이 법칙의 이해
• 볼타 전지의 반쪽 반응과 전체 반응의 이해
• 볼타 전지에서의 염 다리의 기능 이해
• 산화제와 환원제의 상대적 세기 결정
• 표준 환원 전위의 이해
• 표준 환원 전위를 이용한 볼타 전지의 표준 전위계산
• 표준 환원 전위를 이용한 양극과 음극의 구분
• 산화-환원 반응의 자발성 예측
• 산화-환원 반응에서의 산화제와 환원제의 구분
• Nernst 방정식의 이해
• 표준 환원전위 Gibbs 자유 에너지 변화와 평형 상수간의 관계
• 1차 전지와 2차 전지의 구분
부식은 경제적 관점에서는 원하지 않는 전기화학 반응이다.
물 묻은 철은 쉬게 산화되어 녹이 슨다.
18-01 전기전도
금속전도
금속원자의 위치는 고정되어 있고 전자의 움직임으로 일어난다
이온성전도
용액상의 이온의 움직임으로 전하가 이동된다.
18-02 전극
음극과 양극
음극은 양이온들이 전자를 받아들여 환원되는 전극이며,
양극은 음이온들이 전자를 잃어버려 산화되는 전극이다.
18-03 용융된 염화나트륨의
전기분해
그림 18-1. (a) 용융된 염화나트륨의 전기분해 기구.
(b) 다운스전지: 이 전지는 공업저긍로 용융된 염화나트륨으로부터 나트륨
금속과 염소 기체를 형성시킨다. 액체 나트륨은 더 밀도가 큰 염화나트륨
위로 뜬다.
18-04 염화나트륨 수용액의
전기분해
그림 18-2. 염화나트륨 수용액의 전
기분해.
양극과 음극에서 여러 반응이 진행
되지만 알짜 결과는 음극에서의
NaOH와 H2 기체의 생성과 양극에
서의 Cl2 기체의 형성이다. 몇방울
의 페놀프탈레인 지시약이 용액에
더해져 있기 때문에 OH- 음이온의
형성에 의해 음극에서 분홍색이 나
타난다.
18-05 전기분해의 패러데이 법칙
18-06 전지의 산업적 응용
그림 18-3. 구리를 전기도금하는 개략도.
양극은 순수한 구리로 산화되어 만들어졌고, 전기도금 도중 녹아 나온다.
이러한 Cu2+ 이온은 음극에서 금속 구리로 도금된다.
18-07 간단한 볼타 전지의 구조
그림 18-4. 아연-구리 전지.
표준 전위는 1.10 volt 이며, Zn│Zn2+(1 M) ∥Cu2+(1 M)│Cu로
표시된다.
18-08 아연-구리 전지
Zn  Zn
2

2
 2e (산화,양극)
-
Cu  2e  Cu(환원, 음극)
Cu 2  Zn  Cu  Zn 2 (전체전지반응)
18-09 표준수소전극
그림 18-5. 표준 수소 전극
(SHE).
18-10 Zn-SHE 전지
그림 18-6. Zn│Zn2+(1 M) ∥H+(1 M); H2(1atm)│Pt 전지.
알짜반응은 Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g) 이다.
이 전지에서 표준 수소 전극은 음극으로서 작동한다.
18-11 표준전극전위
18-12 표준전극전위의 활용
18-13 다른 종류의 반쪽전지 반
응에 적용되는 표준전극전위
18-14 Nernst 방정식
18-15 전기화학전지를 이용한
농도 결정법
그림 18-7. Cu│Cu2+(0.10 M) ∥Cu2+(1.00 M)│Cu 전지.
0
0
18-16 18-16 E 전지, ΔG ,
K 와의 관계
• Gibbs자유 에너지는 열역학 평형 상수(K)와 ΔG0 = -RTlnK로
나타내어지고, 표준 전극 전위 E전지0 역시 ΔG0 로 표시될 수 있다.
0
ΔG =
0
-nFE전지
요약
• Nernst 방정식: 비표준 상태를 표준 상태 전극 전위로 보정하는
식.
• 농도 전지: 성문은 같으나 이온 농도가 다른 두 반쪽 전극으로 구
성된 전지.
• 반쪽 전지: 볼트 전지에서 산화 또는 환원 반쪽 반응이 일어나는
부분.
• 볼타 전지: 자발적인 반응에 의해 전기를 생산하는 전기화학 전지;
갈바니 전지라고도 한다.
• 양극: 산화 반응이 일어나는 전극.
• 암페어: 전류의 단위 1암페어는 1초 동안 1쿨롱의 전하를 말한다.
요약
• 염다리: 볼타 전지의 두 반쪽 전지를 이은 전해질을 함유한 U자관.
• 음극: 환원 반응이 일어나는 전극.
• 전극: 전기화학 전지에서 산화-환원 반쪽 반응이 일어나는 표면.
• 전극 전위: 표준 수소 전극에 비한 반쪽 반응의 산화 전위.
• 전기 분해: 전해질 전지에서 일어나는 과정.
• 전기 분해의 패러데이 법칙: 전기 분해가 일어나는 동안 산화환원
에 필요한 화합물의 양은 전지를 통해 흐르는 전기의 양과 비례한
다.
• 전지 전위: 환원 반쪽 전지와 산화 반쪽 전지의 전위차.
요약
• 쿨롱: 전기 전하의 단위. 1초 동안에 1 암페어가 한점을 흘렀을 때
의 전하량을 말한다.
• 패러데이: 96.485 쿨롱에 해당하는 전하의 양.
• 표준 수소 전극: 1 M H+ 용액에 담긴 Pt전극과 1기압의 H2 기체로
구성된 전극. 기준 전극으로 사용한다.
• 표준 전지: 반응물과 생성물이 열역학적 표준 상태에 있는 전지.
• 표준 전지 전위: 표준 수소 전극의 환원 반쪽 반응의 전위를 기준으
로 한 전위.