그림은 전지를 나타낸 것이고, 자료는 이 전지와 관련된 반응의 표준 환… | [변리사 1차] 15년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[변리사 1차] 15년 1회차

그림은  전지를 나타낸 것이고, 자료는 이 전지와 관련된 반응의 표준 환원 전위(E^o)이다. 

이에 관한 설명으로 옳은 것은? (단, Cu와 Zn의 원자량은 각각 64와 65이다.)

이 전지의 초기 전압은 1.10 V보다 작다.

(가)의 Zn 전극의 전자는 염다리를 통하여 이동한다.

(나)의 용액에 0.50 M EDTA를 소량 첨가하면 전지 전압이 감소한다.

전지를 사용하면 (나)의 용액 색은 파랑색이 진해진다.

전지를 사용하면 두 금속 전극의 질량의 합은 증가한다.

해설

(나) 반쪽전지에 EDTA를 넣으면 Cu²⁺가 킬레이트 착물로 붙잡혀 자유 Cu²⁺ 농도가 줄고, 그만큼 전지 전압이 감소한다.
표준 기전력은  $E^\circ = 0.34 - (-0.76) = 1.10\ \mathrm{V}$ 이고, 네른스트 식은  $E = E^\circ - \dfrac{0.0592}{2}\log\dfrac{[\mathrm{Zn^{2+}}]}{[\mathrm{Cu^{2+}}]}$ 이다.
주어진 농도를 넣으면  $E = 1.10 - 0.0296\log\dfrac{0.10}{0.50} = 1.10 + 0.021 \approx 1.12\ \mathrm{V}$ 로, 초기 전압은 오히려 1.10 V보다 크다. Cu²⁺가 줄면 이 로그항이 커져 E가 작아지므로 EDTA 첨가는 전압을 낮춘다.
전자는 Zn 전극에서 도선과 전구를 거쳐 Cu 전극으로 흐르고, 염다리는 이온이 오가며 전하 균형을 맞추는 통로다.
전지를 사용하면 Cu²⁺가 환원되어 소모되므로 (나) 용액의 파랑색은 옅어진다.
전자 2 mol당 Zn 65 g이 녹고 Cu 64 g이 석출되므로 두 전극 질량의 합은 1 g만큼 줄어든다.

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