この教材で学ぶこと
到達目標
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酸化数の増減から酸化・還元を判断できる
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酸化剤と還元剤を区別できる
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半反応式の意味を理解できる
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酸性条件での半反応式の作り方を説明できる
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酸化還元反応式を電子の授受から考えられる
前提知識
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酸化数
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酸化還元反応
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イオン反応式
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電子
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化学反応式の係数
1
酸化数を使う理由
酸化還元反応では、電子の授受が起こります。
しかし、実際の反応式だけを見ると、どの物質が電子を失い、どの物質が電子を受け取ったのか分かりにくいことがあります。
そこで使うのが酸化数です。
酸化数の増減を見ることで、酸化された物質、還元された物質、酸化剤、還元剤を判断できます。
酸化数は、酸化還元反応を整理するための強力な道具です。
確認ポイント
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酸化数を使うと酸化還元を判断しやすいことを説明できる
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酸化数の増加・減少と酸化・還元を対応させられる
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2
酸化数の増加と酸化
酸化数が増加する変化を酸化といいます。
酸化される物質は、電子を失っています。
たとえば、Fe²⁺ が Fe³⁺ になるとき、酸化数は +2 から +3 に増加します。
これは電子を1個失った変化なので、Fe²⁺は酸化されたといえます。
酸化数の増加は、電子を失うことと対応しています。
鉄(II)イオンの酸化
Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻
Feの酸化数は+2から+3へ増加します。
酸化の判断
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変化
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電子
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酸化数
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酸化
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電子を失う
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増加する
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Fe²⁺ → Fe³⁺
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電子を1個失う
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+2 → +3
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確認ポイント
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酸化数が増加する変化を酸化と判断できる
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電子を失うことと酸化を関連づけられる
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3
酸化数の減少と還元
酸化数が減少する変化を還元といいます。
還元される物質は、電子を受け取っています。
たとえば、Cu²⁺ が Cu になるとき、酸化数は +2 から 0 に減少します。
これは電子を2個受け取った変化なので、Cu²⁺は還元されたといえます。
酸化数の減少は、電子を受け取ることと対応しています。
銅(II)イオンの還元
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
Cuの酸化数は+2から0へ減少します。
還元の判断
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変化
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電子
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酸化数
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還元
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電子を受け取る
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減少する
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Cu²⁺ → Cu
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電子を2個受け取る
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+2 → 0
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確認ポイント
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酸化数が減少する変化を還元と判断できる
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電子を受け取ることと還元を関連づけられる
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4
酸化剤と還元剤
酸化剤とは、相手を酸化する物質です。
相手を酸化するためには、自分自身は電子を受け取って還元されます。
つまり、酸化剤自身の酸化数は減少します。
還元剤とは、相手を還元する物質です。
相手を還元するためには、自分自身は電子を失って酸化されます。
つまり、還元剤自身の酸化数は増加します。
酸化剤と還元剤
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物質
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相手にすること
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自分自身
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自分の酸化数
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酸化剤
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相手を酸化する
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還元される
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減少する
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還元剤
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相手を還元する
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酸化される
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増加する
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注意：酸化剤は自分が還元される物質です。
注意：還元剤は自分が酸化される物質です。
注意：名前と自分自身の変化が逆になりやすいので注意しましょう。
確認ポイント
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酸化剤が自分自身は還元されることを説明できる
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還元剤が自分自身は酸化されることを説明できる
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酸化数の増減から酸化剤・還元剤を判断できる
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5
代表的な酸化剤
代表的な酸化剤には、過マンガン酸カリウム KMnO₄、二クロム酸カリウム K₂Cr₂O₇、過酸化水素 H₂O₂、塩素 Cl₂、濃硝酸 HNO₃ などがあります。
酸化剤は、相手から電子を奪い、自分自身は還元されます。
たとえば、酸性条件の MnO₄⁻ は Mn²⁺ に還元されることが多いです。
酸化剤の半反応式を覚えておくと、酸化還元滴定や反応式作成で役立ちます。
代表的な酸化剤
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酸化剤
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還元後の形の例
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特徴
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MnO₄⁻
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Mn²⁺
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酸性条件で強い酸化剤
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Cr₂O₇²⁻
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Cr³⁺
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酸性条件で酸化剤
