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05-2.전기분해 및 도금실험 결과보고서

목 차요 약---------------------------------------------------1실 험 목 적------------------------------------------------2실 험 이 론------------------------------------------------2실 험 방 법------------------------------------------------4실험재료 및 기구--------------------------------------------4실 험 결 과------------------------------------------------10토의 및 고찰-----------------------------------------------13참 고 문 헌------------------------------------------------13요 약이번 실험은 양극과 음극으로 이루어진 전기화학 셀에 전기를 공급하였을 때 각각의 전극에서 일어나는 산화와 환원 반응에 대해 이해하고 공급된 전하량과 산화 및 환원된 물질의 양사이의 관계를 알아보는 실험으로, 백금과 구리판 사이에서 각각 0.5A와 1.0A 전류고정으로 측정하여 실험하였으며, 이론적으로는 0.19g이 생성되어야 하는데 측정한 구리의 양은 0.062g 이었고 그 원인으로 절차상의 문제점과 분극현상을 그 원인으로 추정하게 되었다.key word - 페러데이법칙, 전기분해, 도금, 분극현상1. 실험목적양극과 음극으로 이루어진 전기화학 셀에 전기를 공급하였을 때 각각의 전극에서 일어나는산화와 환원 반응에 대해 이해하고 셀에 공급된 전하량과 산화 및 환원된 물질의 양 사이의관계를 나타내는 패러데이 법칙(Faraday's law)을 이해한다.2. 실험이론전극을 통해서 전원에서 공급되는 전류에 의해서 일어나는 화학반응을 전기 분해 (electrolysis)라고 한다. 이 전기분해는 자발적인 화학반응의 경우에서 일어나는 화학전지의 경우와는 정 반대라고 할 수 있다.니엘 전지를 만들어 사용한다, 외부의 전류가 간제적으로 흐르게 되는 경우에 양쪽의 전극에서는 각 각 환원제가 강제 환원되고 산화제가 강제 산화되는 경우가 발생하며 이 비자발적인 반응은 전류에 세기에 대한 관계식을 가지며 일어나게 된다. 이러한 전기분해의 경우 대부분 그 극성에 연결되어지는 금속의 이온화 정도와주어지는 전류의 세기에 따라 그 변화정도가 다르며 대게 일반적으로 전류가 강하면 강할수록 이 전기분해 반응은 더 더욱 가속화 된다.그림에서 두개의 구리판에 전원을 연결하면,양극의 구리판은 엷어지고,음극의 구리판은 두터워지는 현상이 발생하는데,이는 전류가 흘러 구리를 운반한 것이다.이와 같이 전해액에 잔류가 흘러 화학 변화를일으키는 현상을 "전기분해"라 한다.☞ 전기분해에 의해 석축(추출)되는 물질의 양은 전해액을 통과한 총전기량이 같을 경우 물질의 화학당량에 비례한다.전기분해에서 통과한 전기량을석출된 물질의 양을라 하면,로 표시할 수 있다. 여기서는 1(C)전기량에 의해 분해되는 물질의 양으로 그 물질의 화학당량이라고 한다.< 패러데이의 법칙 Faraday's law >전해질용액을 전기분해할 때 ① 전극에서 석출하는 물질의 질량은 용액을 통과한 전기량과 물질의 원자량에 비례하고, 그 물질의 원자값에 반비례한다. ② 1g당량의 물질을 석출시키는 데 필요한 전기량은 물질의 종류에 관계없이 일정한 값을 지닌다. 즉 전기분해에 의해 분해되는 물질의 양은 전극의 형태나 물질의 종류 ?농도 등 에 관계없이 그 물질의 원자론적 성질(원자량 ?원자가)만으로 결정된다는 것을 나타낸다. 전기화학의 기초법칙일 뿐만 아니라, 이것과 아보가드로의 법칙을 연결시킴으로써 물질의 원자구조와 관련해서 전기량에도 최소패러데이의 법칙 [Faraday's law] 단위(기본전하량)가 존재한다는 것이 처음으로 예측되었다. 1 g당량의 물질을 석출시키는 전기량을 패러데이상수, 1C(쿨롬)의 전기량에 의해 석출되는 물질의 양을 그 물질의 전기화학당량이라 한다.< 전기화학당량 electrochemi 상수 96,487 C으로 나눈 값과 같다. 예를 들면 은의 전기화학당량은 107.868/96487=0.001118g이다. 단위전기량으로 1 Ah(1 A의 전류가 l시간 동안에 운반하는 전기량)를 사용하면 3600배가 되며, 은인 경우에는 0.001118 g×3600= 4.025 g이 된다.※ 표준환원전위를 이용하여 전기분해 반응을 보다 정확히 예측할 수 있다.(-)극 : 환원 반응이 일어나므로 환원전위() 가 큰 물질이 환원(+)극 : 산화 반응이 일어나므로 산화전위() 가 큰 물질이 산화3. 실험방법1)1M CuSO45H2O용액 1000ml를 제조하였다.2)실험에 사용할 구리전극을 고운사포로 닦아서 표면을 깨끗하게 하고 건조시킨 후무게를 전자저울을 이용하여 측정하여 기록하였다.(지문이 묻지 않도록 비닐장갑을 착용하여 측정하였다.)3)준비된 전기화학 셀(Hull cell)에 백금망과 구리판을 장착하였다.4)황산구리 용액 250ml를 셀에 채웠다.5)전해질의 초기 pH를 측정하였다.6)0.5A의 일정한 전류를 30분동안 공급하면서 전압을 실시간으로 확인 및 기록하였다.7)구리판 표면에 석출된 구리판을 꺼내 자연건조 시킨 후 무게를 측정하였다.8)셀에 있는 용액을 폐수통에 버리고 새 구리판을 셀에 끼운후 1.0A로 고정시킨 후앞의 2~7 과정을 반복하였다.4. 실험 기구 및 재료- 구리(Cu)판- 백금(Pt)판- 전기화학 셀(Hull cell)- 1000ml 뷰렛- 전자저울- pH meter- 전원 공급장치- 1M 황산 구리(copper sulfate) 용액 1000mL1):1가의 황산구리(Ⅰ) 및 2가의 황산구리(Ⅱ)가 알려져 있다. ① 황산구리(Ⅰ) (황 산제일구리):화학식무색 또는 회색의 분말로, 물 속에 넣거나 습한 공 기중에 방치하면 황산구리(Ⅱ)가 된다. 구리를 200℃로 가열한 진한 황산에 녹여, 알코올로 처리하면 얻을 수 있다.2):황산구리(Ⅱ)(황산제이구리):화학식 CuSO4. 청색의 투명한 결정으로 비중 2.286이다. 건조한 공기중에서 서서히수산화나트륨(가성소다)을 넣어 가열하면 염기성 산화구리가 되어 흑색 이 된다. 암모니아수와 작용시키면 처음에는 염기성 황산구리 청록색 침전이 생 기는데, 암모니아수를 과잉으로 가하면 구리의 암모니아착염을 형성하기 때문에 진한 청색이 된다.5. 실험결과전기 분해 전의 구리판의 무게21.734g전기 분해 후의 구리판의 무게21.796g석출된 구리의 무게0.062g전류 고정 값 : 0.5A시간(분)전압(V)전류(A)시간(분)전압(V)전류(A)시간(분)전압(V)전류(A)116.020.51115.420.52115.550.5215.591215.442215.58315.421315.472315.58415.391415.472415.59515.381515.472515.59615.381615.472615.60715.381715.482715.61815.381815.502815.62915.371915.522915.621015.422015.543015.63반응 전 pH : 3.26반응 후 pH : 3.08전기 분해 전의 구리판의 무게21.735g전기 분해 후의 구리판의 무게22.068g석출된 구리의 무게0.333g전류 고정 값 : 1.0A시간(분)전압(V)전류(A)시간(분)전압(V)전류(A)시간(분)전압(V)전류(A)132.011.01131.421.02131.651.0231.591231.442231.68331.421331.472331.68431.391431.482431.69531.381531.492531.70631.381631.502631.70731.381731.522731.71831.381831.542831.82931.371931.562931.821031.422031.583031.90반응 전 pH : 3.26반응 후 pH : 2.90탄소 전극구리 전극∴ 188.293(C)☞ 이 그래프상의 면적은 정적분을 이용해서......예를 들어서 범위가일때의의 면적을 구할때는그리고 위의 면적을 구할때는 두가지 면적으로 나눌수 있다.빗금친 ①의 부분 ☞ 직선의 방정식을 구해서 정적분을 쓰면...먼 직선의 방정식은...가 된다.①의 면적은?①34.69375(C)② 70(s)후의 높이(전류A)는 0.0115 (11.5mA)가 된다.직사각형의 면적 =19.895(C)※ 총면적은 34.694 + 19.895 = 54.589(C)∴ 54.589(C)7. 결과 및 고찰이번실험의 목적은 수용액의 전기분해를 통하여 금속표면에 원하는 금속을 도금해내는것 (“전기 분해와 도금”)이다. 여기서 일어나는 반응은 양극에서는 산화반응, 음극에서는 환원반응이다. 그러나 우리는 궁극적으로 전기분해에 필요한 전하량이 무엇인지를, 시간과 전류사이에 관계를 통해 도출해 내는 것을 목표로 했다. 실험상 구리의 몰수는.. 시간과 전류의 그래프를 그리면 그 면적은 column을 나타내고, 이 값을 패러데이상수로 나누어서 구할수 있다.전류(A)시간(초)이 그래프에서 면적은 A?s를 의미하므로 이는 곧 전하량. 즉, 쿨롱을 의미한다.이 그래프의 함수는 메틀랩을 이용하여 i=0.0001t+0.0527가 되었다.3차향과 2차항의 계수는 모두 0이 나왔고 1차향의 계수는 0.0001 그리고 상수항은0.0527이 나왔다.따라서 면적을 구하기 위하여 i=0.0001t+0.0527를 적분하면 전하량을 구할 수 있게 된다.위의 식을 0초부터 1800초 까지의 구간까지 적분하면 256.8C이 나왔다.이 전하량을 패러데이상수로 나누면 전자몰수가 나온다.즉, 256.8C / 96485.3C/mol = 0.0026mol이 나온다.(패러데이 상수=964825.3C/mol)그런데 황산구리의 전기분해는 Cu2+ + 2e- → Cu 이므로 Cu의 몰수는 전자몰수의 반만큼이생성되게 된다.따라서 0.0026mol/2=0.0013mol이 나오게 되는 것이다.이 값은 실제 우리가 실험에서 구한 구리의 몰수이다.그러면 이론적인 구리의 몰수는,.실험을 수행한후 구리판 표면에 붙어있는 구리의 양은 0.6g이었다.따라서 0.6/63.546=0.003mol이 이론적으로 석출되야하는 구리 몰수이다.따라서 이론적으로 석출되야하는 구리몰수와왔다.

