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갈바니 전지의 설치 모양 우주 프로그램에서 사용되는 수소-산소 연료 전지 Electrochemistry (전기화학) Chapter 19

산화와환원 1

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(72) 발명자 이승원 강원도 고성군 죽왕면 오호리 정동호 강원도 고성군 죽왕면 오호리 이호생 강원도 고성군 죽왕면 오호리 이 발명을 지원한 국가연구개발사업 과제고유번호 PMS235A 부처명 국토해양부 연구사업명 해양자원개발 연구과제명

Ch. 4 수용액 반응

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Chapter 11 Rate of Reaction

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(72) 발명자 김창욱 경기 용인시 기흥구 공세로 , (공세동) 박준석 경기 용인시 기흥구 공세로 , (공세동) - 2 -

Chapter 16

특허청구의 범위 청구항 1 구제역이나 에이아이(AI) 감염에 의해 살 처분된 가축 매몰지의 붕괴나 침출수 유출에 의한 제2차 오염을 방 지하기 위한 방제방법에 있어서, 매몰지 내부에 고화제(Firming agent) 및 첨가물질이 주입되도록 통로를 형성하기 위한 천공단

CHAPTER 17: CORROSION AND DEGRADATION

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Electropure EDI OEM Presentation

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87 Enol 형이안정한경우 β-diketone 에서처럼 α- 탄소가두카보닐기사이에위치한경우 1,3-yclohexanedione 20 % 80 % 2,4-Pentanedione xidation A. xidation of Aldehydes Aldehyde는 c

명세서 기술분야 본 발명은 2차 전지로부터 유가( 有 價 ) 금속을 회수하는 방법에 관한 것이며, 상세하게는, 폐( 廢 )리튬 이온 전지 및 리튬 이온 전지의 제조 불량품에 함유되는 코발트를 회수하는 리튬 이온 전지내의 코발트 회수 방법 및 코발트 회수 시스템에 관한

1. A B C 4. ABC B C A B A B C A C AB BC ABC. ABC C + A + B C A B A B C A B C B A C B C A C A B C B A 5. AB xy pqr x B xy p -y AB. A. A. B. TV B. C. AB

기술인 10월호b63뼉?일

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72 Chap 4 : Acids and Bases 4.1 Arrhenius acids and bases 4.2 Brϕnsted-Lowry acids and bases 4.3 Acid dissociation constants, pk a, and strengths of a

Alloy Group Material Al 1000,,, Cu Mg 2000 ( 2219 ) Rivet, Mn 3000 Al,,, Si 4000 Mg 5000 Mg Si 6000, Zn 7000, Mg Table 2 Al (%

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아레니우스이론의한계 1. 물에서는단순히자유로운양성자가존재하지않음 H 이온은물과결합하여히드로늄이온 (H 3 O ) 생성 H O H H ¾ é ê ê H ê êë O H H 2. 아레니우스이론은암모니아나이와관련된화합물의염기성을설명하지못함 NH 3 (aq) H 2 O(l)

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개최요강

CERIUM OXIDE Code CeO CeO 2-035A CeO 2-035B CeO REO % CeO 2 /REO % La 2 O 3 /REO %

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[수도권대기환경청 소식] 1. 제10차 수도권 대기환경정책 연구회 년도 1/4분기 직장교육 26 제5절 환경용어 해설 교토메카니즘(Kyoto Mechanism) 라돈(Rn) 배출가스 재순환장치(EGR, Exhaust G

Chapter 14

일반화학 I 기말고사 Useful P

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Chemistry: The Study of Change

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산화환원정리 ( 교육청포함 ) 1] ] ] ]

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歯전기전자공학개론

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Chapter 9

ETC Electrolytic Technologies Corporation Electrolytic Technologies Corporation (ETC) (High Strength Sodium Hypochlorite). ETC.,. ETC,,. - (Cl2) (NaOH

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79. Mechanism and thermochemistry of acid-base reactions 산 (A-) 과염기 (B - ) 사이에양성자가이동하여화학반응이일어나기위해서는두화학종이서로충돌해야한다. 이때반응이일어나기위한유효충돌은염기 B - 가 -A 의 A 쪽이아니


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제 1 장 정수처리 개요

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과학탐구영역 5. 그래프는 300 K에서 1몰의기체 A, B 에대하여압력변화에 5 A 와 B 는각각산소와결합하여분자성물질을만든다. 따른 값을나타낸것이다. 기체 A, B 에대한옳은설명을 에서모두고른것은? ㄱ. A 1몰의부피는 200기압일때가 400기압일때보다크다. ㄴ.

