여행과 전기공부(Travel N Study)

10. 전기의 화학작용과 전지

 전기의 화학적 자용과 전기분해와 이를 이용한 2차 전지 대한 이론적 문제이다. 매년 빠지지 않고 1~2문제

 씩 출제된다.

- 패러데이의 법칙(Faraday's Law); 전자기유도 법칙과 전기분해법칙이 있는데, 여기서는 전기분해법칙 

     을 의미 하며 전기 분해시

       1) 전극에서 나오는 물질의 질량은 용액을 통과한 전기량과 물질의 원자량에 비례하고

       2) 그 물질의 원자값에 반비례한다.

       3) 1g 당량의 물질을 추출하는데 필요한 전기량은 물질에 상관없이 일정하다.

- 전기화학 당량(K)

   정의 : 1C의 전기량에 의해 분해되는 물질의 양 [g/C]

- 추출 물질의 양[g] = 물질의 전기 화학 당량[g/C] * 전기량[C] = K * I * t [g]

     ∵ 전기량 = I(전류) * t(초)

- 전기분해

정의 : 전기에너지를 이용하여 물질을 분해하는 현상이며 이 반응을 산화와 환원이라고 부른다.

전해액, 수용액 등에 전극을 통하여 전류를 흘려주면 양이온은 –극으로 음이온은 +극으로 이동하여 분리된다.

황산구리를 예로 들면 황산구리가 녹아있는 용액(전해액)에 구리(Cu)로 만든 + - 전극을 넣고 직류를 인가하면

황산구리(CuSO₄) Cu⁺ 와 SO₄^- 가 분리되기 시작한다.

음극에는 + 전기를 띤 Cu 구리가 들러붙고 양극에의 구리가 녹으면서 SO₄^- 와 결합해서 CuSO₄ 발생한다. 

그러므로 양전극은 점점 녹아서 얇아지고 음전극에는 구리가 달라붙어 두꺼워진다.

황산구리 용액에 10A의 전류를 60분간 흘린 경우 이 때 석출되는 구리의 양은?(단, 구리의 전기 화학 당량은 0.3293 × 10^-3[g/C]임) 2010

가. 약 1.97[g] 나. 약 5.93[g] 다. 약 7.82[g] 라. 약 11.86[g]

[해설] 위에서 설명한 바와 같이 K * I * t [g]  0.3293x10^-3 * 10[A] * 60*60[초] = 11.85g

황산구리(CuSO₄)의 전해액에 2개의 동일한 구리판을 넣고 전원을 연결하였을 때 구리판의 변화를 옳게 설명한 것은? 2011

    가. 2개의 구리판 모두 얇아진다.                      나. 2개의 구리판모두 두터워진다.

    다. 양극 쪽은 얇아지과, 음극 쪽은 두터워진다. 라. 양극 쪽은 두터워지고, 음극 쪽은 얇아진다.

[해설] 위의 설명 참조

전기 분해에 의해서 구리를 정제하는 경우, 음극선에서 구리 1kg를 석출하기 위해서는 200A의 전류를 약 몇 시간[h]

흘려야 하는가?(단, 전기 화학 당량은 0.3293 × 10^-3[g/C]임) 2010-10

   가. 2.11[h]     나. 4.22[h]     다. 8.44[h]     라. 12.65[h]

[해설] 1000[g] = 0.3293x10^-3 * 200[A] * t[sec] 이므로 t = 15197.56sec  3600으로 나누면 4.22[h]

초산은(AgNO₃용액에 1A의 전류를 2시간 동안 흘렸다. 이때 은의 석출량(g)은? (단, 은의 전기 화학당량은 1.1×10^-3g/C이다.) 2016

   ① 5.44     ② 6.08     ❸ 7.92     ④ 9.84

전기분해를 통하여 석출된 물질의 양은 통과한 전기량 및 화학당량과 어떤 관계인가? 2015

   ❶ 전기량과 화학당량에 비례한다. ② 전기량과 화학당량에 반비례한다.

   ③ 전기량에 비례하고 화학당량에 반비례한다. ④ 전기량에 반비례하고 화학당량에 비례한다.

   [해설] 패러데이의 법칙 참조

묽은 황상(H₂SO₄)용액에 구리(Cu)와 아연(Zn)판을 넣으면 전지가 된다. 이때 양극(+)에 대한 설명으로 옳은 것은? 2013

   ❶ 구리판이며 수소 기체가 발생한다. ② 구리판이며 산소 기체가 발생한다.

   ③ 아연판이며 산소 기체가 발생한다. ④ 아연판이며 수소 기체가 발생한다.

[해설] 양극에 구리 혹은 아연 뭐를 써야 할까? 를 묻는 문제 이다.

당근 구리판 이면 구리를 사용해야 양극에서 구리가 녹아 나와 음극으로 이동한다.

전지(battery)

5. 납축전지의 전해액으로 사용되는 것은? 2013

   가. H₂SO₄     나. H₂O     다. PbO₂     라. PbSO₄

   전해액은 묽은 황산( H₂SO₄) 이다 외울 것

10. 알칼리 축전지의 대표적인 축전지로 널리 사용되고 있는 2차 전지는? 2016

    ① 망간전지     ② 산화은 전지       ③ 페이퍼 전지     ❹ 니켈 카드뮴 전지

   아래 내용은 모두 외우자!

1차전지 : 1번 쓰고 버리는 전지 – 망간건전지, 수은전지, 산화은 전지

2차전지 : 충전이 가능한 전지

리튬이온전지 : 핸드폰 등 최근 많이 사용

전해액 : 유도전해질

니켈 카드늄 전지

전해액 : 알카리성 전해액

납 축전지

전해액 : 묽은 황산( 비중 1.23 ~ 1.26)

1차 전지로 가장 많이 사용되는 것은? 2016 2013

① 니켈·카드뮴전지     ② 연료전지     ③ 망간건전지     ④ 납축전지

다음 중 1차 전지에 해당하는 것은? 2012

    가. 망간 건전지     나. 납 축전지      다. 니켈카드뮴 전지     라. 리튬 이온 전지

15. 전지(battery)에 관한 사항이다. 감극제(depolarizer)는 어떤 작용을 막기 위해 사용되는가? 2009

    가. 분극작용     나. 방전      다. 순환전류     라. 전기분해

  [해설] 전기분해에서 설명했듯이 양극에 수소가 발생하는데 이 수소가 양극을 둘러쌓는 현상이 발생하

         고 이를  분극작용이라 하며 전지의 기전력을 약화 시킨다. 감극제는 수소를 제거하여 기전력이

         약화 되는 것을  막는 역할을 한다.

용량이 45[Ah]인 납축전지에서 3[A]의 전류를 연속하여 얻는다면 몇 시간 동안 이 축전지를 이용할 수 있는 가? 2009

    가. 10시간     나. 15시간     다. 30시간     라. 45시간

  [해설] 축전지의 용량을 나타내는 단위가 [Ah]이다. 축전지의 용량은 축전지에 연결하는 부하에 따라 방

출되는 전류양이 그때그때 다르므로 1시간 방출할 수 있는 최대 전류값으로 정한다. 문제에서 45Ah는 1

시간 동안에 45A를 방출할 수 있다는 의미이다. 1시간 – 45A 이면 3A로 방출하면 몇시간 ? 비례식으로

풀면 된다.    5/3 = 15시간

10[A]의 전류로 6시간 방전할 수 있는 축전지의 용량은? 2012

   가. 2[Ah]     나. 15[Ah]     다. 30[Ah]     라. 60[Ah]

   10*6 = 60Ah