제9장 전기화학

목차

9장 전기화학
9.1 Debye-Hückel theory
9.2 이온이동
9.3 반쪽반응과 전극
9.4 전극에서의 반응
9.5 전지의 종류
9.6 전지 반응
9.7 기전력
9.8 평형에서의 전지
9.9 표준 전위
9.10 pH에 따른 전위변화
9.11 pH의 결정
9.12 전기화학적 순서

본문내용

환원 ; (2)
(1) - (2) : (3)
-부호를 +부호로 : ; 산화반응
환원반응으로 : (4)
화학반응이 환원 반쪽반응에 의해 표기 ( 산화 환원 반응이 아니어도 됨)
예제 9.3의 전체 반응 : 이다.
반쪽반응 :
두 반응의 차 : -부호를 +부호로 : ; 산화반응
환원반응으로 :
자습 9.4 산성 용액 내에서 와 로부터 를 생성하는 반응을 두 개의 환원 반응의 차로 나타내어라.
풀이) ; 산화 ; 환원
; 전체반응 (1)
(2)
(1)-(2)
+ 부호, 환원반응으로 변경 (3)
9.4 전극에서의 반응
산화 : 전자를 주는 현상, 산화수 증가 (왼쪽전극)
anode(양극), 산화전극
환원 : 전자를 받는 현상, 산화수 감소(오른쪽전극)
cathode(음극), 환원전극
양극에서 음극으로 전자가 흐름 음극이 양극보다 더 높은 전위를 가짐.
갈바니 전지 전해전지
수소이온이 있는 수용액 속에서
수소가 수소기포로 공급됨
산화환원 쌍:
기체전극(수소전극): 기체가 불활성 금속 주위에서 그 이온의 용액과 평형에 있다.
금속- 난용성염 전극 : 난용성 염 MX의 다공성 막에 의해 덮인 금속 M으로 구성되어 있으며 X- 이온을 포함한 용액에 담겨있다.
은-염화은 전극
산화환원 전극
쌍이 0이 아닌 두 산화 상태의 같은 원소로 구성된 전극
예)
로 표시
,
환원 반쪽 반응과 반응계수
예제 9.4 기체전극의 반쪽반응 표시
산성 용액에서 산소가 물로 환원되는 반쪽반응과 반응계수를 쓰라.
풀이)
반응계수
예제 9.5 난용성염 전극의 반쪽반응 표시
전해질에서 아황산 이온 존재하에서 황산납(II)의 Pb(II)가 금속 납으로 환원되는 납-산 축전지의 납-납-황산 전극에 대한 반쪽반응과 반응계수를 쓰라.
풀이) 환원 : ⇒ ⇒
⇒
반응계수 :
9.5 전지의 종류
갈바니 전지(그림 9.6) :
양쪽 전극이 공통 전해질에 담겨져 있음.
다니엘 전지(그림 9.13):
서로 다른 전해질에 전극들이 담겨져 있음.
전해질 농도차 전지 (그림 9.7) :
전극방이 전해질 농도를 제외하고는
동일한 조성을 갖는다.
전극 농도차 전지 :
전극이 다른 압력하에서 작용하는 기체전극
이거나 다른 농도를 갖는 아말감(수은 속의 용액)
이기 때문에 전극 자체가 다른 농도를 가짐.
다니엘 전지나 전해질 농도차 전지 액간 접촉전위 의 전위차가 존재
9.6 전지 반응
전지반응 : 오른쪽 전극이 음극, 환원이 오른쪽 방에서 일어난다고 가정하의 반응
( 왼쪽전극 : 산화, 오른쪽 전극 : 환원)
1. 양쪽 전극에서 환원 반쪽 반응을 씀.
2. 오른쪽 전극 반쪽반응식 - 왼쪽전극 반쪽 반응식
NADH 와 O2 의 전지반응
두 반쪽 반응
오른쪽 :
왼쪽 :
두식의 차(오른쪽 -왼쪽) :
두 반쪽 반응의 전자수를 일치시키기 위해 한 식에 적절한 수를 곱하기도 함
9.7 기전력
갈바니 전지 : 반응이 전자를 외부 회로로 흐르게 함으로써 전기적 일을 함.
이동된 전자들의 일은 두 전극 사이의 전위차에 의해 결정( )
전지 전위가 클 때 전자는 많은 일을 할 수 있다.
전지 전위가 작을 때 전자는 적은 일을 할 수 있다.
반응이 평형인 전지 일을 할 수 없다.
전지가 할 수 있는 최대 일
일정 온도와 압력에서
과정이 가역적으로 진행될 때 최대
전지의 기전력 : 전지가 외부 전원에 대하여 균형을 유지할 때 측정된 전위차
전지 기전력
전지 반응이 의 반쪽 반응으로 나누어 질수 있다고 가정
전자들이 반응 1몰에 대해 환원 산화 로 이동
전극 사이의 전하이동
전하가 양극에서 음극으로 이동할 때 행해진 전기적 일(전하 전위차)
일정 온도와 압력에서 가역적이면, 전기적 일 = 반응 Gibbs 에너지
( < 0 ; 자발적, ) (9.13)
: 전자 1몰당 전하의 크기
: 주어진 전지반응식에 관여된 전자의 개수 ( > 0 )
, 상업적인 전지
농도에 따른 E의 변화
,

