핵심 개념
전기화학은 화학 반응과 전기 에너지를 연결한다. 갈바니 전지에서는 자발적인 산화·환원 반응이 전압을 만들고, 전기 분해에서는 가해 준 전류가 반응을 일으킨다.
- 산화는 산화 전극(애노드)에서, 환원은 환원 전극(캐소드)에서 일어난다. 전지 전위는 E°_전지 = E°_캐소드 − E°_애노드이고 양수이면 자발적인 전지이다.
- 자유 에너지는 ΔG° = −nFE°이며 F = 96 485 C/mol, n은 이동한 전자의 수이다.
- 표준 상태가 아닐 때는 25 °C에서 네른스트 식 E = E° − (0.0592 ÷ n) log₁₀ Q를 쓴다.
- 전기 분해의 패러데이 법칙: 전자의 몰수 = It ÷ F이고 석출된 질량은 m = ItM ÷ (nF)이다.
핵심 식
E°_cell = E°_cathode − E°_anodeΔG° = −nFE°E = E° − (0.0592 ÷ n) log₁₀ Q (25 °C)m = ItM ÷ (nF)F = 96 485 C/mol
풀이 예제
Zn | Zn²⁺ ‖ Cu²⁺ | Cu에서 E° = 0.34 − (−0.76) = 1.10 V이고 ΔG° = −2 × 96 485 × 1.10 = −212 kJ/mol이다. [Zn²⁺] = 1.0 M, [Cu²⁺] = 0.010 M이면 Q = 100이고 E = 1.10 − (0.0592 ÷ 2) × log 100 = 1.10 − 0.059 = 1.04 V이다. 2.0 A로 30 min 구리 도금을 하면 m = 2.0 × 1800 × 63.5 ÷ (2 × 96 485) = 1.2 g이 석출된다.
자주 하는 실수
- 전위를 반대 순서로 빼거나 반쪽 반응에 계수를 곱할 때 E°를 바꾸는 것.
- 네른스트 식과 ΔG 식의 n이 균형 잡힌 반응식에서의 전자 수임을 잊는 것.
- 애노드와 캐소드를 혼동하는 것. 산화는 갈바니 전지와 전해 전지 모두에서 항상 애노드에서 일어난다.
연습
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