화학전지와 열역학 - 산화-환원 반응을 이용한 갈바니 전지를 만들어 전위차를 측정 실험보고서

소개

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목차

1. 실험 제목
2. 실험 목적
3. 이론
4. 시약 및 기구
5. 실험 방법
6. 실험 결과
7. 결론 및 고찰

본문내용

1. 실험 제목 : 화학전지와 열역학

2. 실험 목적 : 산화-환원 반응을 이용한 갈바니 전지를 만들어 전위차를 측정

3. 이론
①전기화학 전지의 종류
전기화학 전지는 화학에너지와 전기에너지를 상호 변환하여 에너지를 발생시키는 장치이다.
갈바니 전지(=볼타 전지)는 자발적 화학반응으로 전류가 발생하고 전해 전지는 전류를 이용하여 비자발적 반응이 발생한다. 화학전지로 만들어진 실용전지들의 예는 다음과 같다.
1차 전지 : 건전지, 산화은 전지, 알칼리 전지, 리튬 전지 등
2차 전지 : 납축전지, 수은전지, 니켈카드뮴 전지, 연료전지 등

②산화-환원 반응(Redox reaction)는 한 화학종에서 다른 화학종으로 전자의 이동을 수반하는 반응이다.
산화: 전자를 잃음 (산화수증가)
환원: 전자를 얻음 (산화수감소)
산화제(Oxidant): 다른 물질로부터 전자를 얻어서 자신이 환원되는 물질
환원제(Reductant): 다른 물질에 전자를 주어서 자신은 산화되는 물질

③화학전지의 원리는 이온화 경향이 서로 다른 두 금속을 전해질 용액 속에 넣고 도선으로 연결할 때 일어나는 산화 환원반응으로 기전력이 생겨서 전자가 도선을 따라 이동하는 것이다. (전자 : 이온화경향이 큰 금속 → 이온화경향이 작은 금속 이동) 이때의 전위차를 측정하는 것이 이번 실험이다.
기전력(electromotive force)은 전지가도선을 통하여 전류를 흐르게 하는 힘(두 전극간의 전위차)이다.
E°= E°(환원)- E°(산화)
E˚ 값이 (+)이면 정반응(자발적), (-)이면 역반응

④이온화경향은 금속이 수용액에서 전자를 잃고 양이온이 되려는 성질로 이온화 경향이 클수록 전자를 잃기 쉽다.
이온화 경향 순서 :K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>Ni>Sn>Pb>(H)>Cu>Hg>Ag>Pt>Au
또한, 두 금속의 이온화 경향의 차가 클수록, 전지의 기전력은 커진다.

참고자료

· https://en.wikipedia.org/wiki/Electromotive_force: 기전력의 정의
· https://en.wikipedia.org/wiki/Voltaic_pile: 볼타전지의 원리
· https://en.wikipedia.org/wiki/Polarization_(electrochemistry) : 분극현상의 개념
· https://en.wikipedia.org/wiki/Salt_bridge: 염다리의 원리
· https://en.wikipedia.org/wiki/Zinc_sulfate : zinc sulfate
· https://en.wikipedia.org/wiki/Copper(II)_sulfate : copper sulfate
· https://en.wikipedia.org/wiki/Potassium_chloride : “potassium chloride
· John E. McMurry 외 1명, 일반화학, 자유아카데미(2014), p255, 산화환원반응의 개념
· John E. McMurry 외 1명, 일반화학, 자유아카데미(2014), p261, 이온화경향 표
· John E. McMurry 외 1명, 일반화학, 자유아카데미(2014), p703, 화학전지와 엔탈피의 연관성
· John E. McMurry 외 1명, 일반화학, 자유아카데미(2014), p704~705, 산화(환원)전극의 개념, 다니엘 전지의 기본 구성, 염다리의 역할
· John E. McMurry 외 1명, 일반화학, 자유아카데미(2014), p713, 표준 수소전위의 개념
· John E. McMurry 외 1명, 일반화학, 자유아카데미(2014), p715, 표준 환원 전위의 개념
· 화학교재연구회, 재미있는 일반화학실험, 사이플러스(2010) p212, 이온화경향의 개념, 음극과 양극의 차이점 표