전기 화학과 이용 단원은 산화·환원 반응에서 전자가 오가는 흐름을 이용해 전기를 얻거나(화학 전지, 연료 전지), 전기를 흘려 물질을 분해하는(전기 분해) 내용을 다룹니다. 아래 시험지 20문항으로는 전극의 (+)·(−) 구분, 표준 환원 전위로 기전력 구하기, 전하량에서 석출량과 기체 부피 계산하기를 확인합니다.
📝 전기 화학과 이용 시험지 — 20문항, 정답·해설은 뒤쪽 별지
이름
날짜
점수/100
배점 · 20문항 · 한 문항 5점 · 100점 만점 · 권장 풀이 시간 30분 · 기본·보통·심화가 섞여 나옵니다(정답·해설은 별지).
‘PDF 만들기’를 누르면 화면과 같은 문제로 A4 PDF 파일이 내려받아지고, 폰에서도 됩니다. 같은 학년·같은 과목 문제는 하루에 한 번 만들어지고, 그날은 같은 문제가 다시 나옵니다. 인쇄물 맨 위에 이름·날짜·점수 칸이 함께 찍힙니다.
원장 한마디
전기 화학과 이용 단원은 화학 전지, 연료 전지, 전기 분해가 한 장에 같이 나옵니다. 전극의 (+)·(−)를 가리는 문제, 표준 환원 전위로 기전력을 구하는 문제가 섞여 있어서, 눈으로 훑으면 다 아는 것 같은데 펜을 잡으면 손이 멈춥니다.
저는 수학 학원을 하는 사람이라 이 단원을 가르친다고 말씀드릴 처지는 아닙니다. 시험지 한 장을 어떻게 쓰면 좋을지만 말씀드립니다. 답을 불러 주지 말고 아이가 직접 계산해서 쓰게 하세요. 많이 푸는 것보다 한 문항을 자기 손으로 끝까지 푸는 쪽이 남습니다.
틀린 번호에는 동그라미만 쳐 두십시오. 해설을 읽고 한 번 고친 뒤에는 덮어 두고, 몇 주 지나 시험 기간이 되면 그 번호만 다시 풀게 하세요. 그때도 막히면 그게 진짜 모르는 부분입니다.
— 수학의 신호 원장
전기 화학과 이용 시험지에 나오는 문항 모양
선다형
계산
단답형
양적 관계 계산
선다
원리 적용
전기 화학과 이용, 무엇을 배우나요
화학 전지에서는 이온화 경향이 큰 금속이 산화되어 (−)극이 되고, 전자는 도선을 따라 (+)극으로 이동합니다. 표준 환원 전위 표로 보아도 결과는 같아서, 환원 전위가 작은 쪽이 (−)극이고 두 값의 차가 표준 기전력입니다. 연료 전지도 (−)극 산화, (+)극 환원이라는 같은 틀로 읽으면 됩니다.
전기 분해와 전지 계산은 모두 전하량에서 출발합니다. 전류와 시간을 곱해 전하량을 구하고 패러데이 상수로 나누면 전자의 몰수가 되며, 전극 반응식의 계수비로 석출된 금속의 질량이나 기체의 부피까지 이어집니다. 전해조를 직렬로 이으면 어느 곳이든 전자의 양이 같다는 점이 여러 문항을 하나로 묶어 줍니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
염기성 전해질(KOH 수용액)을 사용하는 수소 연료 전지에 대한 설명으로 옳은 것은? 수소와 산소를 각각 다공성 전극에 공급하고 두 전극 사이에 KOH 수용액을 채워 만든 연료 전지가 있다. 이 전지는 연료의 연소 에너지를 열이 아니라 전기 에너지로 직접 바꾸며, 전체 반응은 2H₂ + O₂ → 2H₂O이다. ① (+)극에서 수소가 산화된다. ② 전자는 (+)극에서 (−)극으로 이동한다. ③ 전체 반응의 생성물은 H₂O₂이다. ④ (−)극에서 H₂가 OH⁻과 반응하여 H₂O이 생성된다.정답 · ④ (−)극에서 H₂가 OH⁻과 반응하여 H₂O이 생성된다. — (−)극(연료극)에서는 H₂ + 2OH⁻ → 2H₂O + 2e⁻ 반응이 일어나 수소가 산화된다. 전자는 (−)극에서 (+)극으로 이동하고, (+)극에서는 O₂가 환원되어 OH⁻이 생성된다. 전체 생성물은 H₂O이다.