공학/기술| 2008.05.17| 9페이지| 1,500원| 조회(977)

실험, 도금, 결과보고서, 분극, 구리, 전기분해

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06-2.Jar_tester에의한_응집실험 실험결과보고서

요 약본 실험에서는 Jar-tester를 이용해 임의의 폐수를 응집해보고 응집에 필요한 응집제의 최적량을 알아보는 것을 목적으로 하였다. 휴믹산을 이용해 임의로 만든 폐수에 황산알미늄 용액의 양을 다르게 하여 첨가해주고 Jar-tester를 이용해 30분간 교반 시킨 후 30분간 침강시켜 탁도(흡광도)를 측정해 응집제의 최적량을 구했다. 탁도 (흡광도)를 측정해본 결과 응집제의 첨가량이 0.30 g(15 mL)일 때 최적량임을 알 수 있었다.-Key words-응집제, 탁도, Jar-tester, 휴믹산(humic acid), 황산알미늄1. 실험 목적이 실험에서는 Jar-tester를 이용해 폐수를 응집해보고 응집에 필요한 응집제의 최적량을 알아보고자 한다.2. 이론2.1. 응집[1].응집(Flocculation)이란, 분산성 현탁입자(SS; Suspended Solids)를 집합시키고, 입자경을 크게하여 고액분리를 용이하게 하는 작용을 말한다. 입자와 입자간을 결합시키기 위해서는 반데르발스힘(Van der Waals' force)만으로는 결합력이 약하므로 입자간에 접착력을 부여하면 입자간 가교 및 흡착으로 결합력이 비약적으로 증대하게 되며, 이 작용을 하는 것이 고분자 응집제이다. 한편 입자와 입자의 집합, 결합에는 입자간의 충돌이 필요하며, 이 충돌 빈도수를 증가시키기 위해서 교반을 행하게 된다.2.2. 응집제[2].2.2.1. 정의응집제란 수중에서 안정화되어 있는 콜로이드 입자의 표면전하를 중화시켜 불안정하게 하거나 흡착작용 및 가교작용을 유발시켜 floc을 형성시키는 약제를 총칭한다. 일반적으로 광범위하게 사용되고 있는 응집제는 쉽게 가수분해되어 (+)하전의 수산화물 폴리머를 형성하는 금속염, 예를 들어 알루미늄염, 철염이다.응집이 되면 액체 속의 입자는 일반적으로 침강속도가 빨라지므로, 이 현상은 침강을 촉진시키는 데 이용된다.2.2.2. 응집원리콜로이드 성분 : (-)전하 → 상호의 (-)전하 때문에 서로 반발하면서 안정된 분산 상태로 수중에 존재 까지 콜로이드 입자를 성장시키기 위해 응집 입자를 충돌시킴→ 플록형성④침전, 여과 등의 고액분리로 불순물 제거2.2.5. 응집의 메커니즘[3].용수처리에 있어서 화학적인 응집은 보통 황산알루미늄 또는 염화 제2철과 같은 3가의 금속염을 주입하여 일어나는 정확한 공정은 알 수 없으나 4가지 메커니즘이 일어난다. 이것들은 이온층 압축, 흡착 및 전하의 중화, 응집체의 접촉 그리고 흡착 및 입자간 가교결합이다.2.2.5.1. 이온층 압축콜로이드 주위에 있는 물속의 이온양은 정전기 전하를 감소시키는 효과를 가지고 있다. 높은 이온농도는 주로 반대 이온으로 구성된 층을 표면 방향으로 압축하게 된다. 이 층이 충분히 압축되면 반데르발스힘이 전체의 영역에 지배적인 영향을 미치게 되며, 순 힘은 인력이 되고 에너지 장벽은 없어진다. 이온층 압축의 예로는 탁한 하천수가 바다로 흘러 들어갈 때 자연적으로 일어나는 상황이다. 그곳에서 물의 이온 농도는 크게 증가하고 응집 및 침강이 일어난다. 원래 입자가 작아서 응집 없이는 침강할 수 없었던 그러한 물질들도 퇴적하게 된다. 알루미늄과 철염과 같은 응집제가 수처리에 사용되어 이온화 된다. 하지만 보통 사용되는 농도에서는 이온층 압축에 충분히 영향을 미칠 정도의 이온 농도로 증가되지는 않는다.2.2.5.2. 흡착과 전하중화흡착과 이온 중화의 이론에 있어서 이온의 양보다는 성질이 가장 중요하다. 황산알루미늄이 아래의 예와 같이 사용되지만 염화 제2철도 비슷하게 작용한다. 황산알루미늄이 물 속에서 이온화되면, 황산염 음이온과 알루미늄 양이온이 생성된다. 황산염 이온은 이러한 형태로 남아 있거나 다른 양이온들과 결합한다. 알루미늄 양이온은 물과 즉시 반응하여 여러 가지 형태의 수중 금속이온들과 수소를 만든다. 생성된 수중 금속이온들은 콜로이드 주위의 이온군의 일부가 되며, 그것들은 표면에 대한 친화력이 크기 때문에 콜로이드 표면에 흡착되어 표면 전하가 중화된다. 일단 표면 전하가 중화되면 이온 군은 없어지고 정전기 전위가 사라져 자유스러운4. 입자간 가교결합알루미늄이나 철염들이 물에 용해되면 큰 분자들이 형성되기도 한다. 금속염 대신 또는 금속염과 함께 합성 고분자가 이용되기도 한다. 이러한 고분자는 선형 또는 가지형으로 높은 표면 활성도를 가지고 있다. 따라서 여러개의 콜로이드가 하나의 고분자에 붙어서 여러개의 고분자 콜로이드군이 접촉을 이루며, 침강이 이루어진다. 흡착력 이외에도 고분자의 전하가 응집과정을 돕기도 한다. 알루미늄이나 철염의 주입으로 인해 생성된 금속 고분자는 양의 전하를 띠고 있는 반면, 합성 고분자는 양의 전하 또는 음의 전하 및 중성을 띠기도 한다. 적절한 전하의 선택이 응집효과를 크게 증진시킨다.2.2.6. 응집에 영향을 주는 인자[4].2.2.6.1. 교반영향금속교반:120-150RPM완속교반:40-60RPM2.2.6.2. pH영향어느 범위의 적정 pH값은 존재하고, 알루미늄염의 경우 pH값은 6.0-7.5가 적당하 다. 