농도차 전지. 298 K에서 이 전지의 전압은 0.211 V

농도차 전지. 298 K에서 이 전지의 전압은 0.211 V

 

 

두개의 수소 전극으로 볼타 전지를 만들었다.

1번 전극은 P_H2 = 1.00 atm과 미지 농도 H^+(aq)로 만들어졌다.

2번 전극은 표준 수소 전극이다 ([H^+] = 1.00 M, P_H2 = 1.00 atm).

298 K에서 이 전지의 전압은 0.211 V.

전류는 1번 전극에서 외부 회로를 통해 2번 전극으로 흐른다.

1번 전극의 H^+ 농도는?

 

 

A voltaic cell is constructed with two hydrogen electrodes. Electrode 1 has P_H2 = 1.00 atm and an unknown concentration of H^+(aq). Electrode 2 is a standard hydrogen electrode ([H^+] = 1.00 M, P_H2 = 1.00 atm). At 298 K, the cell voltage is measured to be 0.211 V and the electrical current is observed to flow from electrode 1 through the external circuit to electrode 2. What is [H^+] for the solution in electrode 1?

 

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▶ 농도차 전지 설명 http://ywpop.tistory.com/9626

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▶ 농도차 전지의 기본 1: E°cell = 0 V

▶ 농도차 전지의 기본 2: 농도가 높은 전극 = 환원 전극

 

 

한글 지문을 해석하면,

전류의 이동 방향: 1번 전극 ---> 2번 전극 이므로,

전자의 이동 방향: 2번 전극(산화 전극, anode) ---> 1번 전극(환원 전극, cathode)

인데,

 

 

영문 해설을 참고하면,

‘electrical current = 전자의 흐름’ 으로 간주하고 풀이하고 있다. 따라서

1번 전극이 산화 전극, anode이고, 2번 전극이 환원 전극, cathode이다.

 

 

답에 맞춰, 번역에 오류가 있다고 가정하고,

즉, “전류는 2번 전극에서 외부 회로를 통해 1번 전극으로 흐른다.”

라고 지문을 고쳐 문제를 풀어보면,

 

 

1번 전극: H2(g, 1.00 atm) → 2H^+(aq, x M) + 2e^-

2번 전극: 2H^+(aq, 1.00 M) + 2e^- → H2(g, 1.00 atm)

 

 

산화 전극: H2(g, 1.00 atm) → 2H^+(aq, x M) + 2e^-

환원 전극: 2H^+(aq, 1.00 M) + 2e^- → H2(g, 1.00 atm)

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전체 반응: 2H^+(aq, 1.00 M) → 2H^+(aq, x M)

 

 

Q = [생성물] / [반응물]

= x^2 / (1.00)^2 = x^2

 

 

기전력, emf를 계산하면,

Ecell = E°cell - (0.0592 V / n) log Q

( 식 설명 http://ywpop.tistory.com/2900 )

 

0.211 V = 0 - (0.0592 V / 2) log x^2

0.211 = 0 - (0.0592 / 2) 2 log x

0.211 = -0.0592 log x

log x = 0.211 / (-0.0592)

x = 10^(0.211 / (-0.0592)) = 0.000273 M

 

 

답: 1번 전극의 [H^+] = 2.73*10^-4 M

 

 

[ 관련 예제 http://ywpop.tistory.com/10296 ] 농도차 전지. 순수한 물 + 6.0 M 염산.