月: 2020年6月

 [ 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　　

 [ 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　　

　化学基礎【酸化還元】　半反応式の習得

空欄（　　　）または　　　　に記入をしなさい．図はみんなで一緒に記入します．

[ 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　　　　　　　　　

②　過マンガン酸カリウムを水に溶かすと電離し，

　　　　　イオンと，　　　　　　　イオンに変化する．

③　マンガンを含んでいるイオンはそのうち，　　　　　　　イオン（赤紫色）

④　このイオンは，反応すると　　　　　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　　　　　　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　　　　　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　　　　　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，　　　　から　　　　　に減少している．

⑪　よって，吸収している電子は　　　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，　　　　　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　　　　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，　　　e−と，　　　　H⁺を吸収し，

　　Mn²⁺１個と，　　　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⁻ + (　　　　)e− + (　　　　)H⁺ → Mn²⁺ + (　　　　)H₂O

⑱　もう一度全て自分で書くと以下の半反応式となる．

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　　　　（HCl水溶液）や　　　　　　（HNO₃水溶液）があるが，

　これらは硫酸の代わりに　　　　　　．

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

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

　　　　　　　　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　　　　　　になる．（暗記）

❷　酸化剤として働く場合，MnO₄⁻ は，　　　　　　　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　　　　　個，右は０個である．

❺　酸素Oを取り去るには酸素O１個あたり酸性条件なら普通　　　　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　　　　　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　　　　個出来る．

❽　以上を式に書き入れると，

　　MnO₄⁻ + (　　　)H⁺ 　　→ Mn²⁺ +　 (　　　)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) = 　　　　　　　

