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[자연과학] [화학실험보고서] 화학전지

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작성일17-11-29 19:53

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이온화 경향이 작다.





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설명
[화학실험보고서] 화학전지

실험목적
산화 환원 반응에 동반하는 전자의 흐름을 이용하여 만들어진 전지의 기본 원리를 이해하여 전지의 전위차와 산화 환원력, 산화 환원 반응의 평형상수 등과의 관계를 알아본다.
양이온이 되기 쉽다.
환원되기 쉽다.
음이온이 되기 쉽다.
산화되기 쉽다.
Nernst방정식 - 비표준 상태에서 반응물, 생성물의 농도와 전지기전력 사이의 관계식
Nernst의 정리 - 물리적이나 화학적 변환에 수반되는 엔트로피의 변화는 절대영도로 접근함에 따라 0으로 접근한다.

실험원리
산화 환원 반응
산화(oxidation)
환원(reduction)
전자의 이동에 의한 definition
어떤 원자가 전자를
잃어버리는 반응
어떤 원자가 전자를
얻는 반응
산소의 결합이나
분리에 의한 definition
산소가 다른 원소 또는
화합물과 결합하는 반응
산화물이 산소를 잃는 반응

≫ 산화 환원 반응은 전자를 내어주는 환원제와 전자를 받아들이는 산화제의 쌍의 작용 으로 일어남 (→잃고 얻는 전자 수는 동일)
≫ 산화 환원 반응의 척도 : 전위차 (표준 수소 반쪽 전지를 기준으로 측정)
표준 수소 전극 : 백금 전극을 사용하여 1M의 H+수용액과 접촉하고 있는 1기압 H2기체로 이루 어진 반쪽전지가 나타내는 전위차를 0.00V로 정하는 것 , 모든 표준 전극 전위의 기준이 된다
2H+(aq,1M) +2e+ → H2(g, 1atm), E°〓 0.00V

화학 전지 - 자발적으로 일어나는 산화 환원반응으로 인하여 생기는 전자의 이동을 이용하여 전류를 얻는 장치 ( 화학에너지 → 전기에너지 )

(-)극
전자를 내놓는 산화 반응이 일어남
전극 : 이온화 경향이 큰 금속
(+)극
전자를 얻는 환원 반응이 일어남
전극 : 이온화 경향이 작은 금속이나 탄소 막대


산화 환원 반응의 자발성 - 산화 환원 반응의 표준 전극 전위 E°의 값이 (+)이면 정반응이 자발적으로 진행되고, (-)이면 역반응이 자발적으로 진행된다 또한 E°의 값이 (+)이면 그 값이 클수록 쉽게 환원될 수 있는(이온화 경향이 작은)금속이며, (-)값이면 수소보다 산화반응이 일어나기 쉽다는 것이다.

ΔEcell 〓 ΔEcath…(drop) ode - ΔEanode
ΔEell ` 0 → 자발적인 반응
ΔEell ` 0 → 비자발적인 반응

금속의 이온화 경향

K ` Ca ` Na ` Mg ` Al ` Zn ` Fe ` Ni ` Sn ` Pb ` (H) ` Cu ` Hg ` Ag ` Pt ` Au
이온화 경향이 크다.

(-)Zn|ZnSO4(aq)||CuSO4(aq)|Cu(+)

(-)극 : Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e- (산화반응)
(+)극 : Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s) (환원반응)

염다리의 역할 - 다이엘 전지의 (-)극에서 Zn2+이온이 생성되어 용액 중에 (+)이온의 양이 많아지게 된다 이때 염다리에 있는 Cl-이 흘러 들어와서 전기적 균



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다.

R : 기체상수 ( 8.314 kJ/ K mol )
T : 절대온도 (K)
F : 패러데이 상수 ( 96500C )
n : 이동한 전자 수
E° : 표준 환원 전위 ( 이온의 농도가 1.0M 일 때 )

평형이 되면 ΔE는 ‘0’이 되므로
이 식에서 온도 25℃일 때, R과 F의 값을 대입하면

E°를 전지로 한 산화 환원 반응에서 평형상수(K)를 구할 수 있따
K(평형상수) 〓 Q(반응지수)

다이엘 전지 - 두 개의 반쪽 전지로 이루어져 있으며, 황산아연 수용액에 아연 전극을, 황산구리 수용액에 구리 전극을 넣고 염다리로 연결한 전지이다.

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