[화학실험] 패러데이 법칙(황산구리 수용액 전기분해) (1)

1. 전해질 수용액의 전기 분해 원리

전기분해: 화합물에 인위적으로 전압을 절어 전기화학적으로 산화환원 반응을 일으키는 것

전해질 수용액에서는 전해질의 양이온,음이온에 물분자가 추가로 존재한다. 따라서 물분자보다 표준환원전위가 커야 방전될 수 있으며 방전하기 어려운 이온들은 물이 대신 산화 또는 환원한다.

(-)극에서 양이온 K+, Ca2+, Na+ Ba2+ Al3+ 은 방전하기 어렵다

(+)극에서 음이온 (SO4)2-, (CO3)2-, (NO3)-, (PO4)3-, F- 은 방전하기 어렵다

2. 패러데이 법칙(전기분해)

제 1법칙: 전기분해 시 석출되는 물질의 양은 전기량에 비례한다.

제 2법칙: 전기분해 시 석출되는 물질의 양은 화학당량에 비례한다.

→ W=kQ=kIt

* W: 석출 물질의 양[g], k: 화학당량, Q: 전기량[C]

1F → 전자 1mol의 전하량 = 전자 1개의 전하량 × 아보가드로 수 = 1.602×10^-19/개 × 6.022×10^23개/mol = 96480C/mol
전자 1mol은 +1가 양이온 1mol을 환원시킬 수 있으므로 → 1F에 의해 석출되는 물질의 양 = 1당량

[표준환원전위] 전자의 전위는 전극반응의 종류 또는 반응물과 생성물의 농도에 따라 다르기 때문에 전기화학적 전위 측정의 기준을 정하기 위해 표준조건에서 측정한 전극전위가 필요하다.

표준수소전위: 일정 조건에서의 반쪽전지. 모든 표준전극전위의 기준
표준환원전위: 일정 조건에서 대상 용액을 +극, 표준수소전극을 -로 연결하여 만든 전지의 기전력
- (-)극에서도 산화반응이 일어나지만 표준수소전극을 0.0V로 기준을 두고 환원반응에의 전위차를 계산한다.
- 값이 클수록 환원이 잘 된다(0보다 크면 수소보다 환원이 잘 됨) → 이온화 서열과 반대 양상을 보임
- 반쪽반응의 계수와 상관 없이 표준환원전위의 값은 일정하다

*반쪽반응: 산화-환원 반응은 항상 동시에 일어나지만, 관찰 대상의 산화 또는 환원에만 관심이 있을 경우 상대 반응을 제외하고 기술한다

→ 반쪽전지: 산화/환원이 일어나는 각 부분의 전지

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