酸化還元反応　章末問題

1. +4
2. －1
3. －3
4. +3
5. +6

1.　A（酸化数は +2 → +4 ）

2.　A（酸化数は －2 → 0 ）

3.　B（酸化数は +4 → 0 ）

4.　A（酸化数は 0 → +2）

1.　Cl₂ の Cl 原子の酸化数を 0 から －1 へと還元させているので、KI は還元剤です。

2.　O₂ の O 原子の酸化数を 0 から －2 へと還元させているので、H₂S は還元剤です。

3.　H₂S の S 原子の酸化数を －2 から 0 へと酸化させているので、SO₂ は酸化剤です。

4.　Cu 原子の酸化数は、0 から +2 へと酸化されているので、相手を還元しています。ですから、Cu は還元剤です。

（ HNO₃ から NO₂ に変化した N 原子の酸化数は、+5 から +4 へと還元されています。このことからも、Cu が還元剤であることがわかります。）

1.　過マンガン酸カリウム KMnO₄ が酸化剤としてはたらき、Mn²⁺ が生成する半反応式を書きましょう。

①　酸化剤の過マンガン酸カリウム KMnO₄ は左辺に、発生する Mn²⁺ は右辺に書きます。K は反応に関与しないので省略します。

MnO₄^－　→　Mn²⁺

②　両辺の酸素原子 O の数を等しくするため、右辺に H₂O を 4 個加えます。

MnO₄^－　→　Mn²⁺　+　4 H₂O

③　両辺の水素原子 H の数を等しくするため、左辺に H⁺ を 8 個加えます。

MnO₄^－　+　8 H⁺　→　Mn²⁺　+　4 H₂O

④　両辺の電荷をつり合わせるため、左辺に電子 e^－ を 5 個加えます。

MnO₄^－　+　8 H⁺　+　5 e^－　　→　　Mn²⁺　+　4 H₂O

これで過マンガン酸カリウム KMnO₄ の半反応式が完成しました。

2.　過酸化水素 H₂O₂ が還元剤としてはたらき、O₂ が発生する半反応式を書きましょう。

①　還元剤 H₂O₂ は左辺、変化して生成する O₂ が右辺です。

H₂O₂　→　O₂

②　両辺の酸素原子 O の数を比べますが、すでに等しいです。

H₂O₂　→　O₂

③　両辺の水素原子 H の数を等しくするため、右辺に H⁺ を 2 個加えます。

H₂O₂　→　O₂　+　2 H⁺

④　両辺の電荷をつり合わせるため、右辺に電子 e^－ を 2 個加えます。

H₂O₂　→　O₂　+　2 H⁺　+　2 e^－

これで過酸化水素 H₂O₂ （還元剤）の半反応式が完成しました。

酸化還元反応では、酸化剤が得る電子の数と、還元剤が失う電子の数は等しくなります。そこで、2 つの半反応式で受け渡す電子の数を揃えて、両式を足し合わせることでイオン反応式がつくれます。

(A)式を 2 倍、(B)式を 5 倍して両式を足し合わせると、電子 e^－ が消去できます。

イオン反応式は以下のようになります。

2 MnO₄^－　+　5 H₂O₂　+　6 H⁺　　→　　2 Mn²⁺　+　5 O₂　+　8 H₂O

この水溶液中には K⁺ イオンと SO₄^2－ イオンがあるので、両辺に K⁺ を 2 個、SO₄^2－ を 3 個加えると、電気的に中性な酸化還元反応式ができます。