6. 암모니아 [NH 3(g)] 와산화구리 [CuO(s)] 는반응하여질소분자 [N 2(g)] 와수증기 [H 2O(g)] 그리고구리금속 [Cu(s)] 를발생시킨다.( 단, H의원자량 = 1.0 amu, N의원자량 = 14.0 amu, O의원자량 = 16.0 amu, Cu

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한국전지학회 춘계학술대회 Contents 기조강연 LI GU 06 초강연 김동욱 09 안재평 10 정창훈 11 이규태 12 문준영 13 한병찬 14 최원창 15 박철호 16 안동준 17 최남순 18 김일태 19 포스터 강준섭 23 윤영준 24 도수정 25 강준희 26

2 폐기물실험실

응답하라, 나의꿈! 431 프로젝트 고 년 09 월화학 1 최고난도및유형 응답하라, 나의수능 나를알아주는최적의학습시스템

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6. 그림은수소의선스펙트럼중라이먼계열과발머계열을진동수 로표현한것이다. 8. 표는 1, 2 주기원소로이루어진 CA 3, DB 2, EF 3, F 2B 분자에대 한자료이다. 이에대한설명으로옳은것만을 에서있는대로고른것 은? ( 단, 수소원자의에너지준위 E n=- 이다.) ㄱ

삼성955_965_09

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( )45.fm

< 서식 5> 탐구보고서표지 제 25 회서울학생탐구발표대회보고서 출품번호 유글레나를이용한산소발생환경의탐구 소속청학교명학년성명 ( 팀명 ) 강서교육청서울백석중학교 3 임산해 [ 팀원이름 ]

2018 학년도 1 학기화학 1 중간고사 (2018 년 4 월 19 일 ) (2) O 의평균원자량은얼마인가? 이름 : l 시험시간 : 3:00 PM - 5:00 PM l 휴대전화는끌것 l 지우개, 계산기는서로빌려줄수없음 l 답은반드시각문제에주어진네모또는밑줄안에적을것.

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Transcription:

전기화학 화학에너지와전기에너지사이의상호변환에대한연구 2 전기화학

산화상태와산화 - 환원반응 산화 - 환원반응 (Oxidation-reduction reaction): 물질들사이의전자전달반응 CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(g) Na(s) Cl 2 (g) NaCl(s) 2Mg(s) + O 2 (g) 2MgO(s) 전자가전달되었다는것을어떻게판정하는가?

산화상태와산화 - 환원반응 형식전하 (Formal charge): 화학결합을완전한공유결합이라고가정하였을때원자의알짜전하수 H A B H C H H 공유전자를반분 형식전하 = 원자의알짜전하 산화수 (Oxidation number): 화학결합을완전한이온결합이라고가정하였을때원자의알짜전하수 H +1 A B H C H (for χ +1-4 +1 A > χ B ) H +1 전기음성도가큰원자가공유전자를가짐산화수 = 원자의알짜전하전기음성도 (Electronegativity): 어떤원자가결합전자쌍을끌어당기는능력의척도

산화상태와산화 - 환원반응 Ex) 각원자의산화수? CO 2 O: -2, C: +4 SF 6 F: -1, S: +6 NO 3 - O: -2, N: +5 Fe 3 O 4 O: -2, Fe: +8/3

산화상태와산화 - 환원반응 산화 (oxidation) 환원 (reduction) Zn: 환원제 (reductant, reducing agent) H + : 산화제 (oxidant, oxidizing agent) 산화수 +1-1 +2-1 산화와환원은동시에일어난다. 잃은전자의개수 = 얻은전자의개수

산화 - 환원반응의균형맞추기 반쪽반응 Zn in CuSO 4 solution Cu in AgNO 3 solution Cu(s)+2AgNO 3 (aq)->cu(no 3 ) 2 (aq)+2ag(s) Cu(s)+2Ag + (aq) -> Cu 2+ (aq)+2ag(s) 1+ 2+ 산화 환원 Cu -> Cu 2+ +2e - : 산화반쪽반응 2Ag + +2e - -> Ag : 환원반쪽반응 Zn(s)+CuSO 4 (aq)->znso 4 (aq)+ Cu(s) Zn(s)+Cu 2+ (aq) -> Zn 2+ (aq)+cu(s) 2+ 2+ 2Ag+Cu 2+ ->Cu 2+ +2Ag + Zn -> Zn 2+ +2e - : 산화반쪽반응 (oxidation half-rxn) Cu 2+ +2e - -> Cu : 환원반쪽반응 (reduction half-rxn) 산화 환원 Zn+Cu 2+ ->Zn 2+ +Cu