그러나 철염은 비교적 pH의 영향을 적게 받으며, pH값이 적정 상태가 아니며 양호한 응집이 일어나지 않기 때문에 이 경우는 산, 또는 알칼리로서 pH값을 조정 할 필요가 있다.수산화알루미늄의 용해도는 pH5.5-7.5 범위 내에서 용해도가 급격히 증가한다. 따라서 일반적으로 황산알루미늄을 응집제로 사용할 때 최적의 pH5 전후가 최적값 이다. 또 황산 제2철은 pH8.5 부근, 제1철염은 pH4가 최적값이다.2.2.6.3. 수온수온이 응집반응에 미치는 영향은 현탁물질이나 수질 등에 따라 다소 차이가 있으 나, 일반적으로 수온이 높아지면 물의 점도가 저하하여 이온확산이 빨라지므로 응 집제의 화학반응이 촉진되어 응집효과도 좋아진다. 한편 수온이 낮으면 floc형성에 요하는 시간이 길어지고 응집제의 사용량도 많아진다. comp와 stein에 의하면 수온이 24℃에서 0℃까지 내려가면 플록생성 속도는 30% 정도 늦어진다.2.2.6.4. 알칼리도금속수산화물을 얻기 위하여 적정량의 알칼리도가 필요하다. 일반적으로 Al3+, Fe3+ 등의 응집제를 첨가하면 민 산, 규산, 축합규산 등은 수산화 알루미늄의 응집최적 pH를 현저히 산성에 이동시킨다.수산화철 sol은 pH 7.0부근에서 가장 잘 응집하나 규산이나 알킨 산 soda가 공존하면 응집이 일어나는 pH범위가 산성측에 이동하고, 그 폭이 좁아진다. 한편 수산화철 sol은 Ca2+이 공존하면 응집을 일으키는 pH범위는 현저히 알카리측에 넓어진다.2.2.7. 응집제의 종류[5].2.2.7.1. 무기응집제①황산알루미늄(Al2(So4)3.18H20)-명반,Alum(정수처리,가격저렴함,무독성,응집 PH범위는5.5~8.5 로 범위가 좁다.플록이 가볍다)②황산제1철(FeSO4.7H2O)(PH범위는 9~11로 높아 용해 안됨,플록이 무거워 침강성이 좋다,부식이 강함)③황산제2철(Fe2(SO4)3)(배관부식등으로 일반적 하수처리에는 사용 안함..펜톤산화법에서 적용:폐수처리)④염화 제2철(FeCl3.6H2O)(응집 PH범위는 3.5이상:4~12로 넓다,플록이 무겁다,부식성이 강함)⑤폴리염화알루미늄(PAC)(성능이 최고이며 저온 열화 하지 않음,Al의 3~4배 효과 좋음)⑥암모늄명반(Al2(SO4)3.(NH4)2SO4.24H2O)⑦알루민산나트륨(NaAlO2)⑧염화 코퍼러스⑨이밖에 응집 보조제로는 점토,수산화칼슘(소석회),산화칼슘(생석회),활성규산 등이 있음. 대표적인 예로 벤토나이트(Clay:점토)2.2.7.2. 유기응집제①고분자응집제(Polyacrylamine, Polyethylene amine)-천연으로 존재하는 물질로 응집제 성질을 가지는 것과 인공적으로 합성된 것이 있다. 현재는 합성의 것을 많이 상용한다.②양이온계면활성제 (dodecylamine)③음이온계면활성제 (라우르산나트륨)2.3. 응집체(floc)물속의 현탁물질이나 유기물, 미생물 등의 미립자를 응집제로 응집시킨 큰 덩어리.고체미립자가 분산되어 있는 액체를 현탁액 또는 서스펜션이라고 한다. 이 상태의 고체 미 립자가 약제에 의하여 서로 응집되어 보다 큰 집합물을 형성할 때 이를 floc이라고 한 다. 보통 0.1변화로 응집이 저해되면 깨끗한 처리수를 얻을 수 없게 된다. 또 응집침전법에서는 점성광물·미생물 등의 현탁물질, 인의 불용성염이 floc을 형성하여 빠른 속도로 침강 분리된다[7].3. 실험 장치 및 방법3.1 실험 장치Jar-tester : C-JT, CHANG SHIN SCIEN TIFIC CO.,LTDFigure 1. Jar-tester used in experiment분광광도계 : spectrophotometerFigure 2. spectrophotometer used in experiment3.2 실험 방법휴믹산(Humic acid, sodium salt, H16752-100G, bath No:09213LD, ALDRICH) 0.2 g을 물 10 L에 넣어 200ppm의 임의의 폐수를 만들었고 증류수 100 mL에 응집제인 황산알미늄(aluminium sulfate : DUKSAN PURE CHEMICAL CO.,LTD, LOT-NO:907101) 2 g을 넣어 응집제 희석 용액을 만들었다. 응집이 잘 일어나는 응집제의 양을 대략적으로 알아보기 위해 1000 mL 비커에 임의로 만든 폐수 1000 mL를 넣고 시약을 1 mL씩 떨어뜨리며 콜로이드의 응집을 관찰하였다. 대략적인 양을 알아보고 넣어 줄 시약의 범위를 정한 후 1000 mL 비커 6개에 임의로 만든 폐수 1000 mL를 넣고 각각의 비커에 응집제 희석 용액으로부터 1 mL, 2 mL, 5 mL, 10 mL, 15 mL, 20 mL를 취하여 넣어주었다. Jar tester(C-JT, Chang Shin Scientific CO.,LTD)를 이용해 300 rpm에서 1분간 고속 교반 시킨 후, 30 rpm에서 30분간 고속 교반 후 20분간 침강시켜주었다.침강 후 각각의 비커에서 샘플을 채취하여 분광광도계(Spectrophotometer)를 이용해흡광도를 측정하였다.4. 실험 결과 및 고찰4.1 응집제의 첨가량에 따른 floc 침전량응집제의 첨가량에 따른 floc의 침전량을 관찰한 결과는 다음있었다.