2 KMnO₄　+　5 H₂O₂　+　3 H₂SO₄　　→　　2 MnSO₄　+　5 O₂　+　8 H₂O　+　K₂SO₄

5、6、9

簡単にまとめると、イオン化傾向が大きい金属は酸化されやすいので反応性が高く、イオン化傾向が小さい金属は酸化されにくく反応性に乏しいです。

1　〇　ナトリウムは常温で水と反応し水酸化ナトリウムとなり、水素を発生します。

2 Na　+　2 H₂O　→　2 NaOH　+　H₂

2　〇　ナトリウムは空気中で速やかに酸化されます。

4 Na　+　O₂　→　2 Na₂O

3　〇　アルミニウムは塩酸と反応して、水素を発生します。

2 Al　+　6 HCl　→　2 AlCl₃　+　3 H₂

4　〇　アルミニウムは高温の水蒸気と反応して、水素を発生します。

2 Al　+　3 H₂O　→　Al₂O₃　+　3 H₂

5　×　アルミニウムは酸に溶けますが、濃硝酸にふれたときは不動態となるので溶けません。

6　×　スズは水とは反応しません。

7　〇　スズは希硫酸と反応して、水素を発生します。

Sn　+　H₂SO₄　→　SnSO₄　+　H₂

8　〇　銅は塩酸や希硫酸などには溶けませんが、酸化力のある希硝酸には溶けて一酸化窒素を発生します。

3 Cu　+　8 HNO₃　→　3 Cu(NO₃)₂　+　2 NO　+　4 H₂O

9　×　金は熱濃硫酸と反応しません。金は王水には溶けます。

正解　1

1　×

この反応式は

Br₂　+　H₂　→　2 HBr

臭素の酸化数は 0 → －1 であり、還元されています。

2　〇

陰極では

2 H⁺　+　2 e^－　→　H₂

の反応が起きています。

水素の酸化数は +1 → 0 であり、還元されています。

3　〇

この反応式は

2 Na　+　2 H₂O　→　2 NaOH　+　H₂

ナトリウムの酸化数は 0 → +1 であり、酸化されています。

4　〇

鉛蓄電池の放電時の正極の反応は

PbO₂　+　4 H⁺　+　SO₄^2－　+　2 e^－　→　PbSO₄　+　2 H₂O

正極の Pb の酸化数は +4 → +2 であり、還元されています。

正解　a　1　　　　　b　3

a

石灰水を白濁させる気体は二酸化炭素です。

石灰水には水酸化カルシウム Ca(OH)₂ が溶けていて、CO₂ と反応して水に溶けにくい炭酸カルシウム CaCO₃ が生成します。

Ca(OH)₂　+　CO₂　→　CaCO₃　+　H₂O

炭酸カルシウム CaCO₃ が水に溶けにくいので、水溶液が白濁します。

1　×　二酸化炭素が溶けた炭酸水は弱酸性です。

2　〇　C = O 結合には極性があります。炭素原子が少し正電荷 δ+ 、酸素原子が少し負電荷 δ－ をもちます。

3　〇　CO₂ の炭素原子は、酸化数が +4 です。

4　〇　シュウ酸 H₂C₂O₄ 、(COOH)₂ と書いてもいいです、の酸化では

H₂C₂O₄　　→　　2 CO₂　+　2 H⁺　+　2 e^－

という半反応式になります。

b

実験結果から、酸化銅(Ⅱ)は還元されて銅となりました。

また、CH₂ の構造が繰り返しているポリエチレンー(ーCH₂ーCH₂ー)_nーは酸化され、水 H₂O と二酸化炭素 CO₂ が生成しました。

ポリエチレンが分解した生成物が還元剤としてはたらくと考えられます。

3 CuO　+　( C + 2H )　　→　　3 Cu　+　CO₂　+　H₂O

酸化銅(Ⅱ)と、ポリエチレンの分解物（ C や H ）が反応物です。銅 Cu と 石灰水を白濁させる二酸化炭素 CO₂ と試験管内壁の水滴 H₂O が生成物です。

試験管 A に入れた酸化銅(Ⅱ)は、すべて銅になりました。このとき、1 mol の酸化銅(Ⅱ)から 1 mol の銅が生成しています。

銅のモル質量は 64 g/mol なので、0.32 g の銅の物質量は

\(\frac{0.32[g]}{64[g/mol]}\) = 0.0050[mol]

酸化銅(Ⅱ)のモル質量は 80 g/mol ですから、求める質量は

80[g/mol] × 0.0050[mol] = 0.40[g]

正解　4

1　〇　過マンガン酸カリウム水溶液が酸化剤として、シュウ酸が還元剤として酸化還元反応が起こります。この反応で、赤紫色の MnO₄^－ がほぼ無色の Mn²⁺ となります。

過マンガン酸カリウムが酸化剤としてはたらきます。

半反応式は

MnO₄^－　+　8 H⁺　+　5 e^－　→　Mn²⁺　+　4 H₂O　　‥‥(A)

Mn の酸化数が +7 から +2 へ変化しています。過マンガン酸イオン MnO₄^－ は赤紫色で、マンガン(Ⅱ)イオン Mn²⁺ はほぼ無色なので、酸化還元反応が進んだことがわかります。

シュウ酸は還元剤としてはたらきます。半反応式は

H₂C₂O₄　　→　　2 CO₂　+　2 H⁺　+　2 e^－　　‥‥(B)

C の酸化数が +3 から +4 へ変化しています。

反応式を完成させるには (A)式 × 2 と (B)式 × 5 を両辺足し合わせます。

2 MnO₄^－　+　5 H₂C₂O₄　+　6 H⁺　　→　　10 CO₂　+　2 Mn²⁺　+　8 H₂O

カリウムイオン( K⁺ を2個) と硫酸イオン( SO₄^2－ を3個) を両辺に加えて、電荷を中性にして完成です。

2 KMnO₄　+　5 H₂C₂O₄　+　3 H₂SO₄　　→　　10 CO₂　+　2 MnSO₄　+　8 H₂O　+　K₂SO₄

2　〇　Na が還元剤としてはたらきます。反応式は次のようになります。

2 Na　+　2 H₂O　→　2 NaOH　+　H₂

Na の酸化数は 0 → +1 に変化しています。

3　〇　銅が酸化されて酸化銅(Ⅱ)になっています。

2 Cu　+　O₂　→　2 CuO

銅の酸化数は 0 → +2 です。

4　×　硝酸銀水溶液 AgNO₃ の Ag⁺ イオンと、食塩水 NaCl の Cl^－ イオンが反応します。

塩化銀の沈殿では、酸化数の変化はありません。

Ag⁺　+　Cl^－　→　AgCl

5　〇　過酸化水素が酸化剤として、ヨウ化カリウムが還元剤としてはたらきます。

半反応式は

2 I^－　→　I₂　+　2 e^－

H₂O₂　+　2 H⁺　+　2 e^－　→　2 H₂O

半反応式の両辺を足し合わせると

H₂O₂　+　2 I^－　+　2 H⁺　　→　　I₂　+　2 H₂O

カリウムイオン( K⁺ を2個)と、硫酸イオン( SO₄^2－ )を両辺に加えて、電気的に中性にすれば反応式は完成です。

H₂O₂　+　2 KI　+　H₂SO₄　　→　　I₂　+　2 H₂O　+　K₂SO₄

生成物のヨウ素 I₂ と水溶液中のヨウ化物イオン I^－ から、褐色の三ヨウ化物イオン I₃^－ が生じます。