산화 - 환원반응의균형맞추기 균형맞추기 Fe 3+ (aq) + Sn 2+ (aq) Fe 2+ (aq) + Sn 4+ (aq)? 화학반응의가장기본적인원리 : 질량보존전하보존 Fe 3+ (aq) + e - Fe 2+ (aq) Sn 2+ (aq) Sn 4+ (aq) + 2e - (1) : 환원반쪽반응 (2) : 산화반쪽반응 (1) x 2 + (2) : 2Fe 3+ (aq) + Sn 2+ (aq) 2Fe 2+ (aq) + Sn 4+ (aq) : 균형잡힌반응식

산화 - 환원반응의균형맞추기 균형맞추기 산성용액에서의산화 - 환원반응균형맞추기 1. 두반응, 즉산화와환원의반쪽반응식으로나눈다. 2. 각각의반응을맞춘다. (a) H 와 O 가아닌원소의개수를먼저맞춘다. (b) 필요한만큼 H 2 O 를가하여산소원자의개수를맞춘다. (c) 필요한만큼 H + 를가하여수소원자의개수를맞춘다. (d) 필요한만큼 e - 를가하여양쪽의전하량을맞춘다. 3. 산화반쪽반응에서잃은전자의수와환원반쪽반응에서얻은전자의수가같아지도록필요한만큼정수배한다. 4. 반쪽반응식을더한후, 가능하다면연합된식의양변의종들을소거해서식을간단하게만든다. 5. 양쪽의원자개수와양쪽의알짜전하량이같은가를확인한다. MnO 4 (aq) + C 2 O 2 4 (aq) Mn 2+ (aq) + CO 2 (aq) +7 +3 +2 +4 1. 환원반쪽반응산화반쪽반응 2(a). 2(b). 2(c). 2(d). (1) (2) 3. (1) X 2 + (2) x 5 4. 5.

산화 - 환원반응의균형맞추기 균형맞추기 염기성용액에서의산화 - 환원반응균형맞추기 CN (aq) + MnO 4 (aq) CNO (aq) + MnO 2 (s) 1. 두반응, 즉산화와환원의반쪽반응식으로나눈다. 2. 각각의반응을맞춘다. (a) H 와 O 가아닌원소의개수를먼저맞춘다. (b) 필요한만큼 H 2 O 를가하여산소원자의개수를맞춘다. (c) 필요한만큼 H + 를가하여수소원자의개수를맞춘다. (d) 필요한만큼 e - 를가하여양쪽의전하량을맞춘다. 3. 양변에필요한만큼 OH - 를가하여 H + 를없애고 H 2 O 를만든다. 4. 산화반쪽반응에서잃은전자의수와환원반쪽반응에서얻은전자의수가같아지도록필요한만큼정수배한다. 5. 반쪽반응식을더한후, 가능하다면연합된식의양변의종들을소거해서식을간단하게만든다. 6. 양쪽의원자개수와양쪽의알짜전하량이같은가를확인한다. 4. (1) X 3 + (2) x 2 5. 6. +2-3 +7?? +4 1. CN (aq) CNO (aq) MnO 4 (aq) MnO 2 (s) 산화반쪽반응환원반쪽반응 2. CN (aq) + H 2 O(l) CNO (aq) + 2 H + (aq) + 2 e 3 e + 4 H + (aq) + MnO 4 (aq) MnO 2 (s) + 2 H 2 O(l) 3. CN (aq) + H 2 O(l) + 2 OH (aq) CNO (aq) + 2 H + (aq) + 2 e + 2 OH (aq) 3 e + 4 H + (aq) + MnO 4 (aq) + 4 OH (aq) MnO 2 (s) + 2 H 2 O(l) + 4 OH (aq) CN (aq) + 2 H 2 OH O(l) (aq) + 2 OH (aq) CNO (aq) + H2 H 2 O(l) + 2 e 2 O(l) + 2 e 3 e + 24 H 4 2 O(l) + MnO 4 (aq) MnO + 2 H 2 O(l) + 4 OH (aq) 2 (s)+ 4 OH (aq) 3 CN (aq) + H 2 O(l) + 2 MnO 4 (aq) 3 CNO (aq) + 2 MnO 2 (s) + 2 OH (aq) (1) (2)