공학/기술| 2008.05.17| 11페이지| 1,500원| 조회(672)

실험, 탁도, 응집, Jar, 제의, tester

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07-2.광도계에 의한 철의 정량분석 실험결과 보고서

광도계(spectrophotometer)에 의한 철의 정량분석-실험결과보고서-교수님학 과목 차요 약 ------------------------------------------------1실 험 목 적----------------------------------------------2실 험 이 론----------------------------------------------2실험장치 및 방법------------------------------------------4실험결과 및 고찰------------------------------------------5결 론---------------------------------------------------7요 약본 실험에서는 광도계를 이용하여 철 표준용액 흡광도의 측정 및 보정곡선을 그린 후 미지시료 흡광도의 측정값을 통해 철의 함량을 분석하였다. 철 표준용액을 450~550nm의 파장에서 흡광도를 측정해보았더니 510nm에서 최대값을 갖는 것을 알 수 있었다. 510nm에서의 흡광도와 철 표준용액 농도와의 관계그래프(보정곡선)를 그려보니 원점을 지나는 직선임을 알 수 있었다. 이 보정곡선을 바탕으로 철성분이 함유된 어느 제약회사의 미지의 약품1정으로 시료를 만들어 흡광도를 측정하여 철의 함유량을 계산할 수 있었다. 이로부터 보정곡선을 통하여 미지시료의 흡광도 측정만으로 철의 함유량을 알 수 있다는 것을 알게 되었다.-Key Words-흡광도, Beer-Lambert‘s law, 투광도, 보정곡선, 철 표준용액1. 실험목적분광광도계의 원리를 이해하고 철 표준용액에 투과시켰을 때 흡광도가 최대인 파장을 파악하고 보정곡선을 그릴 수 있으며, 그 파장을 가진 빛을 철을 포함한 미지의 시료에 통과시켜 흡광도를 측정하여 철의 함량을 분석하는 방법을 습득 할 수 있다.2. 실험이론2.1 투광도[1].어떤 빛이 지나가는 통로에 시료가 존재하여 시료에 의해서 빛이 흡수되면 빛살(beam of light)의 복사세기(radiant power)는 감소한다. 복사세기, P는 빛살의 단위면적당, 초 당 에너지를 의미한다.복사세기가 I인 이들 파장의 빛은 길이가 b인 시료를 두드린다. 두드리는 반대편 쪽으 로 시료를 통과되어 나온 빛살의 복사세기는 I이다. 빛의 일부는 시료에 의해 흡수될 것이므로, I￡ I이다. 투광도(transmittance), T는 원래의 쪼여준 빛과 시료를 통과한 빛의 분율로서 정의된다.[1]그러므로 T 는 0에서 1의 범위를 가진다.2.2 흡광도[2].투광도보다 더 유용한 양은 흡광도(absorption)로서, 다음과 같이 정의한다.[2]빛이 전혀 흡수되지 않았을 때 I= I가 되고, 따라서 A = 0이다. 만약 90%의 빛이 흡 수되었다면, 10%가 투과되었으므로 P = P/10이 되고, A = 1이 된다.단지 1%의 빛만 투과되었다면 A = 2가 될 것이다. 때로는 흡광도를 광도(optical density)라고도 한다.흡광도가 중요한 이유는 이것이 시료 중에 함유되어 있는 빛을 흡수하는 화학종의 농도 에 정비례하기 때문이다. 그래서 농도에 대해 log함수로 나타나는 세기(intensity)보다 직선성을 가지는 흡광도로 표현하는 것이 쉽다.[3]이 식은 분광광도법을 분석화학에 응용함에 있어서 가장 중요한 핵심이 되는 식으로 Beer-Lambert법칙이라고 한다. 흡광도(A)는 빛이 지나가는 시료층의 두께(b)에 비례함 을 Lambert가 발견 하였고, 그 뒤 Beer는 흡광도가 빛이 지나가는 시료의 농도(c)에 비례함을 발견하여 이것을 합하여 Beer-Lambert law라고 하였다.실제적으로는 분석하고자 하는 선스펙트럼 광원(속빈음극등)을 사용하며 농도c에 대한 흡광도A를 도시하여 측정원소의 검정곡선을 작성할 수 있다.수용액 중의 철(Ⅱ)이온은 O-페난트롤린(O-Phenandthroline)과 착물을 이루어 510 nm 파장에서 빛의 흡수가 최대가 된다. 510 nm 파장에서 흡수율을 측정함으로써 철의 함량을 결정할 수 있다.Beer의 법칙의 적용한계[3]. : 묽은 용액에서만 적용된다.화학적 반응으로 농도변화가 일어나지 않아야 한다.2.3 분광광도법의 중요한 특성[4].1)넓은 응용성(유.무기 화합물은 자외선.가시광선 영역에서 흡수스펙트럼을 나타냄)2)높은 감도(10~10M 용액이 분석에 적당한 농도)3)비교적 큰 선택성(정량하고자하는 성분만 정량될 수 있는 파장영역 찾아 흡광도 측정 가능)4)높은 정확도(상대오차 1~3% 범위)3. 실험장치 및 방법3.1 철 표준용액을 분광광도계(Spectrophotometer)의 450~550 nm 파장에서 흡 광도를 측정하여 흡광도가 최대인 파장을 찾고, 그 파장에서의 보정곡선을 구 하였다.1)황산 제1철 암모늄-6수염[Fe(NH)(SO)-6HO] 3.51 g 을 500 mL 메스플라스크 에 넣고 소량의 물을 넣고 녹인 후, 10 N 염산 1.5 mL를 넣고 증류수를 넣어 500 mL로 만들었다.2)이 용액에서 5 mL씩 분취하여 다른 500 mL 메스플라스크에 넣고 증류수를 넣어 500 mL로 만들었다. (이 용액이 철 표준용액으로써, 철 표준용액 1 mL는 철 0.01 mg를 함유하고있다.)3)철 표준용액 1, 2, 5, 10, 25 mL를 비색관에 넣고 3 N 염산 3 mL씩 넣은 후, 증류 수를 가하여 약 70 mL 가 되도록 하였다.4)5개의 비색관에 염산하이드록실아민 용액(NHOHHCl)을 1 mL씩 넣고 혼합한 후, O-페난트롤린용액(CHN-HO) 5 mL, 1 M 아세트산(CHCOOH)-아세트산나트륨 (CHCOONa) 완충용액 15 mL를 넣었다.5)5개의 비색관에 증류수를 넣어 100 mL가 되게 한 후, 잘 혼합하고 10분이상 정치하 여 발색시켰다.6)5개의용액을 시료관의 상단 1 cm 정도남기도록 채운 후, 광도계에서 450~550 nm 의 파장에서 흡광도를 측정하였다.7)철 표준용액의 농도와 흡광도의 관계를 plot하여 보정곡선을 구하였다.3.2 미지시료의 흡광도를 측정한 후, 보정곡선을 이용하여 미지시료내의 철의 함량 을 구하였다.1)미지시료(동아제약 미니막스 1정-유아용 영양제)용액 10 mL를 100 mL 플라스크에 넣고 3 N염산 3 mL 를 넣고 증류수를 넣어 70 mL가 되게한 후, O-페난트롤린용액 5 mL, 1 M 아세트산-아세트산나트륨 완충용액 15 mL를 넣고 증류수를 넣어 100 mL 가 되게 한 후 잘 혼합하였다.2)10분이상 정치하여 발색시킨 후 위에서 측정된 최대파장에서 흡광도를 측정하였다.3)보정곡선을 이용하여 미지시료의 철 함량을 구하였다.4. 실험결과 및 고찰4.1 광도계 450 nm ~ 550 nm 파장에서 측정된 철 표준용액의 흡광도와 보정곡선Figure 1. Absorption of a standard-solution of iron classified by wavelength.Figure 1.에서 알 수 있듯이 450~550 nm에서 측정된 철 표준용액의 흡광도는 농도 에 상관없이 510 nm에서 가장 최대인 것을 알 수 있다.510 nm에서 측정된 값으로 농도와 흡광도와의 관계를 plot 하면 Figure 2.와 같다.Figure 2. Relation of concentration and absorption at 510 nm.Figure 2.에서 알수 있듯이 보정곡선은 대략적으로 원점을 지나는 직선이 됨을 알 수 있다. 보정곡선이 직선인 것으로 보아 Beer-Lambert‘s law 가 성립함을 알 수 있다 (흡광도(A)와 농도(c)가 비례관계이므로). 이론적으로 보정곡선은 원점을 지나는 직선 이 되어야 하지만 실험중의 약간의 오차로 인해 원점을 약간 벗어난 직선이 되었다.이 직선의 방정식을 구하면 기울기이고,을 지난다.따라서라는 방정식을 얻는다.4.2 미지시료의 흡광도와 보정곡선을 이용한 철 함량결정파장[nm]흡광도농도[ppm]철의함량[mg]510 nm0.336125.59 ppm1.2559 mgTable 1. 미지시료의 흡광도와 철의 함량

공학/기술| 2008.05.17| 10페이지| 1,500원| 조회(649)

