물리화학실험 | 다니엘 전지의 열역학

 

 

 

TIP

 

 

본 실험의 목적은 Daniel 전지를 사용하는 법을 익히고, 기전력을 측정하여 산화・환원반응의 열역학적 함수값 ∆G°를 결정하는 법을 공부하는데 있다.

 

 

 

본 실험의 목적은 다니엘 전지를 사용하는 법을 익히고, 기전력을 측정하여 산화 환원반응의 열역학적 함수값 ∆G를 결정하는 법을 공부하는 데 있다. 다니엘 전지는 다니엘이 1836년 발명한 1차 전지로 황산 아연 용액에 넣은 아연을 양극, 황산구리 용액 속에 넣은 구리를 양극으로 하여 두 용액을 염류 용액으로 이어서 만든 전지이다.

 

여기서 염류 용액으로는 염다리를 사용한다. 자유에너지는 물질의 열역학적 성질을 규정하는 함수로, 어떤 화학반응이 계속 진행될 때 유효한 일을 하는 에너지이다. 다니엘 전지는 기본적으로 산화환원반응이며 전극전위는 Nernst식을 이용해 구할 수 있다.

 

본 실험은 우선 비커에 증류수, 한천과 질산칼륨을 넣고 가열하면서 염다리를 만든다. 그 다음 100㎖ 부피플라스크에 황산구리와 황산아연 용액 1몰과 2몰을 만든다. 황산구리, 황산 아연용액을 각각의 비커에 담고 준비해 둔 염다리에 솜을 넣은 후 두 용액에 넣어 연결한다. 그리고 전선이 각각 연결된 구리판과 아연판을 각각 구리용액과 아연용액에 담그고 전극을 연결한다.

 

1몰과 2몰에 따른 기전력을 측정하고 염다리 하나일 때와 2개일 때의 기전력도 측정한다. 실험 결과 용액 1몰의 기전력은 1.5V, 2몰의 기전력은 1.7V이며 염다리의 개수에 따른 변화는 없었다. 실험 결과 얻은 데이터로부터 구한 자유에너지는 1몰 –2.89×10⁵J , 2몰 -3.28×10⁵J 이다. 오차의 원인에는 용액의 농도가 있다. 황산구리 2몰의 경우 고체가 잘 녹지 않았기 때문에 황산아연과 농도가 달라서 기전력 값에 오차가 생겼다. 또 다른 원인에는 염다리의 영향이 있다.

728x90

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 400㎖비커에 물 200㎖를 넣고 한천과 질산칼륨을 조금씩 적당량 넣으면서 다 녹을 때까지 가열하면서 저어준 후 이 용액을 U자관에 넣어 식혔다. 그 다음 황산구리와 황산아연 용액을 만들었다.

 

2) 황산구리의 경우 100㎖ 부피플라스크에 증류수를 적당량 넣은 후 1몰은 황산구리 고체 24.968g, 2몰은 49.936g을 넣고 녹인 다음 증류수를 플라스크 표시선까지 넣었다.

 

3) 황산아연의 경우도 마찬가지로 100㎖ 부피플라스크에 증류수를 적당량 넣은 후 1몰은 황산아연 고체 28.754g, 2몰은 57.508g을 넣고 녹인 다음 증류수를 플라스크 표시선까지 넣었다.

 

4) 황산구리, 황산 아연용액을 두 비커에 담고 준비해 둔 염다리에 솜을 넣은 후 두 용액에 넣어 연결했다. 그리고 전선이 각각 연결된 구리판과 아연판을 각각 구리용액과 아연용액에 담그고 전극을 연결했다.

 

5) 1몰과 2몰에 따른 기전력을 측정한 다음 염다리 하나일 때와 2개일 때의 기전력도 측정하였다.

 

 

[물리화학실험]다니엘 전지의 열역학 1부

 

 

[물리화학실험]다니엘 전지의 열역학 레포트