: Nernst eq. (9.14)
, (표준 기전력) (9.15)
25℃에서 ()
9.8 평형에서의 전지
평형 ,
: 표준전지전위 at all (반응물, 생성물 모두 표준상태일 때 전지전위)
전지반응은 생성물 쪽이 유리
전지반응은 반응물 쪽이 유리
9.9 표준 전위
한 전극을 0의 값으로 정하고 그것을 기준으로 다른 전극은 상대적인 값으로 정함 (표준 수소전극 을 기준으로 사용)
표준 수소전극 :
쌍의 표준전위 : 구하려는 쌍을 오른쪽
표준 수소전극을 왼쪽
예) 쌍의 표준전위
= 0.8V
표준 기전력 ( 9.17)
예제 9.6 평형상수 계산
다음 불균등화 반응 의 평형상수를 298K에서 계산하라.
풀이) ; 환원, ; 산화
오른쪽 전극 :
;
왼쪽 전극 :
⇒;
9.10 pH에 따른 전위변화
많은 산화 환원쌍의 반쪽반응은 수소이온을 포함.
예) 푸마르산()과 숙신산( 쌍
반응은 수소이온 농도감소 pH 증가에 해당, 반응물 형성을 유리
푸마르산은 환원하는데 더 낮은 열역학적 경향을 갖게 됨.
생물학적 표준전위 : 중성용액(pH = 7)에 해당하는 전위
예제 9.7 표준전위의 생물학적 표준 값으로 변화
25℃에서 쌍의 생물학적 표준전위를 예측하라. 환원반쪽반응은 다음과 같다.
풀이) :
: ?
∴
9.11 pH의 결정
수소전극의 전위는 용액의 pH와 비례
실제 표준 수소전극보다 간접적인 방법이 더 편리
유리전극으로 대체
유리전극: 수소이온의 활동도에 민감
pH에 비례
Cl- 이온을 포함한 인산 완충용액으로 채워짐
외부용액의 pH가 7 일 때
표준 전지의 응용
9.12 전기화학적 순서
이면 전지반응에서 , 은 오른쪽 전극의 환원에 해당됨.
오른쪽 전극의 환원: ,
낮은 표준전위를 갖는 쌍은 높은 표준전위를 갖는 쌍을 환원 시키려는 열역학적인 경향을 갖는다. (낮은 것은 높은 것을 환원, 높은 것은 낮은 것을 산화)
9.13 열역학적 함수의 결정
,
일정압력에서 ,
(9.18)
(9.19)
예제 9.8 다른 두 개의 표준전위로부터 표준전위계산
표준전위 와 가 주어졌을 때,
를 계산하라.
풀이)
: (1)
: (2)
(1)-(2) = (반쪽반응)
: ( )
∴

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