40. 다음으로부터 추론한 것으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?
갈바니 전지는 금속의 물리화학적 변화를 이용하여 전자를 이동시킴으로써 전기를 생산한다. 예컨대 황산아연 수용액에 들어 있는 아연 전극과 황산구리 수용액에 들어 있는 구리 전극을 이용할 경우, 아연 전극에서는 금속 아연(Zn)이 전자를 잃어 아연 이온(Zn²⁺)으로 변하는 산화 반응이 일어나서 아연 전극의 질량이 감소하고, 구리 전극에서는 구리 이온(Cu²⁺)이 전자를 얻어 금속 구리(Cu)로 변하는 환원 반응이 일어나서 구리 전극의 질량이 증가한다.
각 전극에서 일어나는 반응은 '표준환원전위'를 이용하면 알 수 있는데, 이 값이 큰 물질일수록 그 물질은 환원되려는 경향이 크다. Zn²⁺ ⇌ Zn의 표준환원전위는 −0.76 V이고, Cu²⁺ ⇌ Cu의 표준환원전위는 ＋0.34 V이므로 위와 같은 반응이 일어난다.
표준 조건에서 전지를 구성하는 두 전극의 전위차를 '표준전지전위'라 하며, 이 값은 환원 전극의 표준환원전위 값에서 산화 전극의 표준환원전위 값을 빼서 얻는다. 따라서 구리-아연 전지의 표준전지전위는 1.10 V가 된다.
표준 조건에서 금속 A, B, C, D를 이용하여 다양한 종류의 갈바니 전지를 구성했을 때, 다음과 같은 사실이 알려졌다. 단, 각 전극에서 각 금속 원자 및 이온이 잃거나 얻는 전자의 수는 동일하다.
◦ A～D에 대한 금속이온 ⇌ 금속의 표준환원전위는 모두 ＋1.20 V 이하이다.
◦ A에 대한 금속이온 ⇌ 금속의 표준환원전위는 ＋0.92 V이다.
◦ C와 A를 이용한 전지에서 환원 반응은 C 전극에서 일어났다.
◦ A와 B를 이용한 전지에서 양쪽 전극의 전위차는 1.05 V이다.
◦ C와 D를 이용한 전지에서 양쪽 전극의 전위차는 1.95 V이다.
〈보 기〉
ㄱ. D 전극의 질량이 증가하는 갈바니 전지 구성이 적어도 하나 존재한다.
ㄴ. 가장 큰 표준전지전위를 갖는 갈바니 전지는 C와 D로 만든 전지이다.
ㄷ. A와 C를 이용한 전지의 표준전지전위는 B와 D를 이용한 전지의 표준전지전위보다 크다.
- ㄱ
- ㄴ
- ㄱ, ㄷ
- ㄴ, ㄷ
- ㄱ, ㄴ, ㄷ