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

10　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，　　　　e⁻ を足せば良い．

11　以上より，まとめると，MnO₄⁻ + (　　　)H⁺ + (　　) e− → Mn²⁺ +　 (　　　)H₂O

12　もう一度自分で書くと以下の通り．

[ 2 ][ 3 ] [ 4 ]　各論

問１

(1)　MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O

(2)　Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O

(3)　O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O

(4)　O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻

(5)　O₃ + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂O + O₂

(6)　NO₃⁻ + 4H⁺ + 3e⁻ → NO + 2H₂O

(7)　NO₃⁻ + 2H⁺ + e⁻ → NO₂ + H₂O

(8)　SO₄²⁻ + 4H⁺ + 2e⁻ → SO₂ + 2H₂O

(9)　F₂ + 2e⁻ → 2F⁻

(10)　Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻

(11)　Br₂ + 2e⁻ → 2Br⁻

(12)　I₂ + 2e⁻ → 2I⁻

(13)　2H⁺ + 2e⁻ → H₂

問２

(1)　H₂S → 2H⁺ + 2 e⁻ + S

(2)　H₂S + 2OH⁻ → 2H₂O + 2 e⁻ + S

(3)　H₂C₂O₄ → 2CO₂ +2H⁺ + 2e⁻　　

(4)　2S₂O₃²⁻ → S₄O₆²⁻ + 2 e⁻

(5)　H₂ → 2H⁺ + 2 e⁻

(6)　H₂ + 2OH⁻ → 2H₂O + 2 e⁻

(7)　Na → Na⁺ + e⁻　　

(8)  Ca → Ca²⁺ + 2 e⁻

(9)  Mg → Mg²⁺ + 2 e⁻

(10)  Al →Al³⁺ + 3e⁻

(11)  Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻

(12)　Fe → Fe²⁺ + 2 e⁻　　

(13)  Pb → Pb²⁺ + 2 e⁻

(14)　Cu → Cu²⁺ + 2 e⁻　

(15)  Ag → Ag⁺ + e⁻

(16)　2Br⁻ → Br₂ + 2 e⁻

(17)　2I⁻ → I₂ + 2 e⁻

(18)　Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻　　

(19)　Sn²⁺ → Sn⁴⁺ + 2 e⁻

問３

(1)　H₂O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → 2H₂O　

(2)　H₂O₂ → O₂ + 2H⁺ + 2e⁻

問４

(1)　SO₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → S + 2H₂O　

(2)　SO₂ + 2H₂O → SO₄²⁻ + 4H⁺ + 2e⁻

問５

(1)　CH₄ + 2H₂O → CO₂ + 8H⁺ + 8e⁻

(2)　CH₄ + 8OH⁻ → CO₂ + 6H₂O + 8e⁻

(3)　CH₃OH + H₂O → CO₂ + 6H⁺ + 6e⁻

(4)　CH₃OH + 6OH⁻ → CO₂ + 5H₂O + 6e⁻

(5)　CH₃CHO + H₂O → CH₃COOH + 2H⁺ + 2e⁻

(6)　CH₃CHO + 3OH⁻ → CH₃COO⁻ + 2H₂O + 2e⁻

　問５のような半反応式は，特に燃料電池で負極に水素H₂ではなく，有機物を用いた問題の時によく出てくる。実際，有機物は水とは混ざらないが，水系溶媒環境下において，酸化数が変化しない酸素を得るには，水から得ると便宜的に考える。O₂との反応にしてしまうと，それは完全な酸化還元反応そのものであるため，半反応式としては認められない。

[ 2 ][ 3 ] [ 4 ]　各論

問１

(1)　MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O

(2)　Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O

(3)　O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O

(4)　O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻

(5)　O₃ + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂O + O₂

(6)　NO₃⁻ + 4H⁺ + 3e⁻ → NO + 2H₂O

(7)　NO₃⁻ + 2H⁺ + e⁻ → NO₂ + H₂O

(8)　SO₄²⁻ + 4H⁺ + 2e⁻ → SO₂ + 2H₂O

(9)　F₂ + 2e⁻ → 2F⁻

(10)　Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻

(11)　Br₂ + 2e⁻ → 2Br⁻

(12)　I₂ + 2e⁻ → 2I⁻

(13)　2H⁺ + 2e⁻ → H₂

問２

(1)　H₂S → 2H⁺ + 2 e⁻ + S

(2)　H₂S + 2OH⁻ → 2H₂O + 2 e⁻ + S

(3)　H₂C₂O₄ → 2CO₂ +2H⁺ + 2e⁻　　

(4)　2S₂O₃²⁻ → S₄O₆²⁻ + 2 e⁻

(5)　H₂ → 2H⁺ + 2 e⁻

(6)　H₂ + 2OH⁻ → 2H₂O + 2 e⁻

(7)　Na → Na⁺ + e⁻　　

(8)  Ca → Ca²⁺ + 2 e⁻

(9)  Mg → Mg²⁺ + 2 e⁻

(10)  Al →Al³⁺ + 3e⁻

(11)  Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻

(12)　Fe → Fe²⁺ + 2 e⁻　　

(13)  Pb → Pb²⁺ + 2 e⁻

(14)　Cu → Cu²⁺ + 2 e⁻　

(15)  Ag → Ag⁺ + e⁻

(16)　2Br⁻ → Br₂ + 2 e⁻

(17)　2I⁻ → I₂ + 2 e⁻

(18)　Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻　　

(19)　Sn²⁺ → Sn⁴⁺ + 2 e⁻

問３

(1)　H₂O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → 2H₂O　

(2)　H₂O₂ → O₂ + 2H⁺ + 2e⁻

問４

(1)　SO₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → S + 2H₂O　

(2)　SO₂ + 2H₂O → SO₄²⁻ + 4H⁺ + 2e⁻

問５

(1)　CH₄ + 2H₂O → CO₂ + 8H⁺ + 8e⁻

(2)　CH₄ + 8OH⁻ → CO₂ + 6H₂O + 8e⁻

(3)　CH₃OH + H₂O → CO₂ + 6H⁺ + 6e⁻

(4)　CH₃OH + 6OH⁻ → CO₂ + 5H₂O + 6e⁻

(5)　CH₃CHO + H₂O → CH₃COOH + 2H⁺ + 2e⁻

(6)　CH₃CHO + 3OH⁻ → CH₃COO⁻ + 2H₂O + 2e⁻

　問５のような半反応式は，特に燃料電池で負極に水素H₂ではなく，有機物を用いた問題の時によく出てくる。実際，有機物は水とは混ざらないが，水系溶媒環境下において，酸化数が変化しない酸素を得るには，水から得ると便宜的に考える。O₂との反応にしてしまうと，それは完全な酸化還元反応そのものであるため，半反応式としては認められない。