볼타전지 볼타전지 (voltaic cell) 또는갈바니전지 (galvanic cell): 자발적으로일어나는산화 - 환원반응에서방출된에너지를전기에너지로바꾸는장치 산화반응이일어나는부분과환원반응이일어나는부분을분리

볼타전지 볼타전지 (voltaic cell) 또는갈바니전지 (galvanic cell): 자발적으로일어나는산화 - 환원반응에서방출된에너지를전기에너지로바꾸는장치 산화반응이일어나는부분과환원반응이일어나는부분을분리 Zn(S) e - and stop Cu(S) e - 염다리 e - 다공성막 이온 Zn 2+ (aq) SO 4 2- (aq) Cu reduction 2+ (aq) SO 4 2- (aq) 이온

볼타전지 볼타전지 (voltaic cell) 또는갈바니전지 (galvanic cell): 자발적으로일어나는산화 - 환원반응에서방출된에너지를전기에너지로바꾸는장치 anode cathode

볼타전지 Ex) 다음산화 - 환원반응은자발적이다. Cr 2 O 7 2 (aq) + 14 H + (aq) + 6 I (aq) 2 Cr 3+ (aq) + 3 I 2 (s) + 7 H 2 O(l) K 2 Cr 2 O 7 과 H 2 SO 4 를섞은수용액을비커에, KI 수용액은다른비커에넣고염다리를사용하여두비커를연결한다. 용액과반응하지않는백금선같은전극을각용액에꽂고, 전압계를두백금전극사이에도선으로연결하면, 볼타전지는외부회로에전류를흘릴수있게된다. 산화전극과환원전극에서일어나는반응, 전자와이온의이동방향, 전극의부호를각각나타내시오. 환원반쪽반응 : 산화반쪽반응 : Cr 2 O 7 2 (aq) + 14 H + (aq) + 6 e 2 Cr 3+ (aq) + 7 H 2 O(l) 6 I (aq) 3 I 2 (s) + 6 e Pt e - Pt KI(aq) K 2 Cr 2 O 7 (aq), H 2 SO 4 (aq)

표준상태에서의전지전위 기전력? 전지전위 [Cell Potential (E cell )], 기전력 [Electromotive Force (EMF)] : 전자를밀거나당기는힘 EMF ( V ) = work( J ) charge( C) e - = 1.6 x 1-19 C 표준전지전위 (standard cell potential, E cell ), 표준기전력 (standard emf): 반응물과생성물이표준상태에있을때의전지전위 ( 기전력 )

표준상태에서의전지전위 표준환원전위? 2H + (aq) + Zn(s) Zn 2+ (aq) + H 2 (g) Oxidation: Zn Zn 2+ + 2e - Reduction: 2H + + 2e - H 2 Standard Hydrogen Electrode (SHE): 표준수소전극 1atm E cell = E 2H+ H2 + E Zn Zn2+ =.76 V E 2H+ H2 V 로정의 E Zn Zn2+ =.76 V E Zn2+ Zn = -.76 V 표준환원전위 (standard reduction potential, E red ) : 표준상태에있는환원반쪽반응의표준수소전극 (SHE) 에대한 E cell

표준상태에서의전지전위 표준환원전위? E cell = E Zn Zn2+ + E Cu2+ Cu = - E Zn2+ Zn + E Cu2+ Cu = -(-.76 V)+.34 V = 1.1 V

표준상태에서의전지전위 표준환원전위? E cell = E Zn Zn2+ + E Cu2+ Cu = - E Zn2+ Zn + E Cu2+ Cu = -(-.76 V)+.34 V = 1.1 V Ex) E cell? Cr 2 O 7 2 (aq) + 14 H + (aq) + 6 I (aq) 2 Cr 3+ (aq) + 3 I 2 (s) + 7 H 2 O(l) 표준환원전위, 전지전위, 기전력 : 세기성질