실험, 흡광도, 광도계, 곡선, nm, 미지

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04-2.화학전지 실험결과보고서

화 학 전 지(다니엘전지 기전력 측정)-실험결과보고서-교수님학 과목 차요 약---------------------------------------------------1실 험 목 적------------------------------------------------2실 험 이 론------------------------------------------------2실험재료 및 기구--------------------------------------------8실 험 방 법------------------------------------------------8실 험 결 과------------------------------------------------10토의 및 고찰-----------------------------------------------13참 고 문 헌------------------------------------------------13요약이번 실험은 다니엘 전지의 원리를 통해 산화-환원 반응에 동반되는 전자의 흐름을 이용하여 만들어진 전지의 기본원리를 이해하고 화학전지의 전위차를 실제 측정하고 이론상의 계산 값과 비교해보는 실험이었다.0.1M과 1M의 질산아연 용액과 1M의 질산구리 수용액을 직접제조하여 준비하고,구리판과 아연(도금아연사용)판을 잘라 제조한 용액과 염다리를 설치하여 기전력을 측정하였다.본 실험은 각각 2회씩 측정하였으며, 실험 측정결과, 이론값과 최대 1.8%의 오차를 보였으며,그 원인으로는 용액 제조시 소수점 셋째자리에서 각각 반올림하여 제조하였기에 그에 따른몰수와 실제 몰수가 약간 다른 것으로 오차의 원인으로 추정된다.통상적인 실험의 데이터 도출 오차율로 보아 10%이내인 값의 오차를 두고, 그 차이 또한 몰수비에 비례하여 일정하였기에 매우 만족스러운 결과 도출이 되었다고 생각할 수 있다.Nernst 식에 의해서 알 수 있듯이 표준상태이고 용액농도가 각각 1mol일때 기전력 1.1V이다.이론값 및 실험값을 통해서 다음지로는 알칼리 연료 전지가 있는데 이것은 우주 왕복선에서 사용된다.1)화학전지의 원리전지 - 산화?환원반응을 이용하여 화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치전지의 원리이온으로 되려는 경향(이온화경향)이 다른 두 금속을 전해질용액에 꽂고 두 금속을 도선으로 연결하면 전류가 흐름.전자의 이동(-)극 (+)극이온화경향이 큰 금속┃전해질┃이온화 경향이 작은 금속전자방출 = 산화 전자수용 = 환원전류의 이동이온화경향이 큰 금속 (－극) ▷ 전자를 내놓는다 (산화)이온화경향이 작은 금속 (＋극) ▷ 전자를 받는다 (환원)전자의 이동 방향 (－)극 → (＋)극전류의 이동 방향 (＋)극 → (－)극전지식의 표현 (－)극 ┃전해액┃ (＋)극전해질 질산암모늄, 수산화칼륨, 질산나트륨 등2)화학전지의 종류-볼타전지(－) Zn┃H2SO4┃Cu (＋)(-) Zn｜H2SO4｜Cu(+)(-)극 Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e- : 산화 - 질량감소(+)극 2H+(aq) + 2e- → H2(g) : 환원 - 질량불변──────────────────────Zn + 2H+ → Zn2+ + H2 ◁ 전체반응분극- 구리표면에서 발생한 H2가 수소이온의 접근[2H＋＋ 2e- → H2]을 방해하여 기전력이 떨어지는 현상. [1.1V → 0.4V]감극제(소극제)수소를 제거하여 분극을 막아주는 산화제이산화망간, 과산화수소, 중크롬산칼륨 등2MnO2 + H2 → Mn2O3 + H2O-다니엘전지(－) Zn┃ZnSO4 ┃┃ CuSO4┃Cu (＋)(-) Zn｜Zn2+ || Cu2+｜Cu(+) Eo = 1.5V(-)극 Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e- : 산화 - 질량감소(+)극 Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s) : 환원 - 질량증가───────────────────────Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu ◁ 전체반응원리아연은 전자를 내놓고 아연 이온이 되어 용액 속으로 녹아 들어간다.Zn → Zn2+ + 2e-Zn2+는 왼쪽 비커에서 염다리를 지나 오른쪽 비커로 이동하고, 전자 (e-이 같다.[PbSO4(s)]방전되면 질량이 증가한다.방전되면 황산의 농도가 묽어지며(H2SO4→H2O), 직류전원을 연결하면 역반응이 일어나 황산의 농도가 진해지는 충전이 이루어진다.PbO2 는 (+)극임과 동시에 감극제 역할을 한다.충전이 가능한 2차 전지이나 무거운 것이 단점이다.3)전극전위표준 수소 전극 전위(Eo)25oC, 1기압의 수소기체와 수소이온 (H+) 1M 용액사이의 환원전위를 0.00V로 정하여 표준환원전위의 기준으로 사용한다.2H+(aq, 1M) + 2e- → H2(g, 1atm) Eo=0.00V표준 환원 전위(Eo)25oC, 1기압에서 반쪽 전지의 수용액의 농도가 1M 일 때, 표준 수소전극을 연결하여 만든전지에서 수소 전극을 (-)극으로 하여 얻은 전지의 기전력Eo 가 클수록 환원되기 쉽다.Eo 가 작을수록 산화되기 쉽다. - 이온화 경향이 크다.