この教材で学ぶこと
到達目標
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酸化還元滴定の意味を説明できる
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酸化剤と還元剤の電子数の関係を使える
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過マンガン酸カリウム滴定の基本を理解できる
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ヨウ素滴定の基本を理解できる
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酸化還元滴定で濃度を求める流れを説明できる
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中和滴定との違いを理解できる
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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半反応式
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物質量 mol
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モル濃度
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化学反応式と量的関係
1
酸化還元滴定とは
酸化還元滴定とは、酸化剤と還元剤の反応を利用して、物質の濃度や量を求める操作です。
中和滴定では酸と塩基の反応を使いましたが、酸化還元滴定では電子の授受を使います。
酸化剤が受け取る電子の物質量と、還元剤が放出する電子の物質量が等しくなる点を利用します。
代表的な酸化還元滴定には、過マンガン酸カリウム滴定とヨウ素滴定があります。
確認ポイント
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酸化還元滴定が電子の授受を利用する滴定であることを説明できる
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酸化剤と還元剤の電子数が対応することを理解できる
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2
中和滴定との違い
中和滴定は、酸と塩基が反応する中和反応を利用します。
酸化還元滴定は、酸化剤と還元剤が電子を授受する酸化還元反応を利用します。
中和滴定ではH⁺とOH⁻の物質量の関係を考えることが多いです。
酸化還元滴定では、電子の物質量の関係を考えます。
どちらも、反応式の係数比を使って未知濃度を求める点は共通しています。
中和滴定と酸化還元滴定
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滴定
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利用する反応
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見る量
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中和滴定
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酸と塩基の反応
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H⁺とOH⁻の量
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酸化還元滴定
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酸化剤と還元剤の反応
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電子の授受
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共通点
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反応式の係数比を使う
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物質量の関係
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確認ポイント
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中和滴定と酸化還元滴定の違いを説明できる
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酸化還元滴定では電子数に注目することを理解できる
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3
電子数の比を使う
酸化還元滴定では、酸化剤1 molが何molの電子を受け取るか、還元剤1 molが何molの電子を放出するかを考えます。
たとえば、酸性条件でMnO₄⁻はMn²⁺になるとき、電子を5 mol受け取ります。
Fe²⁺がFe³⁺になるとき、Fe²⁺1 molは電子を1 mol放出します。
したがって、MnO₄⁻ 1 molは Fe²⁺ 5 molと反応します。
このように、電子数の比から反応する物質量の比を求めます。
MnO₄⁻とFe²⁺の反応の電子数
MnO₄⁻：5e⁻を受け取る、Fe²⁺：1e⁻を放出する
MnO₄⁻ 1 molに対してFe²⁺ 5 molが必要です。
電子数と物質量比
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物質
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1 molあたりの電子数
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役割
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MnO₄⁻
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5 mol受け取る
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酸化剤
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Fe²⁺
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1 mol放出する
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還元剤
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比
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MnO₄⁻ : Fe²⁺ = 1 : 5
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反応量の比
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確認ポイント
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電子数から物質量比を判断できる
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MnO₄⁻とFe²⁺の反応比が1:5になる理由を説明できる
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4
過マンガン酸カリウム滴定
過マンガン酸カリウム KMnO₄ を使う滴定を、過マンガン酸滴定といいます。
酸性条件では、MnO₄⁻が強い酸化剤として働き、Mn²⁺に還元されます。
MnO₄⁻は赤紫色ですが、Mn²⁺はほぼ無色に近いため、滴定の終点が色の変化で分かりやすいです。
過マンガン酸滴定では、KMnO₄自身が指示薬の役割も果たすことがあります。
シュウ酸やFe²⁺などの還元剤の濃度決定に使われます。
酸性条件でのMnO₄⁻の還元
MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O
MnO₄⁻は電子を5個受け取ります。
過マンガン酸滴定のポイント
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項目
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内容
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滴定剤
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KMnO₄
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酸化剤
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MnO₄⁻
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条件
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酸性条件
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色
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MnO₄⁻は赤紫色
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特徴
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自己指示薬として働くことがある
