半反応式

半反応式

前の項目で酸化剤と還元剤について学びました。何が酸化剤・還元剤で、反応後にどのような物質に変化するのかを覚えました。

次に学ぶのは、半反応式です。

半反応式とは、酸化剤が相手を酸化させるためにする反応や、還元剤が相手を還元させるためにする反応を表した式です。

酸化と還元は表裏一体の関係です。酸化された物質があるなら、それに対応して還元された物質が存在しています。

しかし酸化還元反応をすぐに書くのは難しいので、酸化還元反応の化学反応式を組み立てる準備として、ひとまず酸化の反応と還元の反応を別々に書きます。

これらの式は酸化還元の半分なので、半反応式といいます。

半反応式の目標は、反応前後の左辺と右辺で、電荷をつり合わせることと、各原子の数を等しくすることです。

半反応式の書き方

半反応式は、酸化剤（還元剤）と、それがどう変化するかを覚えていると書けます。書き方の手順は、

①　酸化剤（還元剤）を左辺に、変化した物質を右辺に書く。

②　酸化数の変化の分だけ、電子 e^－ を移動させる。

③　両辺の電荷をつり合わせるため、水素イオン H⁺ を加える。

④　各原子の数を等しくするため、水 H₂O を加える。

です。

例１．希硝酸

では、希硝酸 HNO₃ が酸化剤としてはたらき、NO が発生する半反応式を書きましょう。

①　酸化剤 HNO₃ は左辺、変化して生成する NO が右辺です。

HNO₃　→　NO

②　HNO₃ の窒素原子 N の酸化数は +5 です。NO の窒素原子 N の酸化数は +2 なので、酸化数は 3 減少しました。

酸化数が 3 減少したということは、電子を 3 個受け取り、還元されたということです。そこで左辺に電子を 3 個加えます。

HNO₃　+　3 e^－　→　NO

③　左辺の電荷の和は －3 で、右辺の電荷の和は 0 （中性）です。両辺の電荷をつり合わせるため、左辺に H⁺ を 3 個加えます。

HNO₃　+　3 H⁺　+　3 e^－　→　NO

④　左辺と右辺の原子の数を比べると、左辺の方が水素原子 H が 4 個、酸素原子 O が 2 個多いことがわかります。

両辺の各原子の数を等しくするため、右辺に H₂O を 2 個加えます。

HNO₃　+　3 H⁺　+　3 e^－　→　NO　+　2 H₂O

これで希硝酸 HNO₃ の半反応式が完成しました。

例２．塩素

塩素 Cl₂ が酸化剤としてはたらき、塩化物イオン Cl^－ が生成する半反応式を書きましょう。

①　酸化剤の塩素 Cl₂ は左辺に、発生する Cl^－ は右辺に書きます。

Cl₂　→　2 Cl^－

左辺に塩素原子が 2 個あるので、原子の数がつり合うように、はじめから右辺の塩化物イオンも 2 個にしておきます。

②　左辺の Cl の酸化数は 0 で、右辺の Cl の酸化数は －1 です。

Cl 1 個あたり、酸化数が 1 減少しているので、電子を 1 個受け取って還元されています。Cl が 2 個あるので、左辺に電子を 2 個加えます。

Cl₂　+　2 e^－　→　2 Cl^－

③　左辺の電荷の和は －2 で、右辺の電荷の和は －2 です。つり合っているので、H⁺ は加えません。

④　左辺と右辺で原子の数は等しくなっています。そこでこのまま、半反応式が完成しました。

Cl₂　+　2 e^－　→　2 Cl^－

例３．硫化水素

硫化水素 H₂S が還元剤としてはたらき、S が発生する半反応式を書きましょう。

①　還元剤 H₂S は左辺、変化して生成する S が右辺です。

H₂S　→　S

②　H₂S の硫黄原子 S の酸化数は －2 です。右辺の硫黄の単体 S の酸化数は 0 なので、酸化数は 2 増加しました。

酸化数が 2 増加したということは、電子を 2 個失い、酸化されたということです。電子が 2 個放出されたので、右辺に電子を 2 個書きます。

H₂S　→　S　+　2 e^－

③　左辺の電荷の和は 0 で、右辺の電荷の和は －2 です。両辺の電荷をつり合わせるため、右辺に H⁺ を 2 個加えます。

H₂S　→　S　+　2 H⁺　+　2 e^－

④　左辺と右辺の各原子の数を比べると、すでに等しいです。そこで、硫化水素 H₂S の半反応式が完成しました。

H₂S　→　S　+　2 H⁺　+　2 e^－

例４．過マンガン酸カリウム

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　左辺の Mn の酸化数は +7 で、右辺の Mn の酸化数は +2 です。

酸化数が 5 減少しているので、電子を 5 個受け取って還元されています。左辺に電子を 5 個加えます。

MnO₄^－　+　5 e^－　→　Mn²⁺

③　左辺の電荷の和は －6 で、右辺の電荷の和は +2 です。両辺の電荷をつり合わせるため、左辺に H⁺ を 8 個加えます。

MnO₄^－　+　8 H⁺　+　5 e^－　→　Mn²⁺

④　左辺と右辺の原子の数を比べると、左辺の方が水素原子 H が 8 個、酸素原子 O が 4 個多いことがわかります。

両辺の各原子の数を等しくするため、右辺に H₂O を 4 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。