표준수소전극 표준환원전위측정H+에 비해 전자를 잘 얻을수록 보다 큰 환원전극전위를 나타낸다.전지의 기전력기전력 - 두 반쪽 전지의 전극 전위 값의 차= (+)극의 표준환원전위 - (-)극의 표준환원전위[표.1] 금속의 표준전극전위(Eo)예) Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu의 기전력 Eo는 얼마인가?Zn2+ + 2e- → Zn Eo = -0.76VCu2+ + 2e- → Cu Eo = 0.34V ▷ Cu는 표준환원전위가 크므로 환원되기 쉽다.(+)극에서 환원이 일어나므로 Cu는 (+), Zn은 (-)로 작용(+)극 Cu2+ + 2e- → Cu Eo = 0.34(-)극 Zn → Zn2+ + 2e- Eo = 0.76V─────────────────────Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu Eo = 1.10V예) 다음 전지의 기전력은 얼마인가?(-)Zn｜H2SO4｜Ag(+)(-)극 Zn → Zn2+ + 2e- Eo = 0.76V(+)극 2Ag+ + 2e- → 2Ag Eo = 0.80V─────────────────────Zn + 2Ag+ → Zn2+ + 2Ag Eo = 1.56V▷ 전자의 수와 순서는 다음과 같다.K, Na, Ba, Sr, Ca, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb [H+], Sb, Bi, As, Cu, Hg, Ag, Pt, Au3) Nernst 식단극전위차 E(V)와 표준전위차Eo(V)의 관계식으로서여기에서, R은 기체상수로서 8.316 volt-coulomb, T는 절대온도로 273+t℃, n은 전자의 변화수, F는 패럿으로서 96500 coulomb, ln은 자연대수, [Ox]는 산화형의 농도, [Red]는 환원형의 농도이다.이 식을 25℃에서 상용대수로 고치면위의 식에서 용액중의 산화형, 환원형의 농도비가 1의 경우라면 E=Eo로 되어 이 전위차를 표준산화전위라 하고 그 크기는 그 계의 산화성 또는 환원성의 척도가 된다.5) 산화.환원계의 평형상수 및 방정식의 표시법1) 산화.환원계의 평형상수어떤 산화.환원 반응계에 있어서 산화제가 공존하는 환원제를 산화시킬 수 있는가,또는 환원제가 산화제를 환원시킬 수 있는가 하는 문제는 그 반응계에 있어서평형상수를 계산함으로서 바로 알 수 있다.일반적으로 산화제 Ox1, a몰이 환원제 Red2, b몰과 반응하여 Red1, a몰과 Ox2, b몰이 생성되었다면aOx1 + bRed2 = aRed1 + bOx2이 식에서 평형상수 K는이 때 반응을 2단계로 나누어 생각하면 다음과 같다.aOx1 + ne = aRed1bRed2 = bOx2 + ne평형상태가 되면 두 전위는 같아지므로 E1=E2∴ 즉 평형상수는 산화제 및 환원제의 표준전위로부터 구한다.이 평형상수 K를 이용하여 산화.환원의 방향과 정도를 측정할 수 있다.2) 산화.환원방정식의 표시방법산화.환원 반응은 전자의 출입으로 일어나는 것이기 때문에 받아들인 전자의 총수와 잃어 버린 전자의 총수가 같도록 산화제 및 환원제의 앞에 알맞은 계수를 붙여준다. 일반적인 예로서 2 x (-3e) = 3 x (+2e)등으로 표시하여 항상 출입수가 같아야 방정식이 성립된다. 산화.환원에 직접 관계되지 않는 물질은 자유로와 그 계수 이론적 으로 계산된 전압과 비교하여 분석한다.※실험 과정 Point1) 1.0M Cu(NO3)2 제조1조+2조(500ml제조)1M Cu(NO3)2 = Cu(NO3)2?5H2O 질량/1ℓ=187.54g/1000㎖(Cu:63.54, N:14 , O:16, H:1)실험에 사용할 2500㎖ CuSO4 제조단 시료안에 5H2O 포함하고 있으므로 1000㎖-90㎖=910㎖910㎖: 250㎖=187.54g:x x=51.52g실험에 필요한 수용액은 1.0M 의 수용액 이므로,1.0M인 경우, Cu(NO3)2 = 1.0×(51.52g/250㎖)=0.2061g/㎖2) 각몰 농도의 Zn(NO3)2 제조1M Zn(NO3)2 = Zn(NO3)2?7H2O 질량/1ℓ=189.38g/1000㎖(Zn:65.38, N:14, O:16, H:1)실험에 사용할 100㎖ ZnSO4 제조0.1M/1M(100ml제조)단 시료안에 7H2O 포함하고 있으므로 1000㎖-126㎖=874㎖874㎖:100㎖=189.38g:x x=21.67g실험에 필요한 수용액은 1.0M , 0.1M 두 종류의 수용액 이므로,1.0M인 경우, Zn(NO3)2 = 1.0×(65.00g/100㎖)=0.650g/㎖0.1M인 경우, Zn(NO3)2 = 0.5×(65.00g/100㎖)=0.325g/㎖ 3) Zn(NO3)2 + Cu(NO3)2 Zn(NO3)2 기전력 측정5. 실험결과1)전체 반응식반쪽 반응 : Zn(s) ---> Zn2+(aq) + 2e- 산화 전극(anode), (-)극Cu2+(aq) + 2e- ---> Cu(s) 환원 전극(cathode), (+)극전체 반응 : Zn(s) + Cu2+(aq) ---> Zn2+(aq) + Cu(s)2) 이론값, 실험값 구하기Cu(NO3)2 농도Zn(NO3)2 농도기 전 력이론값실험값1 M0.1 M1.1296 V1.130 V1 M1 M1.10 V1.120 V[구리 반쪽 전지] (+)극 : Cu2+ (1M) + 2e- → Cu(s) E0 = + 0.34V[아연 반쪽 전지] (-)극 : Z이 또한