백금 전극을 사용하여 진한 NaCl 수용액을 전기 분해할 때, 〈보기〉에서 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? 〈보기〉 ㄱ. (+)극에서 염소 기체가 발생한다. ㄴ. (−)극에서 금속 나트륨이 석출된다. ㄷ. (−)극 부근 용액은 염기성이 된다. ① ㄱ ② ㄴ, ㄷ ③ ㄱ, ㄷ ④ ㄱ, ㄴ, ㄷ정답 · ③ ㄱ, ㄷ — (+)극에서는 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻ 로 염소 기체가 발생한다. (−)극에서는 물이 환원되어 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻ 반응이 일어나므로 수소 기체가 발생하고 용액이 염기성이 된다. Na은 수용
백금 전극으로 묽은 Na₂SO₄ 수용액을 2.0 A의 전류로 4825초 동안 전기 분해하였다. 두 전극에서 발생한 기체의 전체 부피는 표준 상태에서 몇 L인가? (단, 패러데이 상수는 96500 C/mol, 표준 상태에서 기체 1 mol의 부피는 22.4 L이다.)정답 · 1.68 L — 전하량 = 2.0 × 4825 = 9650 C이므로 전자는 0.10 mol이다. (−)극에서 H₂ 0.05 mol, (+)극에서 O₂ 0.025 mol이 발생하므로 기체는 모두 0.075 mol이고, 0.075 ×
(가) AgNO₃ 수용액, (나) CuSO₄ 수용액, (다) 묽은 H₂SO₄ 수용액이 든 세 전해조를 백금 전극으로 직렬 연결하고 전류를 흘렸더니 (가)의 (–)극에서 Ag 2.16 g이 석출되었다. 이때 (다)의 (–)극에서 발생한 기체의 부피는 몇 mL인가? (Ag의 원자량은 108, 25 °C, 1기압에서 기체 1몰의 부피는 24.5 L이다.)정답 · 245 mL — 직렬 연결이므로 세 전해조에 흐른 전자의 양은 같다. Ag 2.16 g은 0.020 mol이므로 전자도 0.020 mol이다. (다)의 (–)극에서는 2H⁺ + 2e⁻ → H₂이므로 H₂는 0.010 mol이고, 부
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
전기 화학과 이용에서 헷갈리는 곳
전자의 이동 방향 화학 전지(연료 전지 포함)에서는 전자가 (−)극에서 (+)극으로 이동합니다. 보기에는 방향이 뒤집힌 문장이 섞여 나오므로, 산화가 일어나는 극이 (−)극이라는 점부터 확인해야 합니다. 전기 분해에서는 (+)극에서 산화, (−)극에서 환원이 일어납니다.
전해질에 따라 달라지는 반쪽 반응 같은 수소 연료 전지라도 전해질이 염기성이면 (−)극 반응식에 OH⁻이 들어갑니다. 산성일 때의 식과 섞어 쓰면 반응물과 생성물을 잘못 고르기 쉽습니다.
반응식 계수와 몰수 환산 구리는 전자 두 개, 은은 전자 하나가 관여하므로 같은 전자량이어도 석출되는 몰수가 다릅니다. 수소도 H₂ 한 몰당 전자 두 몰이라는 비를 놓치면 답이 두 배로 틀어집니다.
전기 화학과 이용, 이렇게 공부하세요
전지 쪽부터 시작합니다. 아연과 구리를 쓰는 전지 한 문항을 골라 (−)극, 산화가 일어나는 극, 전자의 방향, 질량이 늘거나 줄어드는 극을 그림으로 직접 그려 봅니다. 이어서 환원 전위 표 문항에서 기전력을 뺄셈으로 구합니다. 하루에 한 유형만 잡고 같은 순서를 반복하면 충분합니다.
그다음이 계산 문항입니다. 전하량, 전자의 몰수, 석출 물질의 몰수, 질량 또는 부피의 차례로 한 줄씩 적는 연습을 합니다. 단위는 끝까지 쓰고, 기체의 부피는 문제에 주어진 기체 1몰의 부피를 확인한 뒤 곱합니다. 직렬 연결 문항은 전자의 양을 기준값으로 두고 풀어 봅니다.