소개글
"물 전기분해"에 대한 내용입니다.
목차
1. 전기분해
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 이론
1.2.1. 전기분해
1.2.2. 물의 전기분해
1.2.3. 이온화합물의 전기분해
1.2.4. 패러데이 법칙
1.2.5. 금속의 반응성과 산화-환원 반응
1.2.6. 금속의 이온화경향성
1.3. 실험 기구 및 순서
1.4. 실험 결과
1.4.1. 전압과 전류의 변화
1.4.2. 석출된 구리와 이론값 비교
1.5. 오차 분석
2. 참고 문헌
본문내용
1. 전기분해
1.1. 실험 목적
실험 목적은 산화-환원 반응을 이용해 구리를 석출하고, 이 때 이용한 구리의 이론값과 실제 석출된 구리의 양을 비교하는 것이다. 전기분해를 통해 구리가 석출되는 과정을 관찰하고, 패러데이 법칙을 이용하여 이론적인 석출량과 실제 석출량을 비교함으로써 전기분해 과정에 대한 이해를 높이는 것이 이번 실험의 목적이다.
1.2. 실험 이론
1.2.1. 전기분해
전기분해는 자발적으로 발생하지 않는 화합물의 분해 반응을 직류 전기를 사용하여 발생하도록 하여 원하는 물질을 얻는 기술이다. Galvani 전지에서 산화·환원 반응이 자발적으로 진행될 때 전류가 흐르지만, 전해 전지는 전기 에너지를 사용하여 화학 변화를 진행시킨다. 전기분해 과정에서는 전지를 통하여 전류가 흐르게 함으로써 전지 전위가 음인 화학 반응이 일어나도록 한다. 즉, 전기적인 일을 써서 비자발적인 화학 반응이 일어나도록 하는 것이다.
전기분해에는 세 가지 기본 요소가 필요하다. 첫째, 분해하고자 하는 물질, 즉 전해질이 있어야 한다. 전해질은 자유롭게 움직일 수 있는 이온을 포함하고 있어야 한다. 둘째, 직류 전압을 가할 수 있는 두 개의 전극인 양극(anode)과 음극(cathode)이 있어야 한다. 셋째, 외부에서 직류 전류가 공급되어야 한다. 외부에서는 전류가 도선을 따라 흐르고, 전자가 전하 운반자 역할을 한다. 전해질 내부에서는 이온들이 전하 운반자 역할을 한다. 전극으로는 금속, 흑연, 반도체 등이 사용된다.
황산구리(CuSO4) 수용액을 전기분해하면, (+)극 주위에서는 물(H2O)이 산화되어 산소가 발생하고, (-)극 주위에서는 구리이온(Cu2+)이 환원되어 구리 금속이 석출된다. 전체 반응식은 다음과 같다.
(-)극: Cu2+ + 2e- → Cu
(+)극: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e-
전체 반응: Cu2+ + 2H2O → Cu + O2 + 4H+
전기분해 과정에서 석출되는 물질의 양은 전기량(전류×시간)과 물질의 화학당량에 비례한다. 이를 패러데이 법칙이라고 한다. 1g당량의 물질을 전기분해하여 석출하는 데 필요한 전기량은 약 96,500 쿨롱(C)으로, 이는 전자 1몰에 해당하는 전하량이다. 따라서 전기분해 실험에서 생성되는 물질의 무게는 그 물질의 당량과 통해 준 전하량으로부터 구할 수 있다.
전기분해는 도금, 배터리 충전, 금속 정제 등 다양한 화학 공정에 활용된다. 전기 에너지를 이용하여 비자발적인 화학 반응을 일으킴으로써 원하는 물질을 얻을 수 있기 때문이다. 또한 전기분해의 원리는 전기화학 분야에서 중요한 기반이 되고 있다.
1.2.2. 물의 전기분해
수소와 산소는 자발적으로 결합하여 물을 형성하고, 이 과정에서 수반되는 자유 에너지의 감소는 연료 전지를 작동시켜 전기를 생산하는 데 쓰일 수 있다. 그 역반응은 비자발적...
참고 자료
대학화학실험법, 대학화학실험법편찬회, 단국대학교출판부, p.221~p.229.
Peter Atkins, (2019) 물리화학, 교보문고
John C Kotz, Paul M Treichel, John Townsend, David Treichel, (2017), 일반화학, 일반화학교재편찬위원회
여인형, (2013), Harris 최신분석화학, 자유아카데미
이승희, (2009), 무기화학강의, 사이플러스
[네이버 지식백과] 전기분해 [Electrolysis] (물리학백과)
[네이버 지식백과] 도금 [Plating] (물리학백과)
[네이버 지식백과] 패러데이의 법칙 [Faraday's law] (두산백과 두피디아, 두산백과)
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