공학/기술| 2008.05.17| 15페이지| 1,500원| 조회(1,477)

실험, 기전력, 화학전지, Zn, NO, Nernst

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04-1.화학전지 예비 보고서

화 학 전 지(다니엘전지 기전력 측정)-실험예비보고서-교수님학 과목 차실 험 목 적------------------------------------------------1실 험 이 론------------------------------------------------1실험재료 및 기구--------------------------------------------7실 험 방 법------------------------------------------------7참 고 문 헌------------------------------------------------71.실험목적산화-환원 반응에 동반되는 전자의 흐름을 이용하여 만들어진 전지의 기본원리를 이해하고 화학전지의 전위차를 실제 측정해하고 이론상의 계산 값과 비교한다.2.이 론양극, 음극: 전지에서 산화 반응이 일어나는 전극을 양극, 환원 반응이 일어나는 전극을 음극이라고 정의한다.전류, 전압: 회로를 통해서 매초당 흐르는 전하량을 전류라한다. 어떤 지점을 1초동안 1클롱(C)의 전하가 흐르면 1암페아(A) 이다. 한지점에서 다른 지점까지 일정량의 전하를 운반하는 데 필요한 일을 전압이라고 한다. 1C의 전하를 운반하는 데 1주울(J)의 일이 필요하면 이 두 지점 사이의 전압은 1볼트(V)이다.1차 전지, 2차 전기: 한번 쓰고 버리는 전지를 1차 전기라 하며, 건전기, 알칼리전지, 수은전지가 여기에 해당된다. 충전시켜서 여러 번 재 사용할 수 있는 전지를 2차 전지라 한다. 납, 축전지, 니켈-카드뮴전기가 이에 해당한다.연료 전지: 연료 전지는 산화 환원 반응이 일어날 때 생기는 에너지를 직접 전기로 바꾸어 주는 장치이다. 대표적인 연료 전지로는 알칼리 연료 전지가 있는데 이것은 우주 왕복선에서 사용된다.1)화학전지의 원리전지 - 산화?환원반응을 이용하여 화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치전지의 원리이온으로 되려는 경향(이온화경향)이 다른 두 금속을 전해질용액에 꽂고 두 금속을 도선으로 연결하면 전류가 흐학전지의 종류-볼타전지(－) Zn┃H2SO4┃Cu (＋)(-) Zn｜H2SO4｜Cu(+)(-)극 Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e- : 산화 - 질량감소(+)극 2H+(aq) + 2e- → H2(g) : 환원 - 질량불변──────────────────────Zn + 2H+ → Zn2+ + H2 ◁ 전체반응분극- 구리표면에서 발생한 H2가 수소이온의 접근[2H＋＋ 2e- → H2]을 방해하여 기전력이 떨어지는 현상. [1.1V → 0.4V]감극제(소극제)수소를 제거하여 분극을 막아주는 산화제이산화망간, 과산화수소, 중크롬산칼륨 등2MnO2 + H2 → Mn2O3 + H2O-다니엘전지(－) Zn┃ZnSO4 ┃┃ CuSO4┃Cu (＋)(-) Zn｜Zn2+ || Cu2+｜Cu(+) Eo = 1.5V(-)극 Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e- : 산화 - 질량감소(+)극 Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s) : 환원 - 질량증가───────────────────────Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu ◁ 전체반응원리아연은 전자를 내놓고 아연 이온이 되어 용액 속으로 녹아 들어간다.Zn → Zn2+ + 2e-Zn2+는 왼쪽 비커에서 염다리를 지나 오른쪽 비커로 이동하고, 전자 (e-)는 아연판에서 도선을 따라 구리판으로 이동한다.오른쪽 비커 속의 구리이온은 아연이 내어놓은 전자를 얻어 구리로 석출된다.Cu2+ + 2e- → Cu용액 속의 음이온은 염다리를 통하여 아연 쪽 비커로 이동한다.전기 회로가 완성되어 전류가 흐르게 된다.-건전지(-) Zn｜NH4Cl｜MnO2, C(+) Eo = 1.5V(-)극 Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e- 산화 - 질량감소Zn(s) + 2Cl- → ZnCl2(aq) + 2e-(+)극 2NH4＋＋ 2e- → 2NH3 ＋ H2 환원 - 질량불변2MnO2(s) + 2NH4+(aq) + 2e- → 2MnO(OH)(s) + 2NH3(g)──────────────────Zn + 2NH4+ → Zn2+ + 2NH3 + H2Zn) PbSO4(s) + 2e- : 산화 - 질량증가방전충전(+)극 PbO2 + 4H+ + SO42- PbSO4(s) + 2H2O : 환원 - 질량증가방전㉠ H2SO4 → H2O : 산성도↓, 비중↓충전Pb(s) + 2H2SO4 + PbO2 2PbSO4(s) + 2H2O방전방전되면 양쪽 전극의 생성물이 같다.[PbSO4(s)]방전되면 질량이 증가한다.방전되면 황산의 농도가 묽어지며(H2SO4→H2O), 직류전원을 연결하면 역반응이 일어나 황산의 농도가 진해지는 충전이 이루어진다.PbO2 는 (+)극임과 동시에 감극제 역할을 한다.