６月１９日　３・４限　化学ハβ１組　教材①解答

 [ 1 ]　過マンガン酸カリウムが硫酸酸性条件で酸化剤として働く事例

①　過マンガン酸カリウムは化学記号で表すと　KMnO₄　

②　過マンガン酸カリウムを水に溶かすと電離し，　K⁺　イオンと，　MnO₄⁻　イオンに。

③　マンガンを含んでいるイオンはそのうち，　MnO₄⁻　イオン（赤紫色）

④　このイオンは，反応すると　Mn²⁺　イオンに変化する。（うすい桃色〜無色）

⑤　以上より，過マンガン酸イオン　MnO₄⁻　は，硫酸酸性条件下で酸化剤として働き

マンガン(II)イオン　Mn²⁺　に変化する。

⑥　過マンガン酸カリウムが，硫酸酸性条件下で働くとマンガン(II)イオンになる。

　　MnO₄− → Mn²⁺

⑦　このときの様子を図にすると以下の通りである。

⑧　酸素は，単体でない限り酸化数は　− 2　である。

⑨　これより，左辺のOとMnの酸化数を決定すると以下の通りである。

⑩　上の図から，マンガンの酸化数は，　+7　から　+2　に減少している。

⑪　よって，吸収している電子は　５　e−である。

⑫　これを図にすると以下の通りである。

⑬　MnO₄⁻のまわりについている酸化物イオンO²⁻は，硫酸で酸性にして，H⁺を与える

　ことで，H₂Oとしてはがす。そのため，一つの酸化物イオンO²⁻をはがすには，

　水素イオンH⁺は，　２　個必要である。O²⁻ + H⁺ + H⁺ → H₂O

⑭　そのためこの場合，４個の酸化物イオンをはがすために，水素イオンは　８　個必要。

⑮　これを図にすると以下の通りとなる。

⑯　よって，この図より，MnO₄⁻は，１個あたり，　５　e−と，　８　H⁺を吸収し，

　　Mn²⁺１個と，　４　H₂Oを放出することが判る。

⑰　以上をまとめると以下の半反応式となる。

　　MnO₄⁻ + (　５　)e− + (　８　)H⁺ → Mn²⁺ + (　４　)H₂O

⑱　もう一度全て自分で書くと以下の半反応式となる。

　　　　　MnO₄⁻ +５e− + ８H⁺ → Mn²⁺ + ４H₂O　　

⑲　ここで，酸化物イオンO²⁻をはがすための酸は，強酸であれば何でもいいように見える。

　強酸は他に　塩酸（HCl水溶液）や　硝酸（HNO₃水溶液）があるが，

　これらは硫酸の代わりに　使えない　。

⑳　それは，塩酸（HCl）のCl−は 2Cl⁻→Cl₂ + 2e− として電子を放出する　還元　剤，

　　硝酸（HNO₃）のNO₃⁻は NO₃⁻ + 4H⁺ + 3e⁻ → NO + 2H₂O として電子を吸収する

　　　　酸化　剤になるため，酸化物イオンをはがす以外の余計な反応をするから。

【教科書の手法との整合性の確認】

❶　過マンガン酸カリウムKMnO₄は水中で電離して K⁺ と　MnO₄⁻　になる。（暗記）

❷　酸化剤として働く場合，MnO₄⁻ は，　Mn²⁺　になる。（暗記）

❸　これを式にすると以下の通り。MnO₄⁻　→　Mn²⁺

❹　ここで左右の酸素Oの数を比較すると，左は　４　個，右は０個である。

❺　酸素Oを取り去るには酸性条件なら普通　H⁺　イオンを加える。

❻　つまり，４個の酸素Oを取り去るには，水素イオンH⁺ が　８　個必要。

❼　水素イオンH+を８個与えて酸素Oを４つ取り去ると，水H₂Oは　４　個出来る。

❽　以上を式に書き入れると，MnO₄⁻ + (　８　)H⁺ 　　→ Mn²⁺ +　 (　４　)H₂O

❾　次に左右の±の合計を比較してみる。

　　左は，MnO₄⁻が −1，8H⁺ が+8なので，これをたすと，−1 + (+8) = 　+7　

　　右は，Mn²⁺が +2，H₂Oが 0 なので，これをたすと， +2 + 0 = 　+2　

❶　つまり，＋７が＋２に減っているため，左側から５を引けば良い。

　　つまり左辺に，　５　e⁻ を足せば良い。

❷　以上より，まとめると，MnO₄⁻ + (　８　)H⁺ + (　５　) e− → Mn²⁺ +　 (　４　)H₂O

❸　もう一度自分で書くと以下の通り。　　MnO₄⁻ +５e− + ８H⁺ → Mn²⁺ + ４H₂O