[일반화학실험 A+ 1등 레포트] 실험 25. 화학전지 - 오렌지쥬스 전지 실험 결과보고서

소개글

"[일반화학실험 A+ 1등 레포트] 실험 25. 화학전지 - 오렌지쥬스 전지 실험 결과보고서"에 대한 자료입니다

이공계열 4.5 만점 수석 학생의 보고서입니다.
각 실험에 대한 결과와 실험 후에 생각해 보아야 하는 결과 보고서의 문제에 대한 답안이 자세하게 적혀있습니다.
약 세 장의 실험에 대한 고찰이 작성되어 있습니다.

목차

Ⅰ. 실험 데이터 및 처리
[1] Part I: 오렌지 쥬스 전지
1. Cu와 Zn 금속판을 사용한 오렌지 쥬스 전지에서 산화되는 것은 무엇인가? 환원되는 것은 무엇인가? (힌트: 모든 전극이 반응에 참여하는 것은 아니다. 반응하지 않는 전극은 비활성 전극(inert electrode)이라 한다.)
2. Cu 금속판 대신 탄소(C) 막대를 사용한 오렌지 쥬스 전지에서 산화되는 것은 무엇인가? 환원되는 것은 무엇인가?
3. 전극으로서 Cu를 사용할 때와 탄소를 사용할 때, 오렌지 쥬스 전지의 전압에 차이가 있는가? 전류에는 차이가 있는가? 이에 대한 이유를 설명하라.
4. 앞의 1-3 에서의 결과를 토대로, 오렌지 쥬스 전지에서 Cu 전극은 어떠한 역할을 한 것인가? 오렌지 쥬스 전지에서 Cu 전극을 탄소 전극으로 바꾸어도 되는가?
5. 오렌지 쥬스 전지에서 두 전극에서의 반쪽반응식과 전체 전지 반응식을 적어보라.

[2] Part II: 금속의 이온화경향
1. 각 전지에 대하여 어느 금속의 전극에서 산화가 일어나고, 어느 금속의 전극에서 환원이 일어났는지 밝혀라. 또한 어느 금속의 전극이 (+)극이고, 어느 금속의 전극이 (-)극인가?
2. 위의 결과에 의하면 어느 금속의 이온화 경향이 가장 큰가? 금속들을 이온화 경향이 큰 순서로 나열하라. [이를 전기화학서열(electrochemical series)이라 한다.]

[3] Part III:
1. 소금의 첨가에 따른 전지의 전압과 전류의 변화는 어떻게 설명할 수 있는가?
2. 오렌지 쥬스의 농도에 따른 전지의 전압과 전류의 변화는 어떻게 설명할 수 있는가?

[4] Part IV: 전지의 직렬 및 병렬 연결
1. 전지를 직렬 연결할 때 증가하는 것은 무엇인가? 전지를 병렬 연결할 때 증가하는 것은 무엇인가?
2. LED에 불이 들어오게 하려면 전지를 어떻게 연결해야 하는가? LED에 따라 불이 들어오게 하기 위해 필요한 전지의 수가 다른 이유는 무엇인가?

Ⅱ. 실험 결과에 대한 고찰

Ⅲ. 다음의 질문에 답하시오.
1. Daniel 전지는 염다리(salt bridge)를 포함하고 있다. 이 염다리의 역할은 무엇인가?
2. 우리 생활에서 많이 사용되는 건전지는 또 하나의 볼타 전지이다. 건전지의 구조에 대하여 알아보자. 건전지의 산화전극은 어떻게 구성되며 산화전극에서의 반응은 무엇인가? 건전지의 환원전극은 어떻게 구성되며 환원전극에서의 반응은 무엇인가?
3. 금속에서 일어나는 중요한 산화-환원반응에 부식(corrosion)이 있다. 철의 부식은 어떠한 과정을 통하여 일어나는지 알아보자.

Ⅳ. 참고문헌

본문내용

실험 데이터 및 처리

Part I: 오렌지 쥬스 전지
Cu-Zn 전극
C-Zn 전극
전압 (V)
0.97
0.81
전류 (μA)
0.73
0.18

1. Cu와 Zn 금속판을 사용한 오렌지 쥬스 전지에서 산화되는 것은 무엇인가? 환원되는 것은 무엇인가? (힌트: 모든 전극이 반응에 참여하는 것은 아니다. 반응하지 않는 전극은 비활성 전극(inert electrode)이라 한다.)

산화되는 것은 Zn이며 환원되는 것은 이다.
Zn, , Cu 중에서 산화되려는 경향이 가장 큰 물질은 아연이기 때문에 아연 금속은 전자를 내어주고 로 산화되어 전해질 용액으로 녹아 나온다. 전자는 도선을 따라 반응성이 작은 구리 금속 쪽으로 이동한다. 구리 금속 쪽으로 이동한 전자는 구리 금속과 접하고 있는 전해질 수용액의 수소 이온()과 반응하여 수소 기체로 환원된다.

2. Cu 금속판 대신 탄소(C) 막대를 사용한 오렌지 쥬스 전지에서 산화되는 것은 무엇인가? 환원되는 것은 무엇인가?

산화되는 것은 Zn이며 환원되는 것은 이다.
Zn, , C 중에서 산화되려는 경향이 가장 큰 물질은 아연이기 때문에 아연 금속은 전자를 내어주고 로 산화되어 전해질 용액으로 녹아 나온다. 전해질 수용액의 수소 이온()은 전자와 반응하여 수소 기체로 환원된다.

3. 전극으로서 Cu를 사용할 때와 탄소를 사용할 때, 오렌지 쥬스 전지의 전압에 차이가 있는가? 전류에는 차이가 있는가? 이에 대한 이유를 설명하라.

전극으로서 Cu를 사용할 때 탄소를 사용할 때보다 전압이 0.16V, 전류가 0.55A만큼 크게 측정되었다.
전극으로 각각 Cu와 탄소를 사용하였을 때, 전압과 전류에 차이가 있는 것은 표준 환원 전위 때문이다. 구리의 표준 환원 전위는 +0.34이다. 탄소의 표준 환원 전위는 탄소로 측정하는 것 대신에 이산화탄소를 활용하여 구한다. 이산화탄소의 표준 환원 전위는 –0.49이다. 탄소를 대신하여 측정하는 이산화탄소의 표준 환원 전위는 구리보다 작다.

참고 자료

일반화학, Steven S. Zumdahl, Cengage, 2018, 173쪽