酸化剤と還元剤（2）

過酸化水素 H₂O₂ は、通常は酸化剤としてはたらきます。しかし反応の相手が、過マンガン酸カリウムや二クロム酸カリウムのような強い酸化剤の場合は、還元剤になります。

同様に、二酸化硫黄 SO₂ は、通常は還元剤としてはたらきます。しかし反応の相手が、硫化水素のような強い還元剤の場合は、酸化剤になります。

H₂O₂ の酸化還元反応

H₂O₂ が酸化剤の場合

H₂O₂ は普通は酸化剤です。酸化剤としてはたらくときの半反応式は、

H₂O₂　+　2 H⁺　+　2 e^－　→　2 H₂O

です。

練習として、これと還元剤のヨウ化カリウムの反応を考えましょう。過酸化水素水に硫酸を加えて、酸性条件下で反応させます。

ヨウ化カリウムの半反応式は、

2 I^－　→　I₂　+　2 e^－

となります。

この 2 つの半反応式から電子 e^－ を消去します。ここでは 2 つの半反応式を足し合わせればよいので、

H₂O₂　+　2 H⁺　+　2 I^－　→　2 H₂O　+　I₂　　‥‥(＊)

となります。

この例では、過酸化水素水とヨウ化カリウム水溶液を混合しています。そのためこの水溶液には、ほかに K⁺ と SO₄^2－ が存在しています。

(＊)の式を電気的に中性にします。左辺に 2 個の K⁺ と 1 個の SO₄^2－ を書き加えるとよいので、両辺に加えます。

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

こうして上のように酸化還元反応式（酸化剤：H₂O₂、還元剤：KI ）は完成しました。

H₂O₂が還元剤の場合

H₂O₂ が還元剤となるのは、相手が過マンガン酸カリウムのような強い酸化剤の場合です。

H₂O₂ が還元剤としてはたらくときの半反応式は、

H₂O₂　→　O₂　+　2 H⁺　+　2 e^－

です。

H₂O₂ が還元剤としてはたらくときの酸化還元反応式は、前の項目「酸化還元反応式」の確認テスト 1 で学習しました。そちらを参照してください。

SO₂ の酸化還元反応

SO₂ が酸化剤の場合

SO₂ は普通は還元剤としてはたらきます。しかし、硫化水素 H₂S のような強い還元剤と反応するときは、酸化剤になります。

SO₂ が酸化剤になる場合の半反応式は、

SO₂　+　4 H⁺　+　4 e^－　→　S　+　2 H₂O　　‥‥(A)

です。

例として、還元剤の H₂S と反応するときの酸化還元反応式を考えましょう。

H₂S の半反応式は、以下の通りです。

H₂S　→　S　+　2 H⁺　+　2 e^－　　‥‥(B)

(B)の両辺を 2 倍して、(A)と足し合わせると、電子 e^－ が式から消去できます。

SO₂　+　4 H⁺　+　2 H₂S　→　S　+　2 H₂O　+　2 S　+　4 H⁺

この式を整理すると

SO₂　+　2 H₂S　→　3 S　+　2 H₂O

この状態で化学反応式としては完成したので、求める酸化還元反応式（酸化剤：SO₂、還元剤：H₂S ）ができました。

SO₂ が還元剤の場合

SO₂ は普通は還元剤としてはたらきます。SO₂ が還元剤としてはたらくときの半反応式は、次の通りです。

SO₂　+　2 H₂O　→　SO₄^2－　+　4 H⁺　+　2 e^－　　‥‥(C)

例として、酸化剤の過マンガン酸カリウム KMnO₄ と反応する場合を考えます。

過マンガン酸カリウムの半反応式は、次の通りです。

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

2 つの半反応式から、電子 e^－ を消します。そのためには、(C)を 5 倍、(D)を 2 倍して、2 つの式を足し合わせます。

(C) × 5　　　5 SO₂　+　10 H₂O　→　5 SO₄^2－　+　20 H⁺　+　10 e^－

(D) × 2　　　2 MnO₄^－　+　16 H⁺　+　10 e^－　→　2 Mn²⁺　+　8 H₂O

足し合わせた式は次の通りです。

5 SO₂　+　2 H₂O　+　2 MnO₄^－　→　5 SO₄^2－　+　4 H⁺　+　2 Mn²⁺

この実験している水溶液には、ほかに K⁺ が含まれています。左辺に 2 個の K⁺ を書き加えると、電気的に中性となります。

そこで両辺に 2 個の K⁺ を加えます。

5 SO₂　+　2 H₂O　+　2 KMnO₄　→　5 SO₄^2－　+　4 H⁺　+　2 Mn²⁺　+　2 K⁺

右辺を整理すると

5 SO₂　+　2 H₂O　+　2 KMnO₄　→　2 H₂SO₄　+　2 MnSO₄　+　K₂SO₄

このように、酸化還元反応式（酸化剤：KMnO₄、還元剤：SO₂ ）が完成しました。

問題演習

実践問題1（2020追第2問問6）

次に示す反応ア～ウのうち、下線を付した化合物が還元剤としてはたらいているものはどれか。すべてを正しく選択しているものを、下の①～⑦のうちから一つ選べ。

ア　過酸化水素水に硫化水素水（硫化水素水溶液）を混合すると、水溶液が白濁する。

イ　硫酸で酸性にした過酸化水素水にヨウ化カリウム水溶液を少しずつ加えると、溶液が褐色になる。

ウ　二酸化炭素を金属マグネシウムと反応させると、黒色の炭素が生じる。

①　ア　　　②　イ　　　③　ウ　　　④　ア、イ

⑤　ア、ウ　　　⑥　イ、ウ　　　⑦　ア、イ、ウ

（2020年度センター試験　追試験　化学基礎　第2問問6　より引用）