酸化と還元（酸化数・酸化剤と還元剤） ── 問題
基礎
- SO₂ における S の酸化数はいくらですか（符号をつけて答える）。
- 酸化剤について正しいものはどれですか。 （ア 分子の中に酸素を含む物質のこと イ 自分自身が酸化される物質 ウ 相手から電子を奪い、自身は還元される エ 相手に電子を与えることで相手を酸化する）
- 過酸化水素 H₂O₂ の O の酸化数はいくらですか。 （ア −1 イ −2 ウ ＋1 エ 0）
- 図は、硫酸酸性にしたシュウ酸水溶液を過マンガン酸カリウム水溶液で滴定しているようすです。この滴定の終点はどのように判断しますか。 （ア フェノールフタレインを加えておき、赤色になったとき イ 滴下した KMnO₄ の赤紫色が消えなくなったとき ウ 滴下した KMnO₄ の赤紫色がすぐに消えて無色になったとき エ シュウ酸から二酸化炭素の気体が発生しなくなったとき）
標準
- 次の反応で、下線の物質は「酸化された」「還元された」のどちらですか。 2H₂S ＋ SO₂ → 3S ＋ 2H₂O（下線：H₂S） （ア 還元された イ 酸化された）
- 次の物質はふつう「酸化剤」「還元剤」のどちらとしてはたらきますか。 塩素 Cl₂ （ア 還元剤 イ 酸化剤）
- 次の酸化剤・還元剤の半反応式として正しいものはどれですか。 二クロム酸イオン （ア Cr₂O₇²⁻ ＋ 6e⁻ → 2Cr ＋ 7O イ Cr₂O₇²⁻ ＋ 7H⁺ ＋ 3e⁻ → Cr³⁺ ＋ 7H₂O ウ Cr₂O₇²⁻ ＋ 14H⁺ ＋ 6e⁻ → 2Cr³⁺ ＋ 7H₂O）
- 過マンガン酸カリウムの滴定を硫酸酸性で行い、塩酸酸性で行わない理由はどれですか。 （ア 塩酸の Cl⁻ が酸化されてしまうから イ 硫酸は指示薬になるから ウ 塩酸は KMnO₄ を還元できないから エ 塩酸は硫酸より酸性が弱いから）
- SO₂ について正しいものはどれですか。 （ア どんな相手に対しても常に還元剤 イ 酸化還元反応には関係しない ウ どんな相手に対しても常に酸化剤 エ 相手によって酸化剤にも還元剤にもなる）
- 図は、硫酸酸性にした濃度不明のシュウ酸水溶液 10 mL を、0.020 mol/L の過マンガン酸カリウム水溶液で滴定したときの終点のようすです。滴下前の液面は 0 の目盛にありました。シュウ酸水溶液のモル濃度は何 mol/L ですか。MnO₄⁻ は電子 5 個を受け取り、(COOH)₂ は電子 2 個を失うものとします。
- 変化 H₂O₂ → O₂ で、O の酸化数はいくつ変化しますか（増加は正、減少は負の符号をつけて答える）。
- 硫酸酸性のヨウ化カリウム水溶液に過酸化水素水を加えると、ヨウ素ができて液が褐色になった。一方、硫酸酸性の過マンガン酸カリウム水溶液に過酸化水素水を加えると、赤紫色が消えて酸素が発生した。2 つの実験から分かることとして最も適当なものはどれですか。 （ア 過酸化水素は、どちらの実験でも酸化剤としてはたらく イ 過酸化水素は、どちらの実験でも酸化も還元もされない ウ 過酸化水素は、相手によって酸化剤にも還元剤にもなる エ 過酸化水素は、どちらの実験でも還元剤としてはたらく）
- 過マンガン酸カリウム水溶液でシュウ酸水溶液 10 mL を滴定した。過マンガン酸カリウム水溶液の濃度を半分にして、同じシュウ酸水溶液 10 mL を滴定すると、終点までの滴下量はどうなりますか。 （ア 2 倍になる イ 4 倍になる ウ 半分になる エ 変わらない）
- 次の窒素を含む物質を、N の酸化数が小さいものから順に並べたものとして正しいものはどれですか。 NH₃、N₂、NO、NO₂、HNO₃ （ア HNO₃ ＜ NO₂ ＜ NO ＜ N₂ ＜ NH₃ イ NH₃ ＜ N₂ ＜ NO ＜ NO₂ ＜ HNO₃ ウ N₂ ＜ NH₃ ＜ NO ＜ NO₂ ＜ HNO₃ エ NH₃ ＜ N₂ ＜ NO₂ ＜ NO ＜ HNO₃）
発展
- 硫酸酸性の 0.05 mol/L 過マンガン酸カリウム水溶液で、濃度のわからないシュウ酸水溶液 25 mL を滴定したところ、8 mL 加えたところで赤紫色が消えなくなった。シュウ酸水溶液のモル濃度は何 mol/L ですか。MnO₄⁻ ＋ 8H⁺ ＋ 5e⁻ → Mn²⁺ ＋ 4H₂O、(COOH)₂ → 2CO₂ ＋ 2H⁺ ＋ 2e⁻ とする。
- 0.02 mol/L の過マンガン酸カリウム水溶液 10 mL（硫酸酸性）と過不足なく反応する 0.05 mol/L の過酸化水素水は何 mL ですか。MnO₄⁻ は 5 個、H₂O₂ は還元剤として 2 個の電子をやりとりする。
