【환경화학】 2024 국가공무원 5급(기술) 제3문

2024 국가공무원 5급(기술) 제3문^]

 

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a. 전기화학

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부리또 님 지적사항 수정 (24.07.14)

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Q. 도금공장폐수는 중금속오염 문제를 일으킬 가능성이 높다. 크롬산(CrO₃)을 산성용액에서 전기화학적 방법으로 환원시켜 금속표면에 크롬을 도금할 때, 다음 물음에 답하시오. (단, 크롬의 원자량은 52이다)

 

Q1. 산상용액에서 일어나는 크롬산의 전기화학적 환원 반쪽반응식을 쓰고, 20 A의 전류로 2.0 M 크롬산 용액을 환원시켜 39.0 g의 크롬을 도금하는 데 필요한 시간(hr)을 구하시오. (단, 패러데이 상수 F = 9.65 × 10⁴ C/(mol e^-))

 

A1. 

금속 표면에 크롬, 즉 Cr (s)을 도금하는 상황이므로 CrO₃ (aq)가 Cr (s)로 되는 반응식을 구성해야 한다. 

CrO₃ (aq) + 6H⁺ (aq) + 6e^- → Cr (s) + 3H₂O (ℓ) 

Δt (s) × 20 C/s × 1 mol e^- / (96500 C) = 39 g Cr × 1 mol Cr / 52 g Cr × 6 mol e^- / mol Cr 

⇔ Δt = 21712.5 s = 6.03 hr 

 

Q2. 도금 후 남아있는 Cr(VI) 이온은 인체에 유해하기 때문에 덜 해로운 Cr(III)로 환원시키는 방법으로 처리한다. Cr(VI) 이온은 산성용액에서 Cr₂O₇^2- (aq) 형태로 존재한다고 할 때, 이 화합물이 Cu 금속을 넣었을 때 자발적으로 환원이 일어나는지 여부와 그 이유를 설명하시오.

 

Cr₂O₇^2- (aq) + 14H⁺ (aq) + 6e^- → 2Cr³⁺ (aq) + 7H₂O (ℓ),  Eº = 1.33 V

Cu²⁺ (aq) + 2e^- → Cu (s),  Eº = 0.34 V

 

A2.

Cr₂O₇^2-의 환원전위 1.33 V가 Cu²⁺의 환원전위 0.34 V보다 높으므로 Cr₂O₇^2-와 Cu가 혼재돼 있으면 Cr₂O₇^2-가 환원한다.

그리고 Cr³⁺ + e^- → Cr²⁺의 환원전위가 -0.50 V, Cr³⁺ + 3e^- → Cr의 환원전위가 -0.73 V이므로 Cr³⁺는 환원하지 않는다.  

 

입력: 2024.07.10 14:09