개념 한 쪽
전기화학은 전류와 화학 변화가 결합하는 현상을 다루는 분야로 전기도금, 전해정제, 전기침투 같은 공업적 응용이 많다. 전지 종류별 전해액이나 전해질의 선택, 전극과 이온의 이동 방향을 구분하는 것이 핵심이다.
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출제기준 단원 「전기화학의 기초」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전지 전해액 판별 | 1 | 전지 종류에 맞는 전해액의 조합을 고르기 |
| 전기침투 응용 식별 | 1 | 모세관 내 액체 이동 현상과 응용을 구분하기 |
| 전기도금 현상 명칭 | 1 | 금속이 음극에 석출되어 색이 변하는 현상을 지칭하기 |
전기도금은 전기분해를 이용해 음극 표면에 다른 금속을 석출시켜 얇은 금속막을 형성하는 기술이다. 예컨대 양극의 금속이 용해되어 나온 금속 이온이 음극 표면에 석출되면 그 표면 색이 변하는 현상이 나타나며, 이를 전기도금으로 판정한다.
전해정제는 조금속을 양극으로 삼고 그 금속의 금속염을 포함한 전해액에서 전해를 수행하면 음극에 고순도 금속이 석출되는 방법이다. 구리 정제가 대표적인 예이며, '양극=조금속, 전해액=동일 금속염, 음극=고순도 금속'이라는 조건 조합으로 식별한다.
전기침투(전기삼투)는 다공질 물질의 모세관 내 액체가 전계에 의해 이동하는 현상으로 전해 콘덴서의 전해액 함침이나 재생고무의 응고, 지반 탈수 등에 응용된다. 이와 달리 전기영동은 액체 속 콜로이드 입자가 이동하는 현상이라 응용처가 다르다.
전지의 분류와 전해액도 전기화학의 기초 지식이다. 르클랑세(망간) 전지의 전해액은 염화암모늄(NH4Cl)이고, 알칼리 전지 계열에는 KOH·NaOH 같은 알칼리가 사용된다. 물의 전기분해에서는 도전율을 높이기 위해 순수한 알칼리성 전해질인 NaOH 또는 KOH를 약 20% 수준으로 첨가하는 것이 실무적 관행이다.
이온의 극성 판별도 중요하다. 수소는 전자를 잃어 H⁺로 존재하는 양이온의 대표이며, SO₄²⁻·NO₃⁻·OH⁻ 등은 음이온으로 양극 쪽으로 이동한다. 전류 방향과 이온의 이동 방향 관계를 이해하면 전기분해 과정과 전극 반응을 해석할 수 있다.
대표적 문항 유형은 전지의 전해액을 묻는 문제와 응용 현상을 묻는 문제, 그리고 전기도금 현상을 묻는 문제로 구성된다. 예를 들어 망간(르클랑세) 건전지의 전해액은 염화암모늄(NH4Cl)으로 즉시 판정한다. 전기도금 상황에서는 양극 금속이 용해되어 음극에 석출되면 전기도금으로 정의한다. 물 전기분해에서는 도전율을 높이기 위해 NaOH·KOH를 약 20% 첨가한다는 사실을 바로 적용해 답을 고른다.
황산 용액에 양극으로 구리 막대, 음극으로 은막대를 두고 전기를 통하면 은막대는 구리색이 나는 것을 무엇이라고 하는가?
정답 ① · 문제는 구리 양극과 은 음극을 사용한 황산용액에서 음극 표면이 구리색으로 변한 현상을 묻고 있다. 양극의 구리가 용해되어 발생한 구리 이온이 음극에 환원되어 석출되면 다른 금속 표면에 금속이 입혀지는 현상이므로 이는 전기도금이다.
음극 표면에 금속 이온이 석출해 다른 금속색으로 입는 현상 = 전기도금.
고온도에 의한 환원으로 얻어진 조금속 또는 정제금속을 주입한 것을 양극으로 하고 목적 금속과 동일한 금속염을 함유한 수용액을 전해액으로서 전해하여 순도가 높은 금속을 얻는 방법은?
정답 ① · 문항은 조금속을 양극으로 하고 동일 금속염을 함유한 전해액에서 순도 높은 금속을 얻는 전해 공정명을 묻고 있다. 양극이 가용성인 조금속이고 전해액이 같은 금속 이온을 포함하면 양극의 불순물은 용해되고 음극에 순수 금속이 석출되어 고순도 금속을 얻는 방법은 전해정제이다.
조금속을 양극으로, 동일 금속염 수용액에서 전해해 고순도 금속을 얻는 방법은 전해정제이다.
금속염의 수용액을 전기 분해하면 음극에 금속이 생기게 되는 것을 무엇이라 하는가?
정답 ③ · 문항은 금속염 수용액을 전기분해했을 때 음극에 금속이 석출·부착되는 현상의 명칭을 묻고 있다. 금속 이온이 음극에서 환원되어 고체 금속이 석출되어 부착되는 현상은 전착(도금)이라 부른다.
전기분해로 음극에 금속이 석출·부착되는 현상은 전착(도금의 원리)이다.
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