問1
★
酸化剤と還元剤
相手の物質から電子を奪い、自身は還元される物質を何というか。
答えを見る
答え酸化剤
相手に電子を与え、自身は酸化される物質は還元剤。
高校化学基礎
Unit 14 ・ 単元6「酸化還元」2/3ページ
酸化剤と還元剤
KMnO₄は紫色から無色になる。この色の変化は電子を受け取って還元されたサイン。
半反応式を使った酸化剤・還元剤の整理法を、はじめての人から難関大志望者まで使えるレベルで学ぼう。
🟣 KMnO₄の半反応🧮 反応式の作り方📋 主要な一覧
📍 単元6「酸化還元」2/3ページ:① 酸化と還元 → ② 酸化剤と還元剤(このページ) → ③ 金属と電池
1
酸化剤と還元剤の定義
プールの消毒に使われる塩素や、傷口の消毒に使うオキシドール(過酸化水素水)は、どちらも相手の物質から電子を奪って化学変化させることで、汚れや細菌を分解している。このように「相手を酸化させる(自分は還元される)」薬品を酸化剤という。逆に「相手を還元させる(自分は酸化される)」薬品を還元剤という。
酸化剤は相手から電子を奪って自身は還元される物質、還元剤は相手に電子を渡して自身は酸化される物質。半反応式で整理すると理解しやすい。
📋 主な酸化剤と半反応式
| 酸化剤 | 半反応式 | 特徴・条件 |
|---|---|---|
| 過マンガン酸カリウム KMnO₄ | MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O | 酸性条件;紫色→無色 |
| 二クロム酸カリウム K₂Cr₂O₇ | Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O | 酸性条件;橙色→緑色 |
| 過酸化水素 H₂O₂ | H₂O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → 2H₂O | 酸性条件(還元剤にもなれる) |
| 塩素 Cl₂ | Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻ | 強い酸化力;漂白・殺菌 |
| 希硝酸 HNO₃(希) | NO₃⁻ + 4H⁺ + 3e⁻ → NO + 2H₂O | 銅・銀と反応;NOを発生 |
| 熱濃硫酸 H₂SO₄(熱濃) | H₂SO₄ + 2H⁺ + 2e⁻ → SO₂ + 2H₂O | 熱が必要;SO₂を発生 |
📋 主な還元剤と半反応式
| 還元剤 | 半反応式 | 特徴 |
|---|---|---|
| 硫化水素 H₂S | H₂S → S + 2H⁺ + 2e⁻ | 硫黄Sを析出;腐卵臭 |
| 二酸化硫黄 SO₂ | SO₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2H⁺ + 2e⁻ | 漂白作用もある |
| シュウ酸 H₂C₂O₄ | H₂C₂O₄ → 2CO₂ + 2H⁺ + 2e⁻ | KMnO₄との滴定に使用 |
| ヨウ化カリウム KI | 2I⁻ → I₂ + 2e⁻ | I₂は褐色;デンプンで検出 |
❌ よくある誤解
誤:ある物質は「酸化剤」か「還元剤」のどちらか一方に必ず固定されている
正:H₂O₂やSO₂のように、反応する相手によって酸化剤にも還元剤にもなれる物質がある
H₂O₂は通常は酸化剤(自身は還元されてH₂Oになる)だが、KMnO₄のようなより強い酸化剤と反応するときは還元剤(自身は酸化されてO₂になる)としてはたらく。「相手より酸化力が強いか弱いか」で役割が決まる。
誤:半反応式に出てくるH⁺は、酸化還元反応そのものに直接関与する電子の授受の相手だ
正:半反応式中のH⁺は、酸素の数を合わせるための帳尻合わせ(水を作るため)に使われており、電子を直接やり取りする相手ではない
電子を実際にやり取りしているのは中心の原子(MnO₄⁻ならMn)であり、H⁺は反応式の左右で原子数・電荷を合わせるための補助的な役割を果たしている。
💡 なぜ半反応式にはH⁺やH₂Oが登場するのか?
