(과학 기술) '화학 전지에서의 양극과 음극 결정-지문 해설, 대비 문제(2024 학년도 수능특강 개념 학습)

 

 

※ 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

 

화학 전지란 화학 반응으로 전기를 발생시키는 장치로, 우리가 일상에서 사용하는 건전지는 화학 전지의 한 종류이다. 건전지를 사용할 때 양극과 음극을 올바르게 맞추어 사용해야 한다. 이는 화학 전지의 전극은 전자를 얻는 환원이 일어나는 쪽이 양극, 전자를 잃는 산화가 일어나는 쪽이 음극이며 전자가 음극에서 양극으로 이동하기 때문이다.

 

화학 전지의 양극과 음극은 전극을 구성하는 금속의 이온화 경향에 따라 결정된다. 이온화 경향이란 금속이 용액 속에서 전자를 잃고 양이온이 되기 ‘쉬운’ 정도를 뜻한다. 따라서 이온화 경향이 큰 금속은 전기가 잘 통하는 전해질 용액에 쉽게 녹아서 양이온이 된다. 위 <그림>과 같이 묽은 황산(HSO) 수용액에 구리판과 아연판을 넣어 전극으로 삼으면 화학 전지가 된다. 아연은 구리보다 이온화 경향이 크기 때문에 아연판 표면의 아연 원자는 양이온이 되고 아연 원자에서 떨어져 나온 전자들은 도선을 따라 구리판으로 이동한다. 전류는 전자와 반대 방향으로 흐르므로 구리판이 양극, 아연판이 음극이 된다. 만약 아연판을 은판으로 바꾸고, 황산 용액을 염화 나트륨 수용액으로 바꾼 후 구리판과 은판을 도선으로 연결하면, 구리판이 음극이 되고 은판이 양극이 된다. 이는 구리가 은보다 이온화 경향이 크기 때문이다. 이처럼 화학 전지에서 양극과 음극은 두 금속의 이온화 경향의 상대적 크기에 따라 결정된다.

 

 

금속의 이온화 경향은 반응열의 크기로 비교할 수 있다. 이를 이해하려면 금속에서 원자 하나가 떨어져 나와 수화(水化) 이온이 될 때까지의 과정을 알아야 한다. 일반적으로 금속은 많은 금속 원자들이 결합된 결정 구조를 이루고 있다. 금속은 주로 전자를 잃어서 양이온이 되는데 금속 원자 하나가 결정에서 떨어져 나와야 개별 이온이 될 수 있다. 예를 들어 전해질 용액에 담겨 있는 아연 금속(Zn)에서 원자 하나가 떨어져 나오고, 이 아연 금속 원자가 전자 두 개를 잃어서 아연 이온(Zn)이 된다. 이 반응은 에너지를 필요로 하므로 아연 금속에서는 열을 흡수하는 반응이 나타난다. 이렇게 화학 반응이 일어날 때 열을 흡수하는 반응을 흡열 반응이라고 한다. 이후 아연 이온은 전해질 용액 안에서 수화된다. 이 반응에서는 에너지를 방출하는 반응이 나타나는데, 이렇게 열을 방출하는 반응을 발열 반응이라고 한다.

 

 

[해설]

화학 전지에서의 양극과 음극 결정

{해제}

이 글은 화학 전지의 양극과 음극이 금속의 이온화 경향의 상대적 크기에 따라 결정되는 것에 대해 설명하고 있다. 이온화 경향은 금속이 용액 속에서 전자를 잃고 양이온이 되기‘쉬운’ 정도를 말한다. 화학 전지에서 상대적으로 이온화 경향이 큰 쪽이 음극이 되고 작은 쪽이 양극이 되기 때문에 어떤 금속판이 사용되느냐에 따라 양극과 음극이 상대적으로 결정된다. 이온화 경향은 반응열로 결정이 되는데, 반응열은 흡열 반응에서의 열과 발열 반응에서의 열을 합한 값이다. 이온화 경향의 정도는 반응열이 클수록 크다. 이온화 경향의 크기를 기준으로 금속 원소를 나열한 것을 이온화 서열이라고 한다. 따라서 이온화 서열을 보면 화학 전지에서 어떤 금속이 양극이 되고 음극이 될지를 알 수 있다.

 

{주제}

화학 전지의 양극과 음극을 결정하는 이온화 경향

{구성}

•1문단: 화학 전지의 개념

•2문단: 이온화 경향의 개념과 화학 전지의 양극과 음극 결정

•3문단: 금속의 이온화 과정

•4문단: 이온화 에너지의 크기에 따른 이온화 경향의 결정

 

(과학 기술) 화학 전지에서의 양극과 음극 결정-16문제(2024 수특 독서 개념 학습 2 기출, 변형)

 

 

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