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컨텐츠 | contents

스터디 | study

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> 화학전지
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> 1. 전지의 원리
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>    1) 전지 : 자발적인 산화.환원반응에서 얻어지는 화학에너지를
>              전기에너지로 변화시키는 장치
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>    2) 전지의 원리 : 이온화경향이 큰 쪽의 금속은 -극, 이온화 경향이
>                     작은 쪽의 금속은 + 극이다.
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>    3) 전지의 표시 : 서로 다른상 사이나 액체 용액들 사이의 경계는
>                     외선(|)으로 나타내고 염다리는 겹선(||)으로
>                     나타낸다.
>                     -극은 왼쪽에 +극은 오른쪽에 표기한다.
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>                      (-극) Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu (+극)
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> 2. 전지의 종류
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>    1) 볼타전지
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>       아연판과 구리판을 묽은 황산에 넣은 구조의 전지
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>       전지식 : (-)  Zn | H2SO4(aq) | Cu (+)
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>        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)
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>     * 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.
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>     * 감극제 : 분극현상을 없애주는 과정을 감극이라 하고 이때
>       사용되는 산화제를 감극제라고 한다.
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>       감극제 : H2O2, MnO2, K2Cr2O7, KMnO4
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>    2) 다니엘 전지
>       아연전극을 황산아연 수용액에 넣고 구리전극을 황산구리 수용액에
>       넣어도 용액이 섞이지 않도록 다공성 물질로 막을 만들어 놓은 전지
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>       (-)  Zn | ZnSO4(aq) || CuSO4(aq) | Cu (+)
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>       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)
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>    3) 실용전지
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>       (a) 건전지
>           아연으로 만든 원통에 이상화망간과 흑연가루를 염화암모늄
>           포화용액을 넣고 가운데에 탄소막대를 꽂은 전지
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>           (-)  Zn | NH4Cl 포화용액 (MnO2) | C (+)
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>           Zn (-극) 반반응 : Zn → Zn2+ + 2e- (산화)
>           Cu (+극) 반반응 : 2H+ +  2e- → H2 (환원)
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>           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.
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>       (b) 납축전지
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>           -극인 납과 +극인 이산화납을 비중 1.25인 묽은황산에 담가서
>           도선을 연결한 전지
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>           (-)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
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>       (c) 알칼리전지
>           금속카드늄(Cd)과 수산화 니켈을 20% 수산화칼륨 용액에 담근
>           것이다.
>           -극은 Cd이고 + 극은 Ni(OH)3 가 된다. 가볍고 견고하다.
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>           Cd + 2Ni(OH)3 ↔ Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2
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>       (d) 수은전지
>           소형이고 일정한 전압을 가지므로 전자시계, 보청기, 사진기
>           등에 사용된다.
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>           전지식 : (-) Zn | OH- | HgO (+)
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>           (-)극 : Zn(s) + 2OH- → ZnO + H2O + 2e-
>           (+)극 : HgO + H2O → Hg + 2OH-
>           전체반응 : Zn + HgO → ZnO + Hg
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>       (e) 연료전지
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>           연료를 직접태우는 대신 연료와 산소를 전지의 산화제와외
>           환원제로 이용하여 전기적 에너지를 얻는 장치를 연료전지라
>           한다.
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>           수소는 백금촉매가 들어있는 다공성 탄소전극을 통해서
>           전지안으로들어가고 산소는 은 촉매가 들어있는 다공성 전극을
>           통해서 전지 안으로 들어간다. 그리고 가운데에는 수산화칼륨(KOH)
>           용액이 들어있다.
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>           (-)극 :  H2 + 2OH- → 2H2O + 2e-
>           (+)극 : 1/2 O2 + H2O + 2e0 → 2OH-
>           전체반응 : H2 + 1/2 O2 → H2O
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>    4) 1차, 2차전지
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>       a) 1차전지 : 방전한 후 충전에 의해 본래의 상태로 되돌릴 수 없는 전지
>       b) 2차전지 : 충전과 방전이 모두 가능한 전지
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