2022년04월24일 54번
[화학물질 구조분석] 적하 수은 전극에서 아래의 산화 환원 반응이 가역적으로 일어나며 pH 2.5인 완충 용액에서 반파 전위(E1/2)가 –0.35V라면, pH 7.0인 용액에서의 반파 전위(E1/2; V)는?
- ① -0.284
- ② -0.416
- ③ -0.615
- ④ -0.763
(정답률: 24%)
문제 해설
산화 환원 반응에서 반응물인 수은 이온(Hg2+)이 전자를 받아 수은 금속(Hg)으로 환원되는 과정이 일어납니다. 이 반응은 가역적으로 일어나므로, 산화 반응과 환원 반응의 전극 반응식을 모두 고려해야 합니다.
pH 2.5인 용액에서의 반파 전위(E1/2)가 –0.35V이므로, 산화 반응과 환원 반응의 반응전위 차이는 0.35V입니다. 이를 이용하여 산화 반응과 환원 반응의 전극 반응식에서 전자의 수를 맞춰줍니다.
산화 반응: Hg → Hg2+ + 2e- (E0 = -0.79V)
환원 반응: Hg2+ + 2e- → Hg (E0 = -0.79V)
이때, 산화 반응의 전극 반응식에서 전자 2개를 받아 환원 반응의 전극 반응식에서 전자 2개를 내보내므로, 전자의 수는 맞춰지게 됩니다.
이제, Nernst 방정식을 이용하여 pH 7.0인 용액에서의 반파 전위(E1/2)를 구할 수 있습니다.
E1/2 = E0 + (0.0592/n) x log([Hg2+]/[Hg])
pH 2.5인 용액에서는 [Hg2+] = [Hg] 이므로, E1/2 = E0 - 0.35V입니다.
pH 7.0인 용액에서는 [Hg2+]/[Hg] = 10-2.5 이므로,
E1/2 = -0.79V + (0.0592/2) x log(10-2.5) - (0.0592/2) x log(10-2.5) = -0.615V
따라서, 정답은 "-0.615"입니다.
pH 2.5인 용액에서의 반파 전위(E1/2)가 –0.35V이므로, 산화 반응과 환원 반응의 반응전위 차이는 0.35V입니다. 이를 이용하여 산화 반응과 환원 반응의 전극 반응식에서 전자의 수를 맞춰줍니다.
산화 반응: Hg → Hg2+ + 2e- (E0 = -0.79V)
환원 반응: Hg2+ + 2e- → Hg (E0 = -0.79V)
이때, 산화 반응의 전극 반응식에서 전자 2개를 받아 환원 반응의 전극 반응식에서 전자 2개를 내보내므로, 전자의 수는 맞춰지게 됩니다.
이제, Nernst 방정식을 이용하여 pH 7.0인 용액에서의 반파 전위(E1/2)를 구할 수 있습니다.
E1/2 = E0 + (0.0592/n) x log([Hg2+]/[Hg])
pH 2.5인 용액에서는 [Hg2+] = [Hg] 이므로, E1/2 = E0 - 0.35V입니다.
pH 7.0인 용액에서는 [Hg2+]/[Hg] = 10-2.5 이므로,
E1/2 = -0.79V + (0.0592/2) x log(10-2.5) - (0.0592/2) x log(10-2.5) = -0.615V
따라서, 정답은 "-0.615"입니다.
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