MnO₄⁻がMn²⁺になるとき、Mnの酸化数は+7から+2に変化し、5個の電子を受け取る。このとき同時に、MnO₄⁻中の4個の酸素原子はどこかへ行く必要があり、酸性条件下ではH⁺と結びついて4分子のH₂Oになる。半反応式のH⁺・H₂Oは、電子の授受に伴う酸素・水素の帳尻を合わせるために必要な項目。
酸化剤・還元剤としての強さは、標準電極電位(酸化還元電位)という数値で定量的に比較できる。電位が高いほど強い酸化剤、低いほど強い還元剤としてはたらく傾向がある。この考え方は次のページで学ぶ電池の起電力の理解にも直結する。大学範囲(標準電極電位)
🎯 入試での問われ方
与えられた2つの半反応式を組み合わせて、実際に酸化還元反応が進行する方向を判断させる問題が難関大で頻出。H₂O₂のように酸化剤・還元剤の両方になれる物質が絡む問題は特に注意が必要。
2
酸化還元反応式の作り方
電子のやりとりでは、渡す方の電子の数と受け取る方の電子の数がぴったり一致しなければならない。もし片方が2個渡すのに相手が3個しか受け取れないなら、数が合うように反応する量を調整する必要がある。ちょうど「割り勘の金額を全員分ぴったり合わせる」ような作業だ。
酸化剤の半反応式と還元剤の半反応式を組み合わせて、電子数を合わせると全体の反応式が得られる。
🧮 例:KMnO₄とH₂O₂の反応(酸性条件)
- 酸化剤(KMnO₄): MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O …①
- 還元剤(H₂O₂): H₂O₂ → O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ …②
- 電子を消去:①×2 + ②×5(電子数を最小公倍数10に揃える)
- 整理:2MnO₄⁻ + 5H₂O₂ + 6H⁺ → 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5O₂
❌ よくある誤解
誤:2つの半反応式をそのまま足し合わせれば全体の反応式になる
正:先に両方の半反応式の電子の数(係数)をそろえてから足し合わせる必要がある。そうしないと電子が反応式の中に残ってしまう
例のように、電子の数の最小公倍数(この場合10)に合わせて、それぞれの半反応式全体を定数倍してから足し合わせる。
誤:全体の反応式が完成したら、そこにイオン(H⁺など)が残っているのはおかしい
正:反応物や生成物に酸として働くイオン(H⁺など)が実際に関わっている場合、それらは全体のイオン反応式に残ってよい
この例では酸性条件下での反応なので、反応式にH⁺が反応物として残るのは正しい。すべてのイオンが必ず消えるわけではなく、実際に反応に関与するものは残る。
💡 なぜ電子の数をそろえる必要があるのか?
酸化還元反応の本質は「ある物質が失った電子を、別の物質がそっくりそのまま受け取る」ことにある。電子は反応の途中で消えたり余ったりしない(酸化と還元は必ず同時に同じ数だけ起こる)ため、2つの半反応式を組み合わせる際は、失う電子の数と受け取る電子の数を必ず一致させる必要がある。
半反応式を自力で組み立てる手順は、①中心原子の酸化数の変化から失う(得る)電子数を決める、②酸素の数をH₂Oで合わせる、③水素の数をH⁺で合わせる、④両辺の電荷をeで合わせる、という体系的な手順に従うと、複雑な酸化剤(Cr₂O₇²⁻など)でも機械的に半反応式を作ることができる。
🎯 入試での問われ方
半反応式そのものを暗記だけでなく、ゼロから組み立てさせる問題(与えられた酸化数の変化から半反応式を作らせる)は難関大で頻出。日頃から「なぜその係数になるのか」を手順で理解しておくことが重要。
🎯 練習問題
まず自分で解いてから、「答えを見る」を押して確かめよう。
問2
★
半反応式と電子の数
酸性の水溶液中で、過マンガン酸イオン MnO₄⁻ 1個が Mn²⁺ になるとき、受け取る電子は何個か。
答えを見る
答え5個
MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O。
問3
★★
酸化数の変化
MnO₄⁻ が Mn²⁺ に変化するとき、マンガン原子の酸化数はいくつ減少するか。
答えを見る
答え5
Mn の酸化数は +7 から +2 になる。
問4
★★
還元剤
次のうち、還元剤としてはたらくものはどれか。
- ア塩素 Cl₂
- イ硫化水素 H₂S
- ウ過マンガン酸カリウム KMnO₄
- エ二クロム酸カリウム K₂Cr₂O₇
答えを見る
答えイ
H₂S → S + 2H⁺ + 2e⁻ のように、相手に電子を与える。
問5
★★★
酸化還元反応の量的関係
酸性の水溶液中で、過マンガン酸イオン MnO₄⁻ 0.020 mol と過不足なく反応する過酸化水素 H₂O₂ は何molか。有効数字2桁で答えよ。
答えを見る
答え0.050 mol
2MnO₄⁻ + 5H₂O₂ + 6H⁺ → … より、MnO₄⁻：H₂O₂ = 2：5。
問6
★★★
酸化還元反応の量的関係
酸性の水溶液中で、二クロム酸イオン Cr₂O₇²⁻ 1 mol と過不足なく反応するヨウ化物イオン I⁻ は何molか。
答えを見る
答え6 mol
Cr₂O₇²⁻ 1 mol は電子を 6 mol 受け取る。I⁻ 1 mol は電子を 1 mol 出す。
✅ この単元のまとめ
- 酸化剤:相手を酸化(自身は還元される・電子を受け取る);還元剤:相手を還元(自身は酸化される・電子を与える)
- KMnO₄(酸性):MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O(紫→無色)
- 全反応式:酸化剤と還元剤の半反応式で電子数をそろえてから加算する
- H₂O₂・SO₂は酸化剤にも還元剤にもなれる(相手の強さによって役割が変わる)
理科専門塾 Chem Atlas Academy
調べる力を、得点力に変える塾。
中学・高校・高専生のための、完全オンライン理科専門塾。
授業はせず、月４回のオンライン解説で伴走します。
💡 内容の誤りやご意見はお気軽にどうぞ。
✉️ お問い合わせはこちら