전 기 분 해

1. 화학과 일반화학실험실 전 기 분 해 이 준 우

2. 전기분해에서 일정한 전기량에 의해 석출되는 물질의무게는 그 물질의 당량에 비례하는 것을 확인한다. 용어 : 전기분해, 전기량, Faraday법칙 실험 진행 • 황산구리 용액의 전기분해 • 셀에 흐른 전기량 계산 • 석출된 구리의 무게 측정 • 전기량과 석출된 구리의 무게 비교 • [선택]실험 후 황산 구리 용액의 농도 측정 (Spectro20D 사용) 실험 목적

3. 전기분해, 전해: 외부에서 전위나 전류를 가하여 전극 표면에서 전해질이 화학변화를 일으키게 하는 것 실험 원리 석출되는 물질의 무게는 통해준 전기량과 비례 전기량 Q = it dt 1 Faraday : 1 g 당량의 물질을 전기분해 하는데필요한 전기량 96500 C, 전자 1 몰의 전기량과 같다. Q = nFN 전기 분해 실험에서 생성되는 물질의 무게는 그 물질의 당량과 통해준 전기량으로부터 구할 수 있다. 통해준 전기량을 물질의 당량수로부터 구할 수 있다.

4. anode : 2H2O 4H+ + O2(g) + 4e 이 실험에서 생성된 물질로 부터 구한 전기량과 실제 셀어 가해진 전기량을 비교해 본다. cathode : Cu2+ + 2e Cu(s) 전극반응 Cathode : 환원 반응이 일어나는 전극 Anode : 산화 반응이 일어나는 전극 전지 볼타 전지 : 자발적인 화학반응에 의해 전기에너지를 발생 전해 전지 : 전기에너지가 비자발적인 화학반응을 일어나게 함

5. 기구 • Cu 판 (1 X 7 cm) 1개 • 탄소전극 (못쓰는 건전지에서 회수) 1개 • 구리도선 또는 전선 5m • 사포 500번 1/4장 • D.C adaptor 1개 (4.5V이상) • 전압계 1개 • 전류계 1개 • 비이커 100 mL 1개 • 유리관 (지름1 cm, 길이 5 cm) 1개 • 씻기병 1개 • 깔때기 1개 • 거름종이 3장 • 저울 • 시약 • 0.1M CuSO4 • Ethanol 또는 aceton • pH paper 실험 기구/시약

6. 실험 방법 • 실험 기구 설치 • Cu 판을 사포로 깨끗이 한다. • 구리판에 전선을 연결 한다. • 구리판과 전선의 무게를 mg 까지 정확히 측정한다. • 탄소전극을 유리관 안에 넣은 후 전선을 연결 한다. • 전류계, 전압계, 직류전원공급기, 스위치를 연결한다. • 전류계는 직렬, 전압계는 병렬 연결을 한다.(앞의 그림 참고) • 탄소전극과 구리전극의 극을 정확하게 직류 전원 공급기에 연결한다. • 실험 시작 • 비이커에 2/3 정도 오도록 황산 구리 용액을 넣는다. • 탄소전극과 구리 전극이 서로 닿지 않토록 주의 한다. • 스위츠를 켜는 순간 부터 1분단위로 전류값과 전압의 변화를 기록한다. • 실험 후 • 리트머스 종이로 반응전, 후 용액의 pH를 측정해 본다. • 구리전극에 석출된 구리가 떨어지지 않토록 전극을 꺼낸다. • 만일 석출된 구리가 용액에 떨어 졌을 때는 거름종이로 용액을 거른다. • 구리판을 증류수로 잘 씻은 후 알콜로 세척하고 건조시켜 무게를 측정한다.

7. 실험 자료 처리 • 석출된 구리 • 몰 수 : (실험후 구리판의 무게 - 실험전 구리판의 무게) / 구리의 원자량 • 전기량 : 구리의 당량 수 X (석출된 구리의 몰수) X Faraday 상수 • 셀에 가해진 전기량 • 일정한 시간 간격으로 전류값의 변화를 기록한다. • X축에 시간 Y축에 전류값의 변화를 모눈종이에 그린다. • 그래프의 아래쪽 모눈 칸 수를 센다. • 1칸의 전기량을 계산 한다. 만일 그래프 X축 1칸이 60/5 초이고 Y축 1칸이 2/5 mA라고 하면 1칸의 전기량은 4.8 mC 이다. • 전체 모눈 칸수에 1칸의 전기량을 곱하면 셀에 가해진 전기량이 된다. • Excel등의 프로그램을 이용하여 계산 하여도 된다.

8. 3V DC 로 실험한 결과 실험 결과 최초 구리판의 무게 : 0.907g 실험후 구리판의 무게 : 0.910g 구리판 무게 변화 : 0.003g 석출된 구리의 몰수 : 4.721E-5 mol 전기량 : 9.11 C 셀에 흘려준 전기량 : 9.261 C

9. 6V DC 로 실험한 결과 실험 결과 최초 구리판의 무게 : 1.3956g 실험후 구리판의 무게 : 1.4062g 구리판 무게 변화 : 0.0106g 석출된 구리의 몰수 : 1.668E-4 mol 전기량 : 32.2 C 셀에 흘려준 전기량 : 35.628 C

10. 기구 준비시 주의/참고사항 • 전류계는 내부 저항이 작을 수록 좋고, 전압계는 내부 저항이 큰 멀티미터를 사용하면 좋다. • 실험중 구리 전극과 탄소 전극이 서로 닿으면 전류계나 전원공급기가 망가질 수 있다. • 건전지는 사용함에 따라 내부 저항이 커져 전압이 낮아지므로 일정 전압원을 사용하는 것이 좋다. • 간단한 회로및 전선은 미리 구성하여 실험 시간을 단축 한다. • 회로 연결만 학생들이 할 수 있도록 함 • 실험이 빨리 끝난 학생들은 Spectro20를 이용하여 용액의 농도를 측정한다. • 표준 용액은 미리 만들어 놓는다. • 실험 전 후 무게 변화가 매우 적으므로 무게 측정에 주의 한다.