개념 한 쪽
전기분해는 전류가 흐를 때 전해질 중에서 이온의 이동과 산화·환원 반응을 일으켜 물질이 석출되거나 분해되는 현상이다. 이 과정에서 석출되는 물질의 양은 흘린 전기량에 의해 결정되며, 전기분해의 양적 관계를 다루는 핵심 법칙은 페러데이의 법칙이다. 시험에서는 페러데이 법칙의 개념적 이해와 전하량 계산, 전류의 화학작용 여부 판별을 묻는 문제가 자주 출제된다.
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출제기준 단원 「전기분해」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전기분해 법칙 판별 | 1 | 동일 전하량과 석출 질량의 비례 관계를 법칙 이름으로 가리기 |
| 전하량 계산 | 1 | 전류와 시간을 이용해 전하량을 초단위로 계산하기 |
| 화학작용 여부 판정 | 1 | 주어진 장치가 전류의 화학작용을 이용하는지 구분하기 |
전기분해는 전해질 용액이나 용융염을 통해 전류를 흘렸을 때 이온이 이동하여 전극에서 산화·환원 반응을 일으키는 전기화학적 현상이다. 이 과정에서 금속 이온이 환원되어 전극 표면에 석출되거나, 물질이 분해되는 화학적 변화가 발생한다.
페러데이의 전기분해 법칙은 동일한 전하량을 흘렸을 때 석출되는 물질의 질량이 각 물질의 화학당량에 비례한다고 규정한다. 화학당량은 물질의 분자량과 반응에 관여하는 전자의 수에 따라 결정되는 값으로, 전기분해의 양적 관계를 설명하는 데 사용된다.
전하량(Q)은 전류(I)와 시간(t)의 곱으로 정의되며 Q = I × t 공식을 사용해야 한다. 시간 단위는 초(s)를 사용해야 하므로 분 단위로 주어지면 초로 변환한 후 계산해야 한다.
전류의 화학작용과 물리적 현상은 구분해야 한다. 전기도금, 전해연마, 전지는 전류가 화학적 변화를 일으키는 전형적인 예로 분류하고, 형광등처럼 기체 방전에 의해 빛을 내는 현상은 전류의 화학작용이 아닌 물리적 방전으로 본다.
전기회로와 전지 관련 기본 개념으로는 축전지 용량의 단위(Ah), 컨덕턴스의 단위(S, 시멘스), 배터리의 직렬·병렬 연결에 따른 전압과 용량 변화를 숙지해야 한다.
예1 — 전하량 계산 대표 풀이: 예를 들어 전해 장치에 5A의 전류를 10분 동안 흘렸을 때 전하량 Q는 Q = I × t 이므로, 시간을 초로 변환하여 t = 10min = 600s로 하면 Q = 5A × 600s = 3000C가 된다. 시간 단위를 반드시 초로 환산해야 오류를 피한다.
예2 — 페러데이 법칙 적용 예시: 페러데이 법칙은 석출 질량 m을 전하량 Q와 화학당량 E(또는 화학당량)에 의해 m = (Q / M) × E 또는 재료에 제시된 표현으로 연결하여 이해한다. 문제가 전기량과 석출 질량의 비례 관계를 묻는다면 페러데이 법칙을 적용하여 전하량과 화학당량을 이용해 질량을 구한다.
전력에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 전력은 단위 시간당 하는 일(에너지)의 양이며, 단위는 와트(W) 또는 줄 매 초(J/s)를 사용합니다. 공률(역률, Power Factor)은 무차원량이지만 피상전력에 대한 백분율로 표현될 때 전력과 유사한 단위를 가질 수 있습니다.
전력(P)은 단위 시간당 에너지이므로 J/s이며, 줄의 법칙에 따라 열량으로 완전히 환산 가능한 물리량이다.
단위 S 는 무엇을 나타내는 단위인가?
정답 ① · 문제는 단위 S가 어떤 물리량의 단위인지를 묻고 있다. 시멘스(S)는 전기적 컨덕턴스(전도도)의 국제단위로서 저항의 역수 관계 G=1/R에 따라 정의된다.
컨덕턴스(G)의 단위는 시멘스(S)이며, 저항의 역수 관계에 있다.
전류의 화학작용을 이용하지 않은 것은?
정답 ④ · 문제는 전류에 의한 화학작용을 이용하지 않는 장치를 선택하는 것이다. 전기도금·전해연마·전지는 전기화학적 반응(이온 이동과 산화·환원)을 본질로 하므로 화학작용을 이용한다.
전류의 화학작용은 전해질을 분해하거나 금속을 석출하는 현상이며, 형광등은 열전자가 가스를 이온화하는 물리적 방전 현상이다.
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