[ 2 ]　各論敷衍／Step.1

問１　以下の酸化剤の半反応式を書きなさい

(1)　酸性条件で過マンガン酸カリウムKMnO4　　　MnO4− は，H+とe−を足して → Mn2+ とH2Oになる

(2)　酸性条件で二クロム酸カリウムK2Cr2O7　　K2Cr2O7は，K+，K+，Cr2O72−になる．　　このうちCr2O72−は，H+とe−を足して → 2つのCr3+とH2Oになる．

(3)　酸性条件で酸素O2　　O2は，H+とe− と反応して　→　H2Oになる．

(4)　塩基性条件で酸素O2　　塩基性にすると，H+が登場してはまずいので，(3)式の両辺に4OH− を加える．　　すると，H+はH2Oになるため，問題は解消するが，H2Oが左右でかぶる．　　そのため，2H2Oを消去する．

(5)　酸性条件でオゾンO3　　O3 は，H+ とe−と反応して，→　O2１つと，H2O１つになる．

(6)　希硝酸HNO3　　希硝酸HNO3は，電離してH+とNO3−になる．　　このうち，NO3−はH+とe−と反応して　→　NO とH2Oになる．

(7)　濃硝酸HNO3　　濃硝酸HNO3は，電離してH+とNO3−になる．　　このうち，NO3−はH+とe−と反応して　→　NO2 とH2Oになる．

(8)　熱濃硫酸H2SO4　　熱濃硫酸H2SO4は，電離してH+, H+, SO42− になる．　　このうち，SO42−はH+とe− を吸収して　→　SO2とH2Oになる．

