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基礎科目・化学・材料

酸化数と酸化還元

高校◎取りやすい

4問H27・R3・R4・R7

決まりにしたがって原子の酸化数を計算し、最大・最小のものを選んだり、酸化還元反応でないものを見分けたりする問題が出ます。

よく出る形

  • いくつかの物質で，下線の原子の酸化数が最大（令和7，平成27）・最小（令和4）のものを選ぶ
  • 5つの反応式から，酸化還元反応でないものを選ぶ（令和3）
  • 毎回，物質や反応が入れ替わる。酸化数が最大のものを選ぶ年（令和7・平成27）と最小のものを選ぶ年（令和4）がある

覚えること

  • 酸化数：原子が電子をどれだけ失った（＋）か，受け取った（−）かを表す数
  • 単体（Na，H2，O2，Cl2，Mn など）の原子は 0
  • 化合物の中では H は ＋1，O は −2，Na は ＋1，Ca は ＋2。塩化物の Cl は −1
  • 分子では酸化数の合計が 0，イオンでは合計がイオンの電荷と同じ
  • よく出る値：H2SO4 の S は ＋6，MnO4− の Mn は ＋7，Cr2O72− の Cr は ＋6，HNO3 の N は ＋5
  • よく出る値（続き）：NO2 の N は ＋4，NH3 の N は −3，H2S の S は −2
  • 酸化数が増えると「酸化された」，減ると「還元された」。反応の前後でどこかの酸化数が変われば酸化還元反応
  • 酸化剤：相手を酸化する物質で，自分は還元される（酸化数が減る）。還元剤：相手を還元し，自分は酸化される
  • 反応式の中で，同じ元素の一部だけが酸化数を変えることもある（MnO2 ＋ 4HCl の HCl は，4個のうち2個の Cl だけが酸化される）
  • 酸化還元滴定：還元剤が出した電子の数 ＝ 酸化剤が受け取った電子の数
  • MnO4− 1 mol は電子を 5 mol 受け取り（Mn が ＋7 から ＋2），H2O2 1 mol は電子を 2 mol 出す。反応は 2：5

解き方

  • 求めたい原子の酸化数を x とおく
  • ほかの原子の酸化数と個数をかけて足し，合計が 0（イオンなら電荷）になる式を立てる
  • 求めたい原子が2個以上あるときは，最後に個数で割る。数値例：Cr2O72− は 2x＋7×(−2)＝−2 → 2x＝12 → x＝＋6
  • 単体が出てくる・消える反応は，たいてい酸化還元反応。イオンの組合せを入れかえるだけの反応（中和，複分解）は酸化還元反応ではない
  • 例：2NaCl ＋ CaCO3 → Na2CO3 ＋ CaCl2 は複分解で，酸化数は変わらない
  • 滴定は，物質量（濃度 × 体積）に1個あたりの電子の数をかけて，出す電子と受け取る電子を等しいとおく
  • 数値例：H2O2 は 0.050 × 0.0160 × 2 ＝ 1.6×10−3 mol の電子。KMnO4 は 1.6×10−3 ÷ 5 ＝ 3.2×10−4 mol で，0.040 mol/L なら 8.0 mL

ひっかけ

  • Cr2O72− で2で割り忘れると，＋12 になってしまう
  • イオンの式では，合計を 0 ではなく電荷（−1 や −2）にする
  • O が1つ減ると，ほかの原子の酸化数は2小さくなる（HNO3 は ＋5，HNO2 は ＋3）
  • 酸化数が減るのは「還元」。「酸化」と取りちがえない
  • HCl は酸化された側（還元剤）で，酸化剤ではない。酸化剤は MnO2
  • 電子の数の比を逆（5：2）にしない。濃度を入れ替えて計算しない
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想定問題：1・2・3

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