일반화학실험 | 화학전지와 전기화학적 서열

 

 

 

TIP

 

 

1. 화합물들 사이에 자발적으로 일어나는 전자 이동 반응을 이용하여 전기 에너지를 얻는 전지의 원리를 알아보고 몇 가지 금속이온의 전기화학적 성질을 확인한다.
2. 산화-환원 반응에 동반하는 전자의 흐름을 이용하여 만들어진 전지의 기본원리를 이해하고 전지의 전위차와 산화-환원력에 대해 알아본다.
3. 금속의 산화·환원반응을 이용하여 이온화 경향 순서를 알아보고, 금속의 상대적인 반응성을 결정한다.

 

 

 

화학 전지

물질의 화학적·물리적 변화를 이용, 이들의 변화로 방출되는 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 장치. 화학반응을 이용한 화학전지를 일반적으로 전지라 하는 경우가 많다. 물리반응을 이용한 물리전지로는 태양전지·원자력전지·열전지 등이 있다. 1791년 이탈리아의 L.A. 갈바니가「개구리의 근육에 금속조각을 대면 수축하는 경우가 있다」는 현상에서 동물전기를 발견하였으며, 1800년 이탈리아의 A. 볼타가 서로 다른 금속이 하나의 액체를 사이에 두고 반대성질을 가진 볼타전지에 의해 기전력이 발생하는 사실을 발견하였다.

 

볼타전지는 오늘날의 1차전지의 기초가 되었고, 그 뒤 많은 전지가 고안되었다. 1939년 다니엘전지 이후로 이액산(二液酸)전지인 그로브전지, 분젠전지, 중크롬산전지라고도 하는 포겐도르프전지, 그리고 오늘날의 건전지의 근원을 이루는 클랑세전지가 고안되었으며, 그 뒤 많은 개량을 하여 현재의 1차전지의 주류를 이루는 망간건전지로 발전하였다. 1차 전지는 비가역반응으로 1회의 방전밖에 사용할 수 없는 것을 말하며, 화학변화가 가역적으로 전류를 역으로 통해서 충전하면 반복 사용할 수 있는 전지를 2차전지라고 한다.

 

2차전지는 1859년 프랑스의 G. 플랑테가 2장의 납판에 직류전류를 통하게 하여 그 납판에 2차적으로 기전력이 발생하는 것을 발견함으로써, 오늘날의 2차전지의 주류를 이루는 납축전지가 만들어졌다. 납축전지는 전해액으로 묽은황산을 사용하여 산전지(酸電池)라고도 한다. 이것과 달리 알칼리전해액을 사용한 2차전지도 주목받게 되어, 1899년 스웨덴의 융너가 니켈카드뮴축전지(니카드전지)를, 1901년 T.A. 에디슨이 니켈철축전지를 연이어 발명하였다. 앞의 것을 융너전지, 뒤의 것을 에디슨전지라고도 하며 오늘날의 알칼리축전지의 주류를 이루고 있다.

 

 

실험 방법

실험 A : 전기화학적 서열 정하기

1)구리, 아연, 납으로 된 얇은 금속 판을 각각 두 개씩 자르고 사포로 문질러 깨끗이 닦는다.

 

2) 두 개의 비커에 1.0M Cu(NO₃)₂ 용액을 약 10㎖ 씩 피펫으로 옮긴 후에 각 비커에 아연판과 납판을 담근다.

 

3) 같은 방법으로 1.0M Zn(NO₃)₂ 용액에 구리판과 납판을 넣고, 1.0M Pb(NO₃)₂ 용액에는 구리판과 아연판을 담근다.

 

4) 각 비커에서 일어나는 화학 반응을 관찰하여 기록한다.

 

5) 각 용액에 금속판을 담구었다가 꺼낼 때마다 사포로 문질러 닦고 물로 씻어 말린뒤 다음 비이커에 넣고 관찰한다.

 

실험 B : 화학전지의 전압 측정

1) 1.0M Zn(NO₃)₂ 및 1.0 M Cu(NO₃)₂ 용액 30 ㎖ 씩을 취하여 2개의 비이커에 각각 넣고 두 비이커를 염다리로 연결한 후, 금속(각각 1.5㎝×5㎝)을 담그고, 전선으로 연결하여 전압을 측정한다. 다른 금속과 금속 용액을 같은 방법으로 조합하여 만들고 각각의 전압을 측정한다. 산화가 잘되는 금속은 전압계의 (-) 단자에, 환원이 잘되는 금속은 (+)단자에 연결하고 전압을 측정한다.

 

 

실험 C 농도차 전지

1) 1.0M과 0.01M Zn(NO₃)₂ 용액을 가지고, 아연판 두개(각각 1.5㎝×5㎝)로 전지를 만들어 수용액 30㎖에 각각 전선을 연결한 금속을 담가 전압을 측정한다.

 

2) 두 비커를 염다리로 연결한다.

 

3) 전압계와 두 비커를 전선과 집게로 연결한다.

 

4) 전위차를 측정한 후 계산 값, 실험2의 실험값과 비교한다

 

 

 

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