개념 한 쪽
전지는 한 번 쓰고 버리는 1차 전지와 충전해 반복 사용할 수 있는 2차 전지로 나뉘며, 전기분해와 전착·전해정제 같은 전기화학 공정은 금속의 석출과 정제에 응용된다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「전지 및 충전방식」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전지의 분류 판별 | 1 | 명칭과 특징으로 1차·2차 전지를 가리기 |
| 전착·전해 용어 구별 | 1 | 전기분해 결과로 음극 석출을 전착으로 판정하기 |
| 전해정제 판별 | 1 | 조금속 양극과 동일 금속염 용액을 보고 전해정제 선택하기 |
전지는 사용 후 다시 쓸 수 없는 1차 전지와 외부에서 전기를 넣어 충전해 재사용하는 2차 전지로 구분된다고 정의한다. 2차 전지는 축전지라고도 불리며 납축전지와 알칼리 축전지(니켈계 등)가 대표적인 예라고 설명한다. 리튬 전지 등은 비충전식인 1차 전지로 분류되므로 명칭이 유사한 충전식 리튬이온 전지와 혼동하지 않도록 유의해야 한다고 지적한다.
전해(전기분해) 현상에서는 금속 이온이 음극으로 이동해 전자를 얻어 금속으로 석출되는 과정이 일어나며, 이 결과 음극 표면에 금속이 부착되는 현상을 전착이라고 한다고 서술한다. 전착은 전기도금의 원리이며, 전해라는 용어는 전기분해 현상 자체를 가리키는 명칭적 구분이라고 정리한다.
전해정제는 정제할 금속을 양극에 두고, 그 금속의 염을 포함한 수용액을 전해액으로 사용하여 음극에 순수한 금속을 선택적으로 침전시키는 방법이라고 정의한다. 전해정제에서는 양극에서 용출된 금속 이온만 음극에 선택적으로 석출되어 순도가 높은 금속을 얻는 것이 핵심이며, 전해채취나 전기도금, 전해연마와는 양극의 성격이나 목적에서 차이가 난다고 설명한다.
전기화학당량은 전기 1쿨롱이 흐를 때 전극에서 석출되는 물질의 질량을 가리키므로 단위는 g/C가 된다고 명시한다. 또한 전지 내부에서 외부 회로에 연결하지 않아도 내부 불순물로 인해 국부전지가 형성되어 자체 방전이 일어날 수 있으며, 자체 방전의 주원인은 극판이나 전해액 내 불순물이라고 정리한다.
전지 분류 문제에서는 명칭 기준으로 접근한다. 문제 지문에 '축전지'라는 단어가 나오면 2차 전지를 떠올려 납축전지나 알칼리 축전지 계열을 고른다. 반대로 리튬 전지·망간 건전지 같은 문구가 나오면 1차 전지로 분류해 제거한다.
전해와 전착·전해정제 구별 문제는 '결과와 양극의 성격'을 기준으로 판단한다. 음극에 금속이 석출되어 도금이 이루어지는 현상은 전착이라 식별하고, 조금속을 양극으로 하여 동일 금속염 용액에서 음극에 고순도 금속을 얻는 공정은 전해정제라고 구분한다.
전기화학당량 단위 문제는 정의 그대로 '1C당 석출 질량'을 읽어 g/C로 표기한다. 자체 방전 원인을 묻는 문제는 '국부전지' 키워드로 불순물에 의한 내부 전위 차를 정답으로 고른다.
전지에서 자체 방전 현상이 발생하는 주된 요인은?
정답 ④ · 전지의 자체 방전은 외부 부하에 연결되지 않은 상태에서도 전지 내부에서 화학 반응이나 전기적 단락 현상으로 인해 충전량이 감소하는 현상입니다. 이를 촉진하는 주된 요인은 극판 등에 존재하는 불순물로 인한 국부 전지(Local cell) 형성입니다.
전지의 자체 방전은 극판·전해액 속 불순물이 만드는 국부전지(局部電池) 때문에 발생한다.
다음 납 축전지에 대한 설명 중 잘못된 것은?
정답 ③ · 문제는 납 축전지에 대한 설명 중 잘못된 것을 찾는 것이다. 축전지는 내부저항이 작을수록 출력 손실이 작고 단자전압 저하가 적으므로 '내부저항은 클수록 좋다'는 설명이 잘못되었다.
축전지는 내부저항이 작을수록 좋으므로 '내부저항은 클수록 좋다'는 잘못된 설명이다.
고온도에 의한 환원으로 얻어진 조금속(粗金屬) 또는 정제금속을 주입한 것을 양극으로 하고 목적 금속과 동일한 금속염을 함유한 수용액을 전해액으로 전해하여 순도가 높은 금속을 얻는 방법은?
정답 ① · 문항은 조금속을 양극으로 하고 목적 금속과 동일한 금속염을 포함한 수용액을 전해액으로 하여 순도가 높은 금속을 얻는 방법을 묻고 있다. 이 기술은 전해정제로, 용해된 목적 금속 이온이 음극에 순수하게 석출되게 하여 고순도 금속을 얻는 공정에 해당한다.
양극에 조금속, 전해액에 동일 금속염 수용액을 쓰는 고순도 정제법은 전해정제다.
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