충전이 가능한 2차 전지이나 무거운 것이 단점이다.3)전극전위표준 수소 전극 전위(Eo)25oC, 1기압의 수소기체와 수소이온 (H+) 1M 용액사이의 환원전위를 0.00V로 정하여 표준환원전위의 기준으로 사용한다.2H+(aq, 1M) + 2e- → H2(g, 1atm) Eo=0.00V표준 환원 전위(Eo)25oC, 1기압에서 반쪽 전지의 수용액의 농도가 1M 일 때, 표준 수소전극을 연결하여 만든전지에서 수소 전극을 (-)극으로 하여 얻은 전지의 기전력Eo 가 클수록 환원되기 쉽다.Eo 가 작을수록 산화되기 쉽다. - 이온화 경향이 크다.표준수소전극 표준환원전위측정H+에 비해 전자를 잘 얻을수록 보다 큰 환원전극전위를 나타낸다.전지의 기전력기전력 - 두 반쪽 전지의 전극 전위 값의 차= (+)극의 표준환원전위 - (-)극의 표준환원전위[표.1] 금속의 표준전극전위(Eo)예) Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu의 기전력 Eo는 얼마인가?Zn2+ + 2e- → Zn Eo = -0.76VCu2+ + 2e- → Cu Eo = 0.34V ▷ Cu는 표준환원전위가 크므로 환원되기 쉽다.(+)극에서 환원이 일어나므로 Cu는 (+), Zn은 (-)로 작용(+)극 Cu2+ + 2e- → Cu Eo = 0.34(-)극 Zn → Zn2+ + 2e- Eo = 0.76V─────────────────────Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu Eo = 역반응4)산화제(Oxidizing agent)와 환원제(reducing agent)어떤 화합물로부터 전자를 탈취하여 상대방을 산화시키고 자기자신은 환원되는 것을 산화제라고 한다.이와 반대로 어떤 화합물에 전자를 줌으로서 상대방을 환원시키고 자기자신은 산화되는 것을환원제라고 한다.* 산화제 ; K2Cr2O7, KMnO4, KBrO3, KIO4, PbO2, MnO2, Br2, Cl2, FeCl3, Mn2O 등* 환원제 ; Zn, Fe, FeCl2, H2O2, HNO2, H2So3, K, Na, H2S 등일반적으로 산화제 Ox1과 환원제 Red2 사이의 반응은 다음과 같다.산화제의 환원 Ox1 + me = Red1 ---- (1)환원제의 산화 Red2 = Ox2 + ne ---- (2)(1) x n + (2) x m으로 부터nOx1 + mRed2 = nRed1 + mOx2산화.환원 전위, 금속의 이온화 경향 및 Nernst식1). 산화.환원 전위(redox potential)어떤 금속을 그 금속 이온이 존재하는 용액 중에 담그면 (이것을 반전지라 함) 금속과 용액 사이에 일정한 전위차가 생기게 된다. 이 전위차를 단극전위차(single electrode potential)라 하고, 금속과 이온을 포함하는 용액과의 접촉면에서 전자의 수수에 의하여 일어나는 전위차를 산화.환원전위라 한다.2) 금속의 이온화 경향(ionization tendency)금속의 이온화 경향의 순서는 다음과 같다.K, Na, Ba, Sr, Ca, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb [H+], Sb, Bi, As, Cu, Hg, Ag, Pt, Au3) Nernst 식단극전위차 E(V)와 표준전위차Eo(V)의 관계식으로서여기에서, R은 기체상수로서 8.316 volt-coulomb, T는 절대온도로 273+t℃, n은 전자의 변화수, F는 패럿으로서 96500 coulomb, ln은 자연대수, [Ox]는 산화형의 농도, [Red]는 환원형의 농도이다.이 식을 25℃에서 상상수를 계산함으로서 바로 알 수 있다.일반적으로 산화제 Ox1, a몰이 환원제 Red2, b몰과 반응하여 Red1, a몰과 Ox2, b몰이 생성되었다면aOx1 + bRed2 = aRed1 + bOx2이 식에서 평형상수 K는이 때 반응을 2단계로 나누어 생각하면 다음과 같다.aOx1 + ne = aRed1bRed2 = bOx2 + ne평형상태가 되면 두 전위는 같아지므로 E1=E2∴ 즉 평형상수는 산화제 및 환원제의 표준전위로부터 구한다.이 평형상수 K를 이용하여 산화.환원의 방향과 정도를 측정할 수 있다.2) 산화.환원방정식의 표시방법산화.환원 반응은 전자의 출입으로 일어나는 것이기 때문에 받아들인 전자의 총수와 잃어 버린 전자의 총수가 같도록 산화제 및 환원제의 앞에 알맞은 계수를 붙여준다. 일반적인 예로서 2 x (-3e) = 3 x (+2e)등으로 표시하여 항상 출입수가 같아야 방정식이 성립된다. 산화.환원에 직접 관계되지 않는 물질은 자유로와 그 계수는 나중에 맞추어 주어야 한다.6) 염 다 리반쪽반응이 일어나는 각각의 실험장치에서 산화반응이 일어나는 곳과 환원반응이 일어나는 곳이, 직접 전자를 주고받지 못하게 이온을 분리시켜 주는 작용을 하는 역할을 수행하는 것. 염다리를 통해서 이온이 이 동하도록하여 전기가 흐르도록 한다. 그렇다고 전자가 염다리를 통하는 것이 아니라, 도선을 통해서 이동하게 되는 것이다. 염화칼륨이나 질산칼륨이 들어있어 (-)극에서 양이온이 증가할 때에는, 염다리의 질산이온이 이동하고, (+)극에서 음이온이 증가할 때에는 염다리의 칼륨 이온이 이동하여 이온의 균형을 맞추어 주는 역할을 수행한다.3. 실험재료 및 기구Cu Plate, Zn Plate(5×7㎝)(도금아연사용), 1M Cu(NO3)2, 0.1M/1.0M Zn(NO3)2,염다리-킴테크 킴와이프스, 비이커, Sand Paper(#1200), Voltammetry 전압계, 전자저울4. 실험방법1. 두 가지( 아연판, 구리판) 금속판 표면에 묻어 있는 녹 또는 기름기를 사포로 넣고

공학/기술| 2008.05.17| 9페이지| 1,000원| 조회(612)

실험, 연료, 전압, 전지, 화학전지, 환원

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