표준상태에서의전지전위산화제와환원제의세기

자유에너지와산화 - 환원반응 E > : 표준상태에서정반응이자발적 E > : 정반응이자발적

자유에너지와산화 - 환원반응 기전력, 자유에너지, 평형상수 work( J ) emf = potental difference(v) = charge( C) w 전지가외부에해준일 E = q 흐른전하량 -w = qe -w max = qe max q = nf w max = -qe max 가상적상황 ( 가역적과정 ) chapter 19: 1st law: You can't win, you can only break even. 2nd law: You can't break even. 평형에서 G = = G nfe = = nfe E = RT nf + RT ln( K) + RT ln( K) ln( K) F (faraday) = 1 mol e - 의전하량 = 96,485 C /mol e - w max = -qe max = -nfe max w max = G => G = -nfe max G = -nfe G = -nfe 최대전지전위 = 전지에서반응물과생성물의자유에너지차이

비표준상태에서전지전위 Nernst 식 G = G + RT ln( Q) nfe = nfe + RT ln( Q) E E = = E E RT nf 2.33RT nf ln( Q) log( Q) Nernst 식.592 E = E log( Q) (25 o C) n Ex) [Cr 2 O 7 2 ] = 2. M, [H + ] = 1. M, [I ] = 1. M, [Cr 3+ ] = 1. 1 5 M 이다. 다음반응의기전력은? Cr 2 O 7 2 (aq) + 14 H + (aq) + 6 I (aq) 2 Cr 3+ (aq) + 3 I 2 (s) + 7 H 2 O(l)

비표준상태에서전지전위 Nernst 식 Ex) Zn-H + 전지에서 [Zn 2+ ] = 1. M, P H2 = 1. atm 일때기전력이.45 V 이었다. [H + ]? Zn(s) + 2 H + (aq) Zn 2+ (aq) + H 2 (g) n = 2

비표준상태에서전지전위 농도전지 산화전극 환원전극 E cell = Q 1 E

비표준상태에서전지전위 농도전지 Ex) 어떤볼타전지를두개의수소전극을가지고만들었다. 1 번전극은 P H2 1. atm 과미지농도의 H + (aq) 로만들어졌다. 2 번전극은표준수소전극이다 ([H + ] 1.M, P H2 1. atm). 298 K 에서이전지의전압은.211 V 로측정되었고, 전류는 1 번전극으로부터외부회로를통해 2 번전극으로흐르는것이관측되었다. 1 번전극용액의 [H + ] 는얼마인지계산하시오. 또이용액의 ph 는얼마인가? e - E =.211 V P H2 1. atm [H + ]? P H2 1. atm [H + ] 1. M H 2 2H + + 2e - 2H + + 2e - H 2

비표준상태에서전지전위 농도전지 Hydrogen ion potentiometer (1921) Modern ph meter Beckman and McCullough (1933) Beckman's first ph meter (1934)

배터리와연료전지 납 - 산배터리 배터리 (battery): 볼타전지혹은여러개의볼타전지가직렬로연결된것 2 V Pb PbO 2 H 2 SO 4 H 2 SO 4 6쌍직렬 12 V 산화전극 : Pb + HSO - 4 PbSO 4 + H + + 2e - -E =.35 V 환원전극 : PbO 2 + HSO - 4 + 3H + + 2e - PbSO 4 + 2H 2 O E = 1.69 V 전지반응 : Pb(s) + PbO 2 (s) + 2HSO 4- (aq) + 2H + (aq) 2PbSO 4 (s) + 2H 2 O(l) E cell = 2.4 V

배터리와연료전지 납 - 산배터리 발명 (1859) 자동차용개발 (1915): 여전히최고 w 1 : Pb(s) + PbO 2 (s) + 2HSO 4- (aq) + 2H + (aq) 2PbSO 4 (s) + 2H 2 O(l) w 2 : Pb(s) + PbO 2 (s) + 2HSO 4- (aq) + 2H + (aq) 2PbSO 4 (s) + 2H 2 O(l) 2 V Pb PbO 2 H 2 SO 4 H 2 SO 4 6 쌍직렬 12 V 산화전극 : Pb + HSO 4 - PbSO 4 + H + + 2e - -E =.35 V 환원전극 : PbO 2 + HSO 4 - + 3H + + 2e - PbSO 4 + 2H 2 O E = 1.69 V 전지반응 : Pb(s) + PbO 2 (s) + 2HSO 4- (aq) + 2H + (aq) 2PbSO 4 (s) + 2H 2 O(l) E cell = 2.4 V