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H₂O₂
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H₂O
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酸化剤として働く場合がある
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Cl₂
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Cl⁻
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相手を酸化しやすい
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濃HNO₃
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NO₂など
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金属を酸化する
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確認ポイント
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代表的な酸化剤を答えられる
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酸化剤自身は還元されることを理解できる
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MnO₄⁻が酸性条件でMn²⁺になりやすいことを知る
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6
代表的な還元剤
代表的な還元剤には、Fe²⁺、I⁻、SO₂、H₂S、シュウ酸 H₂C₂O₄、チオ硫酸ナトリウム Na₂S₂O₃ などがあります。
還元剤は、相手に電子を与え、自分自身は酸化されます。
たとえば、I⁻ は I₂ に酸化されることがあります。
Fe²⁺ は Fe³⁺ に酸化されます。
還元剤の変化も、半反応式として整理すると分かりやすくなります。
代表的な還元剤
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還元剤
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酸化後の形の例
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特徴
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Fe²⁺
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Fe³⁺
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電子を1個失う
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I⁻
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I₂
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ヨウ素滴定で重要
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SO₂
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SO₄²⁻
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還元剤として働く
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H₂S
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Sなど
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還元性を示す
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H₂C₂O₄
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CO₂
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過マンガン酸滴定で使う
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確認ポイント
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代表的な還元剤を答えられる
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還元剤自身は酸化されることを理解できる
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Fe²⁺やI⁻の変化を酸化数で説明できる
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7
半反応式とは
半反応式とは、酸化または還元のどちらか一方だけに注目して、電子の授受を含めて表した式です。
酸化還元反応では、酸化と還元が同時に起こります。
しかし、全体を一度に考えると複雑なので、まず酸化の半反応式と還元の半反応式に分けて考えます。
その後、電子数をそろえて2つの半反応式を足し合わせることで、全体の酸化還元反応式を作ります。
確認ポイント
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半反応式が酸化または還元だけに注目した式であることを説明できる
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電子数をそろえて足し合わせることを理解できる
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8
酸性条件での半反応式の作り方
酸性条件で半反応式を作るときは、まず酸化数が変化する原子をそろえます。
次に、酸素原子の数をH₂Oでそろえます。
その後、水素原子の数をH⁺でそろえます。
最後に、電荷を電子 e⁻ でそろえます。
この手順を使うと、MnO₄⁻ や Cr₂O₇²⁻ のような複雑なイオンの半反応式も作りやすくなります。
酸性条件の半反応式の手順
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手順
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内容
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1
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酸化数が変化する原子をそろえる
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2
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O原子をH₂Oでそろえる
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3
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H原子をH⁺でそろえる
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4
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電荷をe⁻でそろえる
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確認ポイント
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酸性条件でOをH₂O、HをH⁺でそろえることを説明できる
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最後に電子で電荷をそろえることを理解できる
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9
過マンガン酸イオンの半反応式
酸性条件での過マンガン酸イオン MnO₄⁻ の還元は、酸化還元で非常によく出ます。
MnO₄⁻ は Mn²⁺ に還元されます。
Mnの酸化数は +7 から +2 に下がるので、電子を5個受け取ります。
酸性条件では、OをH₂Oでそろえ、HをH⁺でそろえます。
完成した半反応式は、MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O です。
酸性条件でのMnO₄⁻の還元
MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O
Mnの酸化数は+7から+2へ下がります。
確認ポイント
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MnO₄⁻が酸性条件でMn²⁺に還元されることを説明できる
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MnO₄⁻の半反応式を覚える
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Mnが電子を5個受け取ることを酸化数から判断できる
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10
酸化数の発展例題
酸化数の発展問題では、酸化数の増減、酸化剤・還元剤、半反応式がよく問われます。
酸化された物質は還元剤、還元された物質は酸化剤であることを意識しましょう。
例題：Fe²⁺ → Fe³⁺ の変化は酸化か還元か。
答え：酸化
Feの酸化数が+2から+3へ増加しているため、酸化です。
例題：Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu の変化は酸化か還元か。
答え：還元
Cuの酸化数が+2から0へ減少しているため、還元です。
例題：酸化剤自身は酸化されるか還元されるか。
答え：還元される
酸化剤は相手を酸化し、自分自身は電子を受け取って還元されます。
例題：酸性条件でMnO₄⁻がMn²⁺になるとき、Mnは電子を何個受け取るか。
答え：5個
Mnの酸化数は+7から+2へ下がるので、電子を5個受け取ります。
確認ポイント
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酸化数の増減から酸化・還元を判断できる
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酸化剤・還元剤を判断できる
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代表的な半反応式を使える
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