Transcript 표준전극전위
개요 • 18-01 전기 전도 • 18-02 전극 전해(전기분해)전지 • • • • 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 • • • • • 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.