- KMnO₄ による滴定の終点の見分け方として正しいものはどれですか。 （ア KMnO₄ の赤紫色が消えずに残った点 イ 気体の発生が止まった点 ウ 加えたフェノールフタレインが赤くなった点 エ 溶液が緑色になった点）
- 反応 Cu ＋ 4HNO₃（濃）→ Cu(NO₃)₂ ＋ 2NO₂ ＋ 2H₂O について正しいものはどれですか。 （ア この反応は中和反応である イ Cu は還元され、濃硝酸が還元剤 ウ Cu は酸化され、濃硝酸が酸化剤 エ N の酸化数は変化していない）
- 硫酸酸性にした硫酸鉄(II) 水溶液 20 mL を 0.02 mol/L の過マンガン酸カリウム水溶液で滴定すると、10 mL 加えたところで薄い赤紫色が消えなくなった。硫酸鉄(II) 水溶液の Fe²⁺ のモル濃度は何 mol/L ですか。MnO₄⁻ は 1 個あたり 5 個の電子を受け取り、Fe²⁺ は 1 個あたり 1 個の電子を出す。
酸化と還元（酸化数・酸化剤と還元剤） ── 解答
基礎
- 4 単体は 0、化合物中の H は ＋1・O は −2（H₂O₂ の O は −1、NaH の H は −1）、化合物の合計は 0、イオンの合計は電荷。答え：4。
- ウ 相手から電子を奪い、自身は還元される 酸化剤は電子を奪う側。自分の酸化数は減る（還元される）。
- ア −1 H は ＋1、合計 0 なので O は −1（例外）。
- イ 滴下した KMnO₄ の赤紫色が消えなくなったとき シュウ酸が残っている間は滴下した MnO₄⁻（赤紫）がすぐに Mn²⁺（ほぼ無色）になる。シュウ酸がなくなると赤紫色が消えなくなるので、KMnO₄ 自身が指示薬になる。滴下した KMnO₄ の赤紫色が消えなくなったとき。
標準
- イ 酸化された 酸化数が増えた原子を含む物質は酸化された（電子を失った・還元剤）。減った原子を含む物質は還元された（電子を受け取った・酸化剤）。答え：酸化された。
- イ 酸化剤 酸化剤（電子を受け取る）：KMnO₄・K₂Cr₂O₇・Cl₂・濃硝酸・熱濃硫酸・O₂。還元剤（電子を失う）：シュウ酸・H₂S・KI・金属（Na・Zn）・Fe²⁺・H₂・CO。答え：酸化剤。
- ウ Cr₂O₇²⁻ ＋ 14H⁺ ＋ 6e⁻ → 2Cr³⁺ ＋ 7H₂O 酸化剤は e⁻ を左辺に（受け取る）、還元剤は右辺に（失う）。O は H₂O、H は H⁺、電荷は e⁻ で合わせる。答え：Cr₂O₇²⁻ ＋ 14H⁺ ＋ 6e⁻ → 2Cr³⁺ ＋ 7H₂O。
- ア 塩酸の Cl⁻ が酸化されてしまうから Cl⁻ が酸化されて Cl₂ になると KMnO₄ が余分に消費され、正しい滴定量が得られない。硫酸の SO₄²⁻ は酸化されにくい。
- エ 相手によって酸化剤にも還元剤にもなる S の酸化数 ＋4 は中間なので、増える（還元剤）ことも減る（酸化剤）こともある。H₂S に対しては酸化剤、KMnO₄ に対しては還元剤。H₂O₂ も同様。
- 0.06 ビュレットの目盛から終点の滴下量は 12 mL。（酸化剤の mol × 受け取る e⁻）＝（還元剤の mol × 失う e⁻）より 0.020 × 12 × 5 ＝ c × 10 × 2、c ＝ 0.06 mol/L。
- 1 O の酸化数は −1 から 0 へ変わる。変化 ＝ 0 − (−1) ＝ 1。増えれば酸化された、減れば還元された。
- ウ 過酸化水素は、相手によって酸化剤にも還元剤にもなる I⁻ を I₂ に酸化したので前者では酸化剤。強い酸化剤 MnO₄⁻ と反応して自分は O₂ に酸化されたので後者では還元剤。
- ア 2 倍になる シュウ酸が出す電子の量は同じなので、必要な MnO₄⁻ の物質量も同じ。濃度が半分なら、同じ物質量を加えるのに 2 倍の体積が必要。
- イ NH₃ ＜ N₂ ＜ NO ＜ NO₂ ＜ HNO₃ 酸化数は NH₃ −3、N₂ 0、NO ＋2、NO₂ ＋4、HNO₃ ＋5。
発展
- 0.04 受け取る e⁻ ＝ 失う e⁻：0.05 × 8 × 5 ＝ c′ × 25 × 2 → c′ ＝ 0.04 mol/L。
- 10 0.02 × 10 × 5 ＝ 0.05 × V′ × 2 → V′ ＝ 10 mL。
- ア KMnO₄ の赤紫色が消えずに残った点 MnO₄⁻（赤紫）が Mn²⁺（ほぼ無色）になる。還元剤がなくなると色が残る。KMnO₄ 自身が指示薬。
- ウ Cu は酸化され、濃硝酸が酸化剤 Cu → Cu²⁺（酸化）、HNO₃ の N ＋5 → NO₂ の N ＋4（還元）。
- 0.05 受け取った電子 ＝ 出した電子。0.02 × 10/1000 × 5 ＝ x × 20/1000 より x ＝ 0.05 mol/L。
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