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確認ポイント
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過マンガン酸滴定の酸化剤がMnO₄⁻であることを説明できる
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酸性条件でMnO₄⁻がMn²⁺になることを覚える
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KMnO₄が自己指示薬として働くことを理解できる
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5
シュウ酸との反応
過マンガン酸カリウム滴定では、シュウ酸 H₂C₂O₄ が還元剤として使われることがあります。
シュウ酸は酸化されて二酸化炭素 CO₂ になります。
シュウ酸1 molは電子を2 mol放出します。
一方、MnO₄⁻ 1 molは電子を5 mol受け取ります。
電子数をそろえると、MnO₄⁻ 2 mol と H₂C₂O₄ 5 mol が反応する関係になります。
シュウ酸の酸化
H₂C₂O₄ → 2CO₂ + 2H⁺ + 2e⁻
シュウ酸1 molは電子を2 mol放出します。
MnO₄⁻とシュウ酸の比
2MnO₄⁻ : 5H₂C₂O₄
電子数の最小公倍数10にそろえるため、2:5になります。
確認ポイント
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シュウ酸が還元剤として働くことを説明できる
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MnO₄⁻とシュウ酸の反応比が2:5になることを電子数から理解できる
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6
ヨウ素滴定
ヨウ素滴定は、ヨウ素 I₂ やヨウ化物イオン I⁻ の酸化還元を利用する滴定です。
I₂は酸化剤として働き、I⁻に還元されることがあります。
一方、I⁻は還元剤として働き、I₂に酸化されることがあります。
ヨウ素滴定では、デンプン溶液が指示薬として使われます。
ヨウ素とデンプンは青紫色の複合体を作るため、終点の確認に利用できます。
ヨウ素の還元
I₂ + 2e⁻ → 2I⁻
I₂は電子を受け取ってI⁻になります。
ヨウ化物イオンの酸化
2I⁻ → I₂ + 2e⁻
I⁻は電子を失ってI₂になります。
ヨウ素滴定のポイント
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項目
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内容
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関係する物質
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I₂, I⁻
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指示薬
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デンプン溶液
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色
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ヨウ素デンプン反応で青紫色
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基本反応
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I₂ + 2e⁻ → 2I⁻
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確認ポイント
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ヨウ素滴定でI₂とI⁻が関係することを説明できる
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デンプン溶液が指示薬として使われることを理解できる
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ヨウ素デンプン反応の色を覚える
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7
チオ硫酸ナトリウムとの反応
ヨウ素滴定では、チオ硫酸ナトリウム Na₂S₂O₃ がよく使われます。
チオ硫酸イオン S₂O₃²⁻ は、ヨウ素 I₂ を I⁻ に還元します。
このとき、S₂O₃²⁻ は S₄O₆²⁻ に酸化されます。
反応式は、I₂ + 2S₂O₃²⁻ → 2I⁻ + S₄O₆²⁻ です。
この式から、I₂ 1 mol と S₂O₃²⁻ 2 mol が反応することが分かります。
ヨウ素とチオ硫酸イオンの反応
I₂ + 2S₂O₃²⁻ → 2I⁻ + S₄O₆²⁻
I₂ : S₂O₃²⁻ = 1 : 2 で反応します。
確認ポイント
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ヨウ素とチオ硫酸イオンの反応式を理解できる
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I₂とS₂O₃²⁻の反応比が1:2であることを使える
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8
酸化還元滴定の計算手順
酸化還元滴定の計算では、まず反応に関わる酸化剤と還元剤を確認します。
次に、それぞれが1 molあたり何molの電子を授受するかを考えます。
電子数をそろえて、酸化剤と還元剤の物質量比を求めます。
その後、モル濃度と体積から物質量を求め、未知濃度を計算します。
中和滴定と同じように、最終的には反応式の係数比を使うのがポイントです。
酸化還元滴定の計算手順
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手順
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内容
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1
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酸化剤と還元剤を確認する
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2
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それぞれの電子数を確認する
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3
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電子数をそろえて物質量比を決める
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4
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濃度×体積で物質量を求める
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5
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係数比から未知濃度を求める
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確認ポイント
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酸化還元滴定の計算手順を説明できる
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電子数をそろえて係数比を決めることを理解できる
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n=cVを使って物質量を求められる
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9
酸化還元滴定の例題
酸化還元滴定では、半反応式の電子数と物質量比を使います。
計算問題では、体積の単位をmLからLに直すことを忘れないようにしましょう。
例題：酸性条件でMnO₄⁻ 1 molは電子を何mol受け取るか。
答え：5 mol
MnO₄⁻はMn²⁺に還元され、Mnの酸化数は+7から+2に下がります。
例題：Fe²⁺ 1 molはFe³⁺になるとき電子を何mol放出するか。
答え：1 mol
Feの酸化数は+2から+3に増加するため、電子を1 mol放出します。
例題：MnO₄⁻とFe²⁺の反応比は何対何か。
答え：1 : 5
MnO₄⁻ 1 molが5 molの電子を受け取り、Fe²⁺ 5 molが合計5 molの電子を放出します。
例題：I₂とS₂O₃²⁻の反応式 I₂ + 2S₂O₃²⁻ → 2I⁻ + S₄O₆²⁻ において、反応比は何対何か。
答え：1 : 2
反応式の係数から、I₂ 1 molに対してS₂O₃²⁻ 2 molが反応します。
例題：ヨウ素滴定でデンプン溶液を加えると、ヨウ素があるとき何色を示すか。
答え：青紫色
ヨウ素デンプン反応により青紫色を示します。
確認ポイント
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酸化還元滴定で電子数の比を使える
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過マンガン酸滴定とヨウ素滴定の基本を説明できる
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代表的な反応比を使って計算の入口を理解できる
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