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| 화학전지 |
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| 글쓴이 : 운영자 고유ID : 운영자
날짜 : 00-00-00 00:00
조회 : 14574
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화학전지
1. 전지의 원리
1) 전지 : 자발적인 산화.환원반응에서 얻어지는 화학에너지를
전기에너지로 변화시키는 장치
2) 전지의 원리 : 이온화경향이 큰 쪽의 금속은 -극, 이온화 경향이
작은 쪽의 금속은 + 극이다.
3) 전지의 표시 : 서로 다른상 사이나 액체 용액들 사이의 경계는
외선(|)으로 나타내고 염다리는 겹선(||)으로
나타낸다.
-극은 왼쪽에 +극은 오른쪽에 표기한다.
(-극) Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu (+극)
2. 전지의 종류
1) 볼타전지
아연판과 구리판을 묽은 황산에 넣은 구조의 전지
전지식 : (-) Zn | H2SO4(aq) | Cu (+)
Zn (-극) 반반응 : Zn(s) → Zn2+ + 2e- (산화)
Cu (+극) 반반응 : 2H+(aq) + 2e- → H2(g) (환원)
전체반응 : Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)
* 분극작용 : 볼타전지의 기전력이 곧 떨어지는 현상이
일어나는 것은 +극인 구리표면에 발생한 수소기체가 전극을
둘러싸서 용액중의 수소이온이 전자를 받아들이는 환원작용을
방해하기 때문이다.
즉, 전극에 생성된 물질때문에 기전력이 감소되는 현상을
분극작용이라고 한다.
* 감극제 : 분극현상을 없애주는 과정을 감극이라 하고 이때
사용되는 산화제를 감극제라고 한다.
감극제 : H2O2, MnO2, K2Cr2O7, KMnO4
2) 다니엘 전지
아연전극을 황산아연 수용액에 넣고 구리전극을 황산구리 수용액에
넣어도 용액이 섞이지 않도록 다공성 물질로 막을 만들어 놓은 전지
(-) Zn | ZnSO4(aq) || CuSO4(aq) | Cu (+)
Zn (-극) 반반응 : Zn(s) → Zn2+ + 2e- (산화)
Cu (+극) 반반응 : Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s) (환원)
전체반응 : Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)
3) 실용전지
(a) 건전지
아연으로 만든 원통에 이상화망간과 흑연가루를 염화암모늄
포화용액을 넣고 가운데에 탄소막대를 꽂은 전지
(-) Zn | NH4Cl 포화용액 (MnO2) | C (+)
Zn (-극) 반반응 : Zn → Zn2+ + 2e- (산화)
Cu (+극) 반반응 : 2H+ + 2e- → H2 (환원)
도선으로 외부회로를 연결하면 - 극에서는 아연이 Zn2+로 되는
동시에 착이온 [(Zn(NH3)4]2+으로 되어 아연이온이 제거되고
+ 극에서 생긴 수소는이상화 망간과 반응하여 물이 되므로
분극현상은 일어나지 않는다.
(b) 납축전지
-극인 납과 +극인 이산화납을 비중 1.25인 묽은황산에 담가서
도선을 연결한 전지
(-)극 : Pb(s) + SO42-(aq) → PbSO4(s) + 2e- : 산화 - 질량증가
(+)극 : PbO2(s) + 4H+ + SO42-(aq) + 2e- → PbSO4(s) + 2H2O : 산화 - 질량증가
전체반응 : Pb+ 2H2SO4+PbO2 → 2PbSO4 + 2 H2O
(c) 알칼리전지
금속카드늄(Cd)과 수산화 니켈을 20% 수산화칼륨 용액에 담근
것이다.
-극은 Cd이고 + 극은 Ni(OH)3 가 된다. 가볍고 견고하다.
Cd + 2Ni(OH)3 ↔ Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2
(d) 수은전지
소형이고 일정한 전압을 가지므로 전자시계, 보청기, 사진기
등에 사용된다.
전지식 : (-) Zn | OH- | HgO (+)
(-)극 : Zn(s) + 2OH- → ZnO + H2O + 2e-
(+)극 : HgO + H2O → Hg + 2OH-
전체반응 : Zn + HgO → ZnO + Hg
(e) 연료전지
연료를 직접태우는 대신 연료와 산소를 전지의 산화제와외
환원제로 이용하여 전기적 에너지를 얻는 장치를 연료전지라
한다.
수소는 백금촉매가 들어있는 다공성 탄소전극을 통해서
전지안으로들어가고 산소는 은 촉매가 들어있는 다공성 전극을
통해서 전지 안으로 들어간다. 그리고 가운데에는 수산화칼륨(KOH)
용액이 들어있다.
(-)극 : H2 + 2OH- → 2H2O + 2e-
(+)극 : 1/2 O2 + H2O + 2e0 → 2OH-
전체반응 : H2 + 1/2 O2 → H2O
4) 1차, 2차전지
a) 1차전지 : 방전한 후 충전에 의해 본래의 상태로 되돌릴 수 없는 전지
b) 2차전지 : 충전과 방전이 모두 가능한 전지
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