전기의 화학적 변화

소개글

전기의 화학적 변화에 대한 보고서 자료입니다.

목차

서론

본론
1. 산화-환원의 원리
2. 전기 분해
3. 전기분해 반응의 화학양론
4. 갈바니 전지
5. 표준 환원전위의 사용
6. 전지전위와 열역학
7. 전지전위의 농도 효과
8. 갈바니 전지의 용도

결론 및 소견

본문내용

+ SO42-(aq) + 2e- → PbSO4(s) + 2H2O
산화전극: Pb(s) + SO42-(aq) → PbSO4(s) + 2e-
알짜 전지반응: PbO2(s) + Pb(s) + 4H+(aq) + 2SO42-(aq) → 2PbSO4(s) + 2H2O
→ 전지가 방전됨에 따라 황산농도가 낮아짐
→ 황산의 비중 측정으로 충전 및 방전 정도 확인
* 장점: 가역반응 → 재충전 가능
2PbSO4(s) + 2H2O → PbO2(s) + Pb(s) + 4H+(aq) + 2SO42-(aq)
* 단점: 매우 무겁고, 부식성 물질인 황산이 흘러나올 수 있음
* 가장 최신의 납축전지는 산화전극으로 납-칼슘 합금을 사용
→ 각 전지의 구멍을 낼 필요가 없어서,
배터리를 봉합할 수 있어 전해질이 흐르는 것을 막아줌
2)아연-탄소 건전지(dry cell)
① 또는 Lelanche 전지라고도 함 → 비교적 가격이 싸고 1.5V 전위
→ flashlight 또는 녹음기에 전력을 공급하는데 사용
→ 실제로는 건조한 상태가 아님
산화전극: 아연: 전지의 바깥껍질: 전지의 바닥에 노출된 부분이 음극끝
환원전극: 흑연가루, MnO2, NH4Cl의 반죽으로 둘러 쌓인 탄소(흑연)막대
산화전극: Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-
환원전극: 복잡하고, 생성물의 혼합물이 생김. 이중 주된 반응
2MnO2(s) + 2NH4+(aq) + 2e- → Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O
→ 생성물 NH3는 산화전극의 생성물 Zn2+와 반응: 착이온 Zn(NH3)42+생성
→ 환원전극의 반쪽반응이 복잡하기 때문에 총괄 전지반응을 쓸 수 없음
* 장점: ⓐ 가격이 비교적 싸다. ⓑ 새지 않으면서 정상적으로 작동
단점: ⓐ 전류를 많이 뽑아 사용하면 전지의 기능이 현저히 빨리 상실
→ ∵ 생성된 이온들이 전극으로부터 쉽게 확산될 수 없기 때문
→ but, 한동안 사용하지 않으면 생성물이 확산되어 어느 정도 자발적으로 재생 가능
ⓑ 재충전할 수 없음
② 알칼리 배터리(alkaline battery) 또는 알칼리 건전지
→ 염기성 전해질 사용
산화전극: Zn(s) + 2OH-(aq) → ZnO(s) + H2O + 2e-
환원전극: 2MnO2(s) + H2O + 2e- → Mn2O3(s) + 2OH-(aq)
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알짜 전지반응: Zn(s) + 2MnO2(s) → ZnO(s) + Mn2O3(s)
→ 전압: 약 1.54V
→ 장점: ⓐ 덜 비싼 아연-탄소 전지보다 껍질 수명과 사용수명이 길다.
ⓑ 높은 전류를 전달할 수 있다.
→ ∵ 전류의 흐름을 유지하도록 전극주위에서 생성되어 확산되어야 하는 이온이 없기 때문
3)니켈-카드뮴 축전지(nickel-cadmium storage cell)
* 또는 니카드(nicad) 배터리
→ 재충전용 전자계산기, 전기면도기, 전기공구 등에 전력 공급
→ 전위: 1.4V
산화전극: Cd(s) + 2OH-(aq) → Cd(OH)2(s) + 2e-
환원전극: NiO2(s) + 2H2O + 2e- → Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq)
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알짜 전지반응: Cd(s) + 2NiO2(s) + 2H2O → Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s)
* 장점: ⓐ 재충전 가능,
ⓑ 밀봉 가능 → 새는 것 방지: 전자장치에서 특히 중요
단점: ⓐ 같은 양의 전기에너지를 저장하는데 납축전지보다 훨씬 비싸다.
ⓑ 카드뮴의 유해성: 환경오염 → 재활용 노력
4)특수 배터리
* 전자공학 제품(전자계산기, 디지털 시계, 핸드폰, 전자식 카메라, 휴대용 컴퓨터)의 소형화
→ 전력을 공급하는 배터리도 소형화
5)수은 배터리
* 산화전극: 아연, 환원전극: 산화수은(Ⅱ), 전해질: 수산화칼륨 농축액
산화전극: Zn(s) + 2OH-(aq) → ZnO(s) + H2O + 2e-
환원전극: HgO(s) + H2O + 2e- → Hg(l) + 2OH-(aq)
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알짜 전지반응: Zn(s) + HgO(s) → ZnO(s) + Hg(l)
* 수은 배터리 전위: 약 1.35V
* 장점: 수명 내내 전위가 거의 일정하게 유지,
단점: 수은 독성: 환경오염
6)산화은 배터리
* 손목시계, 계산기, 자동노출 카메라 등에 사용
* 산화전극: 아연, 환원전극: 산화은, Ag2O, 전해질: 염기성
산화전극: Zn(s) + 2OH-(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e-
환원전극: Ag2O(s) + H2O + 2e- → 2Ag(s) + 2OH-(aq)
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알짜 전지반응: Zn(s) + Ag2O(s) + H2O → Zn(OH)2(s) + 2Ag(s)
* 장점: 수은 배터리보다 전위가 약간 높다. → 약 1.5V
단점: 매우 비싸다. → ∵ 은을 함유하고 있기 때문
7)연료전지
* 갈바니전지: 수명이 한정: 전극 반응물이 결국 다 소모되므로
연료전지: 무한적 계속적으로 작동: 반응물 계속 공급 가능
→ 전력이 장시간 필요한 경우에 사용
산화전극: 2 x [H2(g) + 2OH-(aq) → 2H2O + 2e-]
환원전극: O2(g) + 2H2O + 4e- → 4OH-(aq)
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알짜 전지반응: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O
- 결론 및 소견-
전기화학은 산화환원 반응을 기초로 한 화학에너지를 전기에너지로 전환시키거나 또는 전기에너지를 화학에너지로 전환시키는 내용을 포함하므로 화학에서뿐만 아니라 우리의 일상 생활에서도 대단히 중요 한 것 같다. 우리가 그 동안 흔히 써왔던 전지의 화학적 변화에 대해서 상세히 알 수 있게 된 계기가 된 것 같다.
- 참고 문헌 -
일반화학 범한 서적 1998
핵심물리화학(제3판) 교보문고 ATKINS
www.yahoo.co.kr
www.naver.com

키워드

전기화학,   갈바니전지,   전기분해,   전지전위