(9)　フッ素F2　　F2はe−を吸収して　→　F−になる．（F2にF原子は２個あります）

(10)　塩素Cl2　　Cl２はe−を吸収して　→　Cl−になる．（Cl2にCl原子は２個あります）

(11)　臭素Br2　　Br２はe−を吸収して　→　Br−になる．（Br2にBr原子は２個あります）

(12)　ヨウ素I2　　I２はe−を吸収して　→　I−になる．（I2にI原子は２個あります）

(13)　希塩酸・希硫酸の水素イオンH+　　H+ はe−を吸収して　→ H2になる．

問２　以下の還元剤の半反応式を書きなさい．

(1)　酸性条件での硫化水素H2S　　H2S は　→　S単体と，H+とe−になる．

(2)　塩基性条件での硫化水素H2S　　(1)に登場するH+が邪魔なので，両辺にOH−を２つずつたす．

(3)　シュウ酸H2C2O4　　H2C2O4は，→　CO2とH+とe−になる．

(4)　チオ硫酸ナトリウムNa2S2O3　　Na2S2O3は，Na+，Na+，S2O32−に電離する．　　S2O32−ふたつは，→　S4O62−とe−になる．

(5)　酸性条件で水素H2　　H2 は，　→　H+とe−になる．

(6)　塩基性条件で水素H2　　(5)で生じるH+がまずいので，(5)の両辺に2OH−を足して，H+をH2Oにする．

(7)　金属ナトリウムNa　／　Na は　→　Na+ とe−になる．

(8)　金属カルシウムCa　／　Caは，→　Ca2+とe−になる．

(9)　金属マグネシウムMg　／　Mgは　→　Mg2+とe−になる．

(10)　アルミニウムAl　／　Alは　→　Al3+とe−になる．

(11)　亜鉛Zn　／　Znは　→　Zn2+とe−になる．

(12)　鉄Fe　／　Feは　→　Fe2+とe−になる．いきなりFe3+にはならない．

(13)　鉛Pb　／　Pbは　→　Pb2+ とe−になる．

(14)　銅Cu　／　Cuは　→　Cu2+とe−になる．

(15)　銀Ag　／　Agは　→　Ag+ とe−になる．

(16)　臭化カリウムKBr（Br−の反応）／　Br−は，→　Br2とe−になる．

(17)　ヨウ化カリウムKI（I−の反応）／　I−は，→　I2とe−になる．

(18)　硫酸鉄(II)FeSO4（Fe2+の反応）　FeSO4は，Fe2+，SO42−に電離する．　　　SO42−は，濃度が高く高温でないと酸化還元反応はしない．Fe2+は　→　Fe3+とe−

(19)　硫酸スズ(II)SnSO4（Sn2+の反応）　　　SnSO4は，Sn2+，SO42−に電離する．　　　SO42−は，濃度が高く高温でないと酸化還元反応はしない．Sn2+は　→　Sn4+とe−

問３　過酸化水素（H₂O₂）の半反応式を書け．

(1)　酸性溶液中で過酸化水素（H2O2）が酸化剤として働く半反応式　主な働き　　H2O2がH+とe−と反応　→　H2Oになる．

(2)　酸性溶液中で過酸化水素（H2O2）が還元剤として働く半反応式　　H2O2がKMnO4と反応する場合，還元剤となる．　　H2O2は，→　O2とH+とe−になる．

問４　二酸化硫黄（SO₂）の半反応式を書け．

(1)　 酸性溶液中で二酸化硫黄（SO2）が酸化剤として働く半反応式　　　SO2がH2Sと反応する場合は酸化剤となる．　　　SO2はH+とe−と反応して　→　S単体とH2Oになる．

(2)　 酸性溶液中で二酸化硫黄（SO2）が還元剤として働く半反応式　主な働き　　　SO2は，O原子をふたつ得るため，H2O２つと反応し，→　SO42−，H+，e−になる．

問５　有機物は還元剤になり，水と反応しCO₂とH⁺になる半反応式となる．以下の半反応式を書け．

(1)　酸性条件下でメタンCH4　　CH4はH2Oと反応　→　CO2とH+とe−になる．

(2)　 塩基性条件下でメタンCH4　　(1)の両辺にH+をH2Oに変えるために8OH−を足す．　　すると，両辺にH2Oが現れるので，重複を消す．

(3)　 酸性条件下でメタノールCH3OH　　CH3OHはH2Oと反応　→　CO2とH+とe−になる．

(4)　 塩基性条件下でメタノールCH3OH　　(3)の両辺にH+をH2Oに変えるためにいくつかのOH−を足す．　　すると，両辺にH2Oが現れるので，重複を消す．

(5)　 酸性条件下でアセトアルデヒドCH3CHOが酢酸CH3COOHになる．　　CH3CHOはH2Oと反応　→　CH3COOHとH+とe−になる．

(6)　 塩基性条件下でアセトアルデヒドCH3CHOが酢酸イオンCH3COO−になる．　　(5)の両辺にH+をH2Oに変えるためにいくつかのOH−を足す．　　すると，両辺にH2Oが現れるので，重複を消す．

[ 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　　　　　　　　　

②　過マンガン酸カリウムを水に溶かすと電離し，

　　　　　イオンと，　　　　　　　イオンに変化する．

③　マンガンを含んでいるイオンはそのうち，　　　　　　　イオン（赤紫色）

④　このイオンは，反応すると　　　　　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　　　　　　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　　　　　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　　　　　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，　　　　から　　　　　に減少している．

⑪　よって，吸収している電子は　　　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，　　　　　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　　　　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，　　　e−と，　　　　H⁺を吸収し，

　　Mn²⁺１個と，　　　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⁻ + (　　　　)e− + (　　　　)H⁺ → Mn²⁺ + (　　　　)H₂O

