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중학교 3학년 (14-15세)

이온과 전기 분해

Ions and Electrolysis

증류수에는 전구가 거의 켜지지 않지만 소금을 녹이면 불이 들어와요. 소금이 물에 녹으며 전하를 띤 알갱이, 곧 이온으로 나뉘기 때문이에요. 원자가 전자를 잃으면 (+)전하를 띤 양이온이, 전자를 얻으면 (−)전하를 띤 음이온이 되고, 이렇게 물에 녹아 이온으로 나뉘는 물질을 전해질이라고 해요. 그림에서 전압을 걸면 양이온은 (−)극 쪽으로, 음이온은 (+)극 쪽으로 끌려가고, 전압을 높일수록 더 많은 이온이 더 빨리 움직여요. 전극에 닿은 이온은 전자를 주고받아 원래 물질과 다른 물질로 바뀌는데, 이렇게 전류로 물질을 나누는 것이 전기 분해예요.

이온이란

⚡ 전자를 잃거나 얻은 원자
①원자가 전자를 잃으면 (+)전하를 띤 양이온이 된다. 예: Na → Na⁺ + e⁻
②원자가 전자를 얻으면 (−)전하를 띤 음이온이 된다. 예: Cl + e⁻ → Cl⁻
③이온은 전하를 띠므로 전압을 걸면 반대 전하를 띤 전극 쪽으로 움직인다
④이온의 이동이 곧 용액 속에서 전류가 흐르는 방식이다

전기 분해

6 V
🔬 전기 분해가 일어나는 원리
①전해질 수용액에 두 전극을 넣고 전압을 건다
②양이온(+)은 (−)극으로 끌려가 전자를 얻는다(환원)
③음이온(−)은 (+)극으로 끌려가 전자를 잃는다(산화)
④예: 염화 구리(Ⅱ) 수용액을 전기 분해하면 (−)극에 붉은 구리가 붙고, (+)극에서 염소 기체가 생긴다
⑤전압을 높이면 전류가 커져 반응이 빨라진다

전해질과 비전해질

💧 수용액에 전류가 흐르는 물질
①전해질: 물에 녹아 이온으로 나뉘어 수용액에 전류가 흐른다. 염화 나트륨, 염화 구리(Ⅱ), 염산
②비전해질: 물에 녹아도 이온이 생기지 않아 전류가 흐르지 않는다. 설탕, 에탄올
③순수한 물은 이온이 매우 적어 전류가 거의 흐르지 않는다
④고체 소금은 이온이 움직이지 못해 전류가 흐르지 않고, 녹여야 흐른다

총정리

이온이 생기는 방식
양이온: 전자를 잃음(+) / 음이온: 전자를 얻음(−)
Na → Na⁺ + e⁻, Cl + e⁻ → Cl⁻
전기 분해
양이온 → (−)극, 음이온 → (+)극
전해질 수용액에 전류를 흘려 물질을 분해한다
🎯 시험에서 자주 묻는 것
①양이온(+)은 (−)극으로 움직인다
②음이온(−)은 (+)극으로 움직인다
③전해질은 물에 녹아 이온으로 나뉘는 물질이다
④(−)극에서는 전자를 얻는 반응(환원), (+)극에서는 전자를 잃는 반응(산화)이 일어난다
⑤물의 전기 분해: (−)극에서 수소, (+)극에서 산소가 2 : 1의 부피비로 생긴다

예제와 단원평가

예제 1
나트륨 원자(Na)와 염소 원자(Cl)는 이온이 될 때 각각 전자를 잃는가, 얻는가? 어떤 이온이 되는지 식으로 쓰시오.
1
나트륨은 전자 1개를 잃어 양이온이 된다: Na → Na⁺ + e⁻.
2
염소는 전자 1개를 얻어 음이온이 된다: Cl + e⁻ → Cl⁻.
▸ Na → Na⁺ + e⁻(양이온), Cl + e⁻ → Cl⁻(음이온)
나트륨이 잃은 전자를 염소가 받아 Na⁺와 Cl⁻가 되고, 두 이온이 끌어당겨 소금(염화 나트륨)이 된다.
예제 2
물을 전기 분해하면 각 전극에서 어떤 기체가 생기며, 두 기체의 부피비는 얼마인가?
1
(−)극에서는 수소 기체가, (+)극에서는 산소 기체가 생긴다.
2
물 분자 H₂O에 수소 원자가 산소 원자의 2배 들어 있으므로, 수소 : 산소의 부피비는 2 : 1이다.
▸ (−)극에서 수소, (+)극에서 산소가 생기고, 부피비는 수소 : 산소 = 2 : 1
순수한 물은 전류가 거의 흐르지 않아서, 수산화 나트륨을 조금 녹여 전류가 잘 흐르게 한 뒤 실험한다.
단원평가 유형
이온과 전기 분해에 대한 설명으로 옳은 것은?
①원자가 전자를 잃으면 음이온이 된다
②전기 분해에서 양이온은 양극으로 이동한다
③전해질은 물에 녹아 이온으로 나뉘어 전류가 흐른다
④설탕물은 전류가 잘 흐르는 전해질이다
⑤물을 전기 분해하면 수소 : 산소 부피 비가 1 : 2이다
▸ ③ 전해질은 물에 녹아 이온으로 나뉘어 전류가 흐른다
1
전자를 잃으면 양이온이 되고(①X), 전기 분해에서 양이온은 음극으로 이동한다(②X).
2
설탕물은 이온이 생기지 않는 비전해질이며(④X), 물 전기 분해에서 수소 : 산소 = 2 : 1이다(⑤X). 전해질은 물에 녹아 이온으로 나뉘어 전류가 흐른다(③O).
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