【환경화학】 2020 국가공무원 5급(기술) 제4문

2020 국가공무원 5급(기술) 제4문^[각주:1]

 

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a. 전기화학 

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선프 님 커멘트 반영 (23.05.28)

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Q. 다음은 '국제순수 및 응용화학기구(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) 규약'에 따라 표기한 갈바닉(Galvanic) 전지이다. 물음에 답하시오.

 

Cu (s)    |    Cu²⁺ (aq)    ||    Ag⁺ (aq)    |    Ag (s) 

 

Q1. 산화전극, 환원전극에서 자발적으로 일어나는 반응에 대한 반응식과 전체 전지 반응식을 각각 기술하시오. 

 

A1. 

산화전극 반쪽 반응식 : Cu (s) → Cu²⁺ (aq) + 2e^- 

환원전극 반쪽 반응식 : Ag⁺ (aq) + e^- → Ag (s)

전체 반응식 : Cu (s) + 2Ag⁺ (aq) → Cu²⁺ (aq) + 2Ag (s)

 

Q2. 두 전극을 고저항 전압계로 연결하여 전압을 측정하였으며, 사용한 전해질 수용액의 농도는 모두 0.0200 M로 동일하였다. 이때 측정된 전압이 +0.412 V였다면, 이 전지의 표준전지 전위(Standard cell potential, E_cellº)를 Nernst 식을 이용하여 구하시오. (단, 실험조건은 25 ℃, 1기압이고, 모든 활동도 계수는 1로 하며, 유효숫자는 최종 계산 종료 후 3개로 처리하고, 계산 값은 V의 단위로 표기한다)

※  Nernst식 : E_cell = E_cellº - (RT/nF)lnQ = E_cellº - (0.0592/n)logQ

 

A2. 

 

 

Q3. 전압 측정 이후, 전류 측정을 위해 전압계 대신 저저항 전류계를 연결하여 시간에 따른 전류량을 측정하였다. 측정되는 전류값이 0이 되었을 때, 측정한 Ag⁺ (aq)의 농도가 2.7 × 10^-9 M이었다. 이때 Cu²⁺ (aq)의 몰농도[M]를 구하시오.

 

A3. 전류값이 0이 됐다는 것은 전압이 0이라는 의미이다. 

 

 

반응하는 Ag⁺와 Cu²⁺의 몰수비가 2 : 1라는 사실을 통해서도 대략적인 Cu²⁺의 농도를 구할 수도 있다.

 

 

즉, [Ag⁺] = 0.02 - 2x ≃ 0으로부터 [Cu²⁺] = 0.02 + x = 0.03 (M)을 얻을 수 있다.

다만, 이론적으로 예상한 Cu²⁺의 농도와 실제 Cu²⁺의 농도가 다를 수 있어 정확하게 농도를 정량하는 것은 의미가 있다.

 

입력: 2020.09.06 22:10

 

1. 출처 : 인사혁신처 사이버국가고시센터 [본문으로]