두 반쪽 반응과 표준 환원 전위(E^{\mathrm{o}}), 표준 전… | [소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차 기출문제 상세 페이지

두 반쪽 반응과 표준 환원 전위($E^{\mathrm{o}}$), 표준 전지 전위($E^{\mathrm{o}}_{\text{전지}}$)와 평형 상수($K$)의 관계식이다.
$\mathrm{Cu^{2+}}(aq,\,1.0\,\mathrm{M})+x\mathrm{e^-}\rightleftharpoons \mathrm{Cu}(s)\qquad E^{\mathrm{o}}=0.34\,\mathrm{V}$
$\mathrm{MnO_4^-}(aq,\,0.1\,\mathrm{M})+4\mathrm{H^+}(aq,\,1.0\,\mathrm{M})+y\mathrm{e^-}$
$\rightleftharpoons \mathrm{MnO_2}(s)+2\mathrm{H_2O}(l)\qquad E^{\mathrm{o}}=1.68\,\mathrm{V}$
$E^{\mathrm{o}}_{\text{전지}}=\frac{0.06}{n}\log K$
25℃에서 두 반쪽 반응을 연결하고 염다리를 설치하여 갈바닉 전지를 구성할 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도는 일정하며, 제시된 반응 이외의 반응은 고려하지 않는다)<보 기>
ㄱ. $x+y=6$이다.
ㄴ. Cu($s$)는 산화되고, MnO4−는 환원된다.
ㄷ. 갈바닉 전지의 $E_{\text{전지}}$는 1.32V이다.

ㄱ

ㄴ

ㄱ, ㄴ

ㄱ, ㄷ

ㄴ, ㄷ

옳은 것은 ㄴ, ㄷ이다.
Cu는 +2에서 0 이 되므로 $x=2$, Mn은 $\mathrm{MnO_4^-}$(+7)에서 $\mathrm{MnO_2}$(+4)가 되므로 $y=3$이다. 환원 전위가 큰 $\mathrm{MnO_4^-}$가 환원되고 Cu가 산화된다.
$3\mathrm{Cu}+2\mathrm{MnO_4^-}+8\mathrm{H^+}\rightarrow3\mathrm{Cu^{2+}}+2\mathrm{MnO_2}+4\mathrm{H_2O},\ n=6$
$E^{\mathrm{o}}=1.68-0.34=1.34\,\mathrm{V}$
$Q=\dfrac{[\mathrm{Cu^{2+}}]^3}{[\mathrm{MnO_4^-}]^2[\mathrm{H^+}]^8}=\dfrac{1}{0.1^2}=100$
네른스트 식: $E=1.34-\dfrac{0.06}{6}\log100=1.32\,\mathrm{V}$
ㄱ(틀림): $x+y=2+3=5$이다.
ㄴ(옳음): Cu는 $\mathrm{Cu^{2+}}$로 산화되고 $\mathrm{MnO_4^-}$는 $\mathrm{MnO_2}$로 환원된다.
ㄷ(옳음): $\mathrm{MnO_4^-}$ 0.1 M 을 반영한 전지 전위가 1.32 V 이다.