배터리와연료전지 건전지 Mn cell Zn E cell = 1.5 V C(graphite) acidic version MnO 2, NH 4 Cl 산화전극 : Zn Zn 2+ + 2e - 환원전극 : 2NH 4 + + 2MnO 2 + 2e - Mn 2 O 3 + 2NH 3 + H 2 O E cell = 1.5 V Zn C(graphite) akaline version KOH KOH KOH (or NaOH) 산화전극 : Zn + 2OH - ZnO + H 2 O + 2e - 환원전극 : 2MnO 2 + H 2 O + 2e - Mn 2 O 3 + 2OH -

배터리와연료전지 니켈 - 카드뮴, 니켈 - 금속 - 수소화물, 리튬 - 이온배터리 이차전지 [Secodary battery (rechargable battery)] Lead storage battery, Li ion battery... Ni-Cd battery 산화전극 : Cd + 2OH - Cd(OH) 2 + 2e - 환원전극 : NiO 2 + 2H 2 O + 2e - Ni(OH) 2 + 2OH - NiO 2 + Cd + 2H 2 O Ni(OH) 2 + Cd(OH) 2 almost indefinitely!!

배터리와연료전지 연료전지 연료전지 (Fuel Cell): 반응물을계속해서공급할수있는볼타전지 e - e - H 2 reuse e - H + H + H + e - e - e - H + e - e - e - e - e - O 2 (air) 산화전극 : 2H 2 + 4OH - 4H 2 O + 4e - 환원전극 : 2H 2 O + O 2 + 4e - 4OH - Cell : 2H 2 + O 2 2H 2 O -E =.83 V E =.4 V E cell = 1.23 V Pt 산화전극 : H 2 2H + + 2e - 환원전극 : O 2 + 4H+ + 4e - 2H 2 O Cell : 2H 2 + O 2 2H 2 O -E = V E =1.23 V E cell = 1.23 V Fuel cells: Metal hydride fuel cell, Electro-galvanic fuel cell, Zinc-air battery, Microbial Fuel Cell, Direct borohydride fuel cell, Alkaline fuel cell, Direct-methanol fuel cell, Reformed-methanol fuel cell, Direct-ethanol fuel cell, Formic acid fuel, Proton exchange membrane fuel cell, Phosphoric-acid fuel cell, Molten-carbonate fuel cell, Proton-conducting ceramic fuel cell, Solidoxide fuel cell fuel cell vehicle fuel cell power plant

부식 철의부식 Ex) 4Fe(s) + 3O 2 (g) 2Fe 2 O 3 (s) K (25 o C)? Substance Fe O ( s) 2 Fe( s) 2 3 O ( g) H f ( / mol) kj 826 S ( J / K mol) 9 27 25 K = e H S T = 298K G K = e = 2mol( 826kJ / mol) = 1652kJ = 2mol(9J / K mol) 4mol(27J / K mol) 3mol(25J / K mol) =.543kJ 61 G RT = H = e = 1 261 H T S RT T S = 149.kJ 열역학적으로철이녹스는과정은매우자발적 부식 (corrosion): 금속의산화제련 (refinement): 광석을환원시켜금속을생산하는과정

부식 철의부식 전체반응 : O 2 + 4Fe 2+ + (4+2n)H 2 O + 4H + (6+2n)H 2 O + 4Fe 3+ 전체반응 : O 2 + 4Fe 2+ + (4+2n)H 2 O + 4H + 2Fe 2 O 3 nh 2 O + 12H + 산화전극 : Fe Fe 2+ + 2e - -E =.44 V 환원전극 : O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - E =.4 V 전체반응 : O 2 + 4Fe 2+ + (4+2n)H 2 O 2Fe 2 O 3 nh 2 O + 8H + 전체반응 : O 2 + 2Fe + 2H 2 O 4OH - + 2Fe 2+ E rxn=.88 V 2nd step 산화전극 : Fe 2+ Fe 3+ + e - -E = -.77 V 환원전극 : O 2 + 4H + + 4e - 2H 2 O E = 1.23 V 전체반응 : O 2 + 4Fe 2+ + 4H + 2H 2 O + 4Fe 3+ E rxn =.46 V

부식 철의부식방지 코팅 (Coating) : Paint Metal plate : Au, Ag, Cu (Noble metals) Cr, Zn (Galvanizing) 안정한산화금속의형성 Fe Fe 2+ + 2e - -E =.44 V Zn Zn 2+ + 2e - -E =.76 V 합금 (Alloying) : Stainless steel : 12~14% Cr, 2.5 % 미만 Ni,.8 ~ 2% C, 나머지 Fe 표준환원전위를변화시켜 noble metal 로만듦

부식 철의부식방지 음극화보호 (Cathodic protection): Fe Fe 2+ + 2e - -E =.44 V Mg Mg 2+ + 2e - -E = 2.37 V Avoid This!!

