5. 산화와 환원 반응

[1] 산화 -환원의 정의

1. 산소

(1) 산화 : 물질이 산소와 결합하는 현상
(2) 환원 : 산화물에서 산소를 잃는 현상

2. 수소

(1) 산화 : 물질이 수소를 잃는 현상
(2) 환원 : 물질이 수소와 결합하는 현상

 

3. 전자

(1) 산화 : 원자 또는 이온이 전자를 잃는 현상
(2) 환원 : 원자 또는 이온이 전자를 얻는 현상
▷ 산화와 환원은 반드시 동시에 일어난다.
의 산화 환원 반응
산화 반응 :
환원 반응 :
전체 반응 :

4. 산화수

산화수 : 전자를 잃거나 얻은 수
잃은 전자수는 +,  얻은 전자수는 -로 표시한다.
산화수가 증가하면 산화, 산화수가 감소하면 환원되었다고 한다.

[2] 산화수의 계산

1. 수소의 산화수

화합물에서 수소()의 산화수 = +1로 계산한다.
단, 금속수소화물에서의 =-1

2. 산소의 산화수

화합물에서 산소(O)의 산화수 = -2로 계산한다.  예)
단, 과산화물에서의 O=-1  예)

3. 홑원소 물질의 산화수

홑원소 물질의 산화수 = 0
예) 에서 = 0,   에서 = 0,   에서 = 0

4. 금속 전형 원소의 산화수

알칼리 금속( ) = +1
알칼리토금속( ) = +2
13족 = +3

5. 이온의 산화수

일원자 이온의 산화수 = (그 이온의 전하수)
다원자 이온의 산화수  (각 원소의 산화수의 합) = (그 이온의 전하수)
다원자 화합물의 산화수  (각 원소의 산화수의 합) = 0

6. 할로겐의 산화수

할로겐 원소의 산화수 = -1
의 산화수 = -1
단, 산소나 플루오르 등 해당 할로겐 원소보다 전기 음성도가 큰 원소와 결합할 때는 (+)산화수를 가지며 산소나 플루오르를 중심으로 계산한 값이 산화수이다.
각 원소의 최대 산화수는 그 원소의 족번호와 같다.

 

[3] 산화 -환원 반응식

1. 금속의 이온화 경향

이온화 경향 : 어떤 원소가 이온이 되려는 경향
이온화 경향이 클수록 산화되기 쉽고 작을수록 환원되기 쉽다.
이온화 경향이 클수록 반응성이 크며, 이온에서 더 안정하다.

 이온화 경향이 커진다

 

2. 반쪽 반응과 전체 반응

전체 반응은 반응 전체적인 반응을 나타낸 것이고, 반쪽 반응은 산화 반응 또는 환원 반응만 나타낸 것이다.
전체 반응    
알짜이온 반응식    
반쪽 반응
           산화 반응 :
           환원 반응 :

 

3. 산화제와 환원제

(1) 산화제와 환원제
1) 산화제
자신은 환원이 되고 상대를 산화시키는 물질
상대로부터 전자를 받아 환원이 되지만 상대는 전자를 잃었으므로 산화가 된다.
할로겐 원소, 산화수가 큰 원소를 가진 물질
2) 환원제
자신은 산화되고 상대를 환원시키는 물질
상대에서 전자를 주어 자신은 산화되지만 상대는 전자를 받았으므로 환원된다.
알칼리 금속, 주로 금속 원소
 
    -1         0                             -2           0
 
산소 O 에 대하여     : 산소는 환원되었다.
                            0             -2
 
따라서 오존()은 산화제이다.
 
요오드 에 대하여   : 요오드는 산화되었다.
                                 -1          0
 
따라서 요오드화칼륨()은 환원제이다.
3) 상대하는 물질에 따라 산화제.환원제의 역할을 달리한다.
①
산화제 :
            +4              0                             -6               -1
 
환원제 :
             +4                 -2                            0
②
산화제 :
                 -1        +4                +6,-2
 
환원제 :
                   -1             +7                                +2                0
 
(2) 자주 쓰이는 산화제.환원제

산   화   제

환   원   제

산소

오존

과산화수소

질산

과망간산칼륨

중크롬산칼륨

수소

경금속

이산화황

요오드화칼륨

황화수소

염화주석(II)

 

(3) 산화제와 환원제의 양적 관계
 

4. 산화-환원 반응식 꾸미기

(1) 이온-전자를 이용한 방법
다음 산화-환원 반응식을 완성하시오.
(2) 산화수를 이용한 방법
증가한 산화수 = 감소한 산화수가 되게 계수를 맞춘다.
다음 산화 환원 반응식을 완성하시오.

【8】 화학 전지와 전기 분해

[1] 화학 전지

1. 다니엘 전지

(-)극 :  : 산화극

(+)극 :  : 환원극

 

전자의 흐름 : 극 → 극
전류의 흐름 : 극 → 극

그림 9 다니엘 전지에서의 반응

▷ 분극 현상 : 전지 반응에서 발생하는 수소기체로 인하여 전지의 기전력이 낮아지는 현상
▷ 감극제 : 전지 반응에서 발생하는 기체를 제거하여 분극 현상을 방지하는 산화제
▷ 염다리 : 다니엘 전지에서 같은 그릇에서 전지 반응을 시키면 분극 현상이 일어나므로 전해액을 따로 분리하여 전지 반응을 시키며, 두 전해액이 서로 섞이는 것을 방지하여 분극 현상을 방지하는 것으로 음이온을 이동시킨다.

2. 실용 전지

(1) 망간 전지
(-)극 :   : 산화
(+)극 : : 환원
(2) 납 축전지

3. 기전력의 계산

(1) 표준 수소 전극 전위
표준 수소 전극 전위를 0.00V로 정하고 수소 전극과의 상대적인 기전력을 표준 전극 전위라 한다
전극 전위는 표준 산화 전극 전위와 표준 환원 전극 전위가 있으나 국제 협약에 의해 환원 전극 전위를 사용한다.
전지의 기전력 = (높은 표준 환원 전극 전위)-(낮은 표준 환원 전극전위)
                      = (표준 산화 전극 전위)+(표준 환원 전극 전위)
(2) 다니엘 전지의 기전력

[2] 전기 분해와 그 응용

1. 전기 분해

(+)극 : 산화가 일어나는 전극
(-)극 : 환원이 일어나는 전극
(1)  용융액의 전기 분해
(2) 수용액의 전기 분해
1) (-)극에서의 변화
A. (+)이온이 보다 방전하기 어려운 물질일 경우
B. (+)이온이 보다 방전하기 쉬운 물질인 경우
2) (+)극에서의 변화
A. (-)이온이 보다 방전하기 어려운 물질일 경우
B. (-)이온이 보다 방전하기 쉬운 물질일 경우
 
3) 수용액의 전기 분해
수용액의 상태
양쪽 전극에 모이는 물질
양쪽 전극에서의 반응
전기분해가 일어난 후의 변화
(3) 페러데이의 법칙
(1) 전기 분해시 추출되는 물질의 양은 흘려 준 전하량에 비례한다.
(2) 일정량의 전하를 통했을 때 얻어지는 물질의 양은 각 물질의 당량에 비례한다.
 

2. 전기 분해의 응용

(1) 전기 도금
숟가락의 은도금
(2) 구리의 제련

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