⑱　もう一度全て自分で書くと以下の半反応式となる．

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　　　　（HCl水溶液）や　　　　　　（HNO₃水溶液）があるが，

　これらは硫酸の代わりに　　　　　　．

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

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

　　　　　　　　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　　　　　　になる．（暗記）

❷　酸化剤として働く場合，MnO₄⁻ は，　　　　　　　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　　　　　個，右は０個である．

❺　酸素Oを取り去るには酸素O１個あたり酸性条件なら普通　　　　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　　　　　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　　　　個出来る．

❽　以上を式に書き入れると，

　　MnO₄⁻ + (　　　)H⁺ 　　→ Mn²⁺ +　 (　　　)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) = 　　　　　　　

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

10　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，　　　　e⁻ を足せば良い．

11　以上より，まとめると，MnO₄⁻ + (　　　)H⁺ + (　　) e− → Mn²⁺ +　 (　　　)H₂O

12　もう一度自分で書くと以下の通り．

[ 2 ]　各論敷衍／Step.1

問１　以下の酸化剤の半反応式を書きなさい

(1)　酸性条件で過マンガン酸カリウムKMnO4　　　MnO4− は，H+とe−を足して → Mn2+ とH2Oになる

(2)　酸性条件で二クロム酸カリウムK2Cr2O7　　K2Cr2O7は，K+，K+，Cr2O72−になる．　　このうちCr2O72−は，H+とe−を足して → 2つのCr3+とH2Oになる．

(3)　酸性条件で酸素O2　　O2は，H+とe− と反応して　→　H2Oになる．

(4)　塩基性条件で酸素O2　　塩基性にすると，H+が登場してはまずいので，(3)式の両辺に4OH− を加える．　　すると，H+はH2Oになるため，問題は解消するが，H2Oが左右でかぶる．　　そのため，2H2Oを消去する．

(5)　酸性条件でオゾンO3　　O3 は，H+ とe−と反応して，→　O2１つと，H2O１つになる．

(6)　希硝酸HNO3　　希硝酸HNO3は，電離してH+とNO3−になる．　　このうち，NO3−はH+とe−と反応して　→　NO とH2Oになる．

(7)　濃硝酸HNO3　　濃硝酸HNO3は，電離してH+とNO3−になる．　　このうち，NO3−はH+とe−と反応して　→　NO2 とH2Oになる．

(8)　熱濃硫酸H2SO4　　熱濃硫酸H2SO4は，電離してH+, H+, SO42− になる．　　このうち，SO42−はH+とe− を吸収して　→　SO2とH2Oになる．