전기분해 전기분해 (Electrolysis): 전기에너지를이용하여비자발적산화 - 환원반응을일어나게하는것. 볼타전지의반대방향. 전해전지 (electrolytic cell) 를이용 Cathode Anode 볼타전지 산화전극 : Zn Zn 2+ + 2e - -E =.76 V 환원전극 : Cu 2+ + 2e - Cu E =.34 V 전해전지 산화전극 : Cu Cu 2+ + 2e - 환원전극 : Zn 2+ + 2e - Zn 전지 : Zn(s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu(s) E cell = 1.1 V 전지 : Cu(s) + Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) + Zn(s)

전기분해 전기분해의정량적고찰 1 mol 의소듐를생성하는데 1 mol 의전자필요 1 mol 의구리를생성하는데 2 mol 의전자필요 1 mol 의알루미늄을생성하는데 3 mol 의전자필요 Ex) 전원으로부터공급된전류가 1. A 일때, 용융된 AlCl 3 를 1. 시간동안전기분해하여얻어진알루미늄의질량을계산하시오.

전기분해 알루미늄의생산 지각에서귀금속은금속의형태로캐낼수도있으나, 다른금속은산화금속또는황화금속의형태로캐낸다. Al 광석 : bauxite (alumina (Al 2 O 3 ) 와다른산화금속의혼합물 Al 2 O 3 (s) + OH - (aq) 2AlO 2- (aq) + H 2 O(l) ( 다른금속은고체상태로남음 ) 2CO 2 (g) + 2AlO 2- (aq) + (n+1)h 2 O(l) 2HCO 3- (aq) + Al 2 O 3 nh 2 O(s) " There is almost no practical reducing agent for Al 3+ reduction"!! Lavoisier 전기분해를통한 Al 2 O 3 의환원필요 전기분해를위해서는수용액상에서처럼움직일수있는이온 (mobile ion) 이필요 Al 3+ + 3e - Al E = -1.66 V 2H 2 O + 2e - H 2 + 2OH - E = -.83 V H 2 O 가먼저환원됨 Mobile ion 을얻는다른방법은용융상태 (molten state)? mp of Al 2 O 3 = 25 o C!!

전기분해 알루미늄의생산 mp of Al 2 O 3 = 25 o C!! Hall-Heroult process (1886) : 같은해에독립적으로발견!! Charles M. Hall (1863-1914) Paul L. T. Heroult (1863-1914) Al 2 O 3 + 4AlF 6 3-3Al 2 OF 6 2- + 6F - 산화전극 : AlF 6 3- + 3e - Al + 6F - 환원전극 : 2Al 2 OF 6 2- + 12F - + C 4AlF 6 3- + CO 2 + 4e - x 2 x 4 x 3 mp of mixture Al 2 O 3 /Na 3 AlF 6 (cryolite) = 1 o C!! 전체 : 2Al 2 O 3 + 3C 4Al + 3CO 2 99.5% pure Al 생산에필요한전기소비는미국전체전기소비의 5%

전기분해 전기도금, 전기제련 Silver plating Tin plating Crome plating Ag, Sn, Cr Fe 99.95 % pure Cu

전기분해 NaCl 의전기분해 NaCl 수용액의전기분해 산화전극 : 2Cl - Cl 2 + 2e - 혼원전극 : Na + +e - Na 2H 2 O + 2e - H 2 + OH - E = -2.71 V E = -.83 V 환원전극에서 Na 가아니라 H 2 가발생 Na 의생산 (Downs Cell) 산화전극 : 2Cl - Cl 2 + 2e - 환원전극 : Na + + e - Na Cl 2 과 NaOH 의생산 (Electrolysis of NaCl soln) 산화전극 : 2Cl - Cl 2 + 2e - 환원전극 : Na + +e - Na 환원전극 : 2H 2 O + 2e - H 2 + OH - H 2 E = -2.71 V E = -.83 V needs large overvoltage on mercury cell (cathode), so actually Na + +e - Na happens 2Na(s) + 2H 2 O(l) 2Na + (aq) + 2OH - (aq) + H 2 (g) mp = 8 o C mp = 6 o C