例５．過酸化水素（還元剤）

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　H₂O₂ の酸素原子 O の酸化数は －1 です。右辺の酸素 O の酸化数は 0 なので、酸化数は 1 増加しました。

酸化数が 1 増加したということは、電子を 1 個失い、酸化されたということです。

過酸化水素 H₂O₂ には酸素原子 O が 2 個あります。電子が 2 個放出されたので、右辺に電子を 2 個書きます。

H₂O₂　→　O₂　+　2 e^－

③　左辺の電荷の和は 0 で、右辺の電荷の和は －2 です。両辺の電荷をつり合わせるため、右辺に H⁺ を 2 個加えます。

H₂O₂　→　O₂　+　2 H⁺　+　2 e^－

④　左辺と右辺の各原子の数を比べると、すでに等しいです。そこで、過酸化水素 H₂O₂ （還元剤）の半反応式が完成しました。

H₂O₂　→　O₂　+　2 H⁺　+　2 e^－

半反応式の書き方（その２）

本質的な違いはありませんが、半反応式には別の書き方もあります。

①　酸化剤（還元剤）を左辺に、変化した物質を右辺に書く。

②　両辺の酸素原子 O の数を等しくするため、水 H₂O を加える。

③　両辺の水素原子 H の数を等しくするため、水素イオン H⁺ を加える。

④　両辺の電荷をつり合わせるため、電子 e^－ を加える。

以下の例は練習のために、その２の書き方で行います。

例６．酸素

酸素 O₂ が酸化剤としてはたらき、H₂O が発生する半反応式を書きましょう。

①　酸化剤の O₂ は左辺、変化して生成する H₂O が右辺です。

O₂　→　H₂O

②　両辺の酸素原子 O の数を等しくするため、右辺に H₂O を加えます。

O₂　→　H₂O　+　H₂O

つまり　O₂　→　2 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 4 個加えます。

O₂　+　4 H⁺　→　2 H₂O

④　両辺の電荷をつり合わせるため、左辺に電子 e^－ を 4 個加えます。

O₂　+　4 H⁺　+　4 e^－　→　2 H₂O

これで酸素の半反応式は完成しました。

例７．ナトリウム

ナトリウム Na が還元剤としてはたらき、Na⁺ が発生する半反応式を書きましょう。

①　還元剤のナトリウム Na は左辺、変化して生成する Na⁺ が右辺です。

Na　→　Na⁺

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。

Na　→　Na⁺

③　両辺の水素原子 H の数を比べますが、すでに等しいです。

Na　→　Na⁺

④　両辺の電荷をつり合わせるため、右辺に電子 e^－ を 1 個加えます。

Na　→　Na⁺　+　e^－

これでナトリウムの半反応式は完成しました。

例８．オゾン

オゾン O₃ が酸化剤としてはたらき、O₂ と H₂O が発生する半反応式を書きましょう。

①　酸化剤のオゾン O₃ は左辺、変化して生成する O₂ と H₂O が右辺です。

O₃　→　O₂　+　H₂O

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。

O₃　→　O₂　+　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 2 個加えます。

O₃　+　2 H⁺　→　O₂　+　H₂O

④　両辺の電荷をつり合わせるため、左辺に電子 e^－ を 2 個加えます。

O₃　+　2 H⁺　+　2 e^－　→　O₂　+　H₂O

これでオゾンの半反応式は完成しました。

例９．ヨウ化物イオン

ヨウ化物イオン I^－ が還元剤としてはたらき、I₂ が発生する半反応式を書きましょう。

（還元剤としてヨウ化カリウム KI が使われることがありますが、K は反応に関与しないので I^－ として考えます。）

①　還元剤のヨウ化物イオン I^－ は左辺、変化して生成する I₂ が右辺です。ヨウ素 I₂ のヨウ素原子は 2 個なので、原子の数を合わせるため、左辺のヨウ化物イオンは 2 個とします。

2 I^－　→　I₂

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。

2 I^－　→　I₂

③　両辺の水素原子 H の数を比べますが、すでに等しいです。

2 I^－　→　I₂

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。

2 I^－　→　I₂　+　2 e^－

これでヨウ化物イオンの半反応式は完成しました。

例１０．水素

水素 H₂ が還元剤としてはたらき、H⁺ が発生する半反応式を書きましょう。

①　還元剤の水素 H₂ は左辺、変化して生成する H⁺ が右辺です。水素 H₂ の水素原子は 2 個なので、原子の数を合わせるため、右辺の水素イオンは 2 個とします。

H₂　→　2 H⁺

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。

H₂　→　2 H⁺

③　両辺の水素原子 H の数を比べますが、すでに等しいです。

H₂　→　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。

H₂　→　2 H⁺　+　2 e^－

これで水素の半反応式は完成しました。

問題演習

確認テスト1

次の酸化剤・還元剤の半反応式を書いてみましょう。

1. 鉄(Ⅱ)イオン　Fe²⁺
2. 濃硝酸　HNO₃
3. スズ(Ⅱ)イオン　Sn²⁺
4. 熱濃硫酸　H₂SO₄
5. シュウ酸　(COOH)₂
6. 酸化マンガン(Ⅳ)　MnO₂
7. 二クロム酸カリウム　K₂Cr₂O₇
8. 過酸化水素　H₂O₂　（酸化剤として）
9. 二酸化硫黄　SO₂　（酸化剤として）
10. 二酸化硫黄　SO₂　（還元剤として）