(9)　フッ素F2　　F2はe−を吸収して　→　F−になる．（F2にF原子は２個あります）

(10)　塩素Cl2　　Cl２はe−を吸収して　→　Cl−になる．（Cl2にCl原子は２個あります）

(11)　臭素Br2　　Br２はe−を吸収して　→　Br−になる．（Br2にBr原子は２個あります）

(12)　ヨウ素I2　　I２はe−を吸収して　→　I−になる．（I2にI原子は２個あります）

(13)　希塩酸・希硫酸の水素イオンH+　　H+ はe−を吸収して　→ H2になる．

問２　以下の還元剤の半反応式を書きなさい．

(1)　酸性条件での硫化水素H2S　　H2S は　→　S単体と，H+とe−になる．

(2)　塩基性条件での硫化水素H2S　　(1)に登場するH+が邪魔なので，両辺にOH−を２つずつたす．

(3)　シュウ酸H2C2O4　　H2C2O4は，→　CO2とH+とe−になる．

(4)　チオ硫酸ナトリウムNa2S2O3　　Na2S2O3は，Na+，Na+，S2O32−に電離する．　　S2O32−ふたつは，→　S4O62−とe−になる．

(5)　酸性条件で水素H2　　H2 は，　→　H+とe−になる．

(6)　塩基性条件で水素H2　　(5)で生じるH+がまずいので，(5)の両辺に2OH−を足して，H+をH2Oにする．

(7)　金属ナトリウムNa　／　Na は　→　Na+ とe−になる．

(8)　金属カルシウムCa　／　Caは，→　Ca2+とe−になる．

(9)　金属マグネシウムMg　／　Mgは　→　Mg2+とe−になる．

(10)　アルミニウムAl　／　Alは　→　Al3+とe−になる．

(11)　亜鉛Zn　／　Znは　→　Zn2+とe−になる．

(12)　鉄Fe　／　Feは　→　Fe2+とe−になる．いきなりFe3+にはならない．

(13)　鉛Pb　／　Pbは　→　Pb2+ とe−になる．

(14)　銅Cu　／　Cuは　→　Cu2+とe−になる．

(15)　銀Ag　／　Agは　→　Ag+ とe−になる．

(16)　臭化カリウムKBr（Br−の反応）／　Br−は，→　Br2とe−になる．

(17)　ヨウ化カリウムKI（I−の反応）／　I−は，→　I2とe−になる．

(18)　硫酸鉄(II)FeSO4（Fe2+の反応）　FeSO4は，Fe2+，SO42−に電離する．　　　SO42−は，濃度が高く高温でないと酸化還元反応はしない．Fe2+は　→　Fe3+とe−

(19)　硫酸スズ(II)SnSO4（Sn2+の反応）　　　SnSO4は，Sn2+，SO42−に電離する．　　　SO42−は，濃度が高く高温でないと酸化還元反応はしない．Sn2+は　→　Sn4+とe−

問３　過酸化水素（H₂O₂）の半反応式を書け．

(1)　酸性溶液中で過酸化水素（H2O2）が酸化剤として働く半反応式　主な働き　　H2O2がH+とe−と反応　→　H2Oになる．

(2)　酸性溶液中で過酸化水素（H2O2）が還元剤として働く半反応式　　H2O2がKMnO4と反応する場合，還元剤となる．　　H2O2は，→　O2とH+とe−になる．

問４　二酸化硫黄（SO₂）の半反応式を書け．

(1)　 酸性溶液中で二酸化硫黄（SO2）が酸化剤として働く半反応式　　　SO2がH2Sと反応する場合は酸化剤となる．　　　SO2はH+とe−と反応して　→　S単体とH2Oになる．

(2)　 酸性溶液中で二酸化硫黄（SO2）が還元剤として働く半反応式　主な働き　　　SO2は，O原子をふたつ得るため，H2O２つと反応し，→　SO42−，H+，e−になる．

問５　有機物は還元剤になり，水と反応しCO₂とH⁺になる半反応式となる．以下の半反応式を書け．

(1)　酸性条件下でメタンCH4　　CH4はH2Oと反応　→　CO2とH+とe−になる．

(2)　 塩基性条件下でメタンCH4　　(1)の両辺にH+をH2Oに変えるために8OH−を足す．　　すると，両辺にH2Oが現れるので，重複を消す．

(3)　 酸性条件下でメタノールCH3OH　　CH3OHはH2Oと反応　→　CO2とH+とe−になる．

(4)　 塩基性条件下でメタノールCH3OH　　(3)の両辺にH+をH2Oに変えるためにいくつかのOH−を足す．　　すると，両辺にH2Oが現れるので，重複を消す．

(5)　 酸性条件下でアセトアルデヒドCH3CHOが酢酸CH3COOHになる．　　CH3CHOはH2Oと反応　→　CH3COOHとH+とe−になる．

(6)　 塩基性条件下でアセトアルデヒドCH3CHOが酢酸イオンCH3COO−になる．　　(5)の両辺にH+をH2Oに変えるためにいくつかのOH−を足す．　　すると，両辺にH2Oが現れるので，重複を消す．

高校３年組　　出席番号番　　

氏名　　　　　　　　　　　　　　

第１回目の授業板書です。

プリントそのものは、北校舎５階　化学講義室前の机の上に置いてあります。出席番号偶数番号の人は、各自持って行ってください！

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