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高校1~高校2年生 (15-17歳)

化学基礎 酸化還元反応 わかりやすく

Oxidation-Reduction Reaction

鉄がさびる、木が燃える、電池から電流が流れ出る。どれも電子がある物質から別の物質へ移る酸化還元反応です。 電子を失うことを酸化、受け取ることを還元といい、だれかが失った電子は必ずほかのだれかが受け取るので、二つはいつも同時に起こります。 電子の行き先が目で見えないときは酸化数をつけて考え、酸化数が増えれば酸化、減れば還元です。 上の図では亜鉛が銅イオンに電子 2 個を渡す過程を、下の図では三つの反応での酸化数の変化を追えます。

酸化還元は電子が移ること

50%
💡 図から読み取ること
①反応前には亜鉛原子 Zn と銅イオン Cu²⁺ がある。Zn の酸化数は 0、Cu²⁺ は +2
②反応を進めると、Zn は電子 2 個を手放して Zn²⁺ になる。電子を失ったので酸化
③その電子 2 個を Cu²⁺ が受け取り、銅原子 Cu になる。電子を得たので還元
④Zn が失った電子の数と Cu²⁺ が得た電子の数は等しく、酸化と還元は別々には起こらない
⑤硫酸銅水溶液に亜鉛板を入れると、実際に亜鉛板の表面に赤い銅が析出し、溶液の青色が薄くなる

酸化数で考える

2Mg + O₂
酸化数の決め方
単体 = 0、化合物中の H = +1、O = −2、単原子イオン = イオンの電荷
化合物では全原子の酸化数の和が 0、多原子イオンではイオンの電荷に等しい
🔍 三つの反応を確かめる
①2Mg + O₂ → 2MgO:Mg は 0 → +2 で酸化、O は 0 → −2 で還元される。Mg 原子 2 個が失った電子 4 個を O 原子 2 個が受け取る
②Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂:Fe は +3 → 0 で還元、C は +2 → +4 で酸化される。やりとりする電子は 6 個
③2Na + Cl₂ → 2NaCl:Na は 0 → +1 で酸化、Cl は 0 → −1 で還元される。やりとりする電子は 2 個
④どの反応でも、失った電子の数と得た電子の数は等しい

酸化剤と還元剤

酸化剤
相手を酸化し、自分は還元される物質
相手から電子を奪う（自分の酸化数は減る）
還元剤
相手を還元し、自分は酸化される物質
相手に電子を与える（自分の酸化数は増える）
💡 取り違えないために
①酸化剤は相手を酸化する物質なので、自分は還元される
②還元剤は相手を還元する物質なので、自分は酸化される
③名前は相手にすることを表し、自分自身の変化はその逆。試験でよくねらわれるわなだ
④Zn + Cu²⁺ では、Zn は電子を与えるので還元剤（自分は酸化）、Cu²⁺ は電子を奪うので酸化剤（自分は還元）

実際に解いてみる

例題 1
硫酸（H₂SO₄）中の硫黄（S）の酸化数を求めよ。
1
H = +1、O = −2 を入れ、化合物の酸化数の和が 0 になるように式を立てる。
2 × (+1) + S + 4 × (−2) = 0
2
式を S について解く。
S = +6
▸ S = +6
H 2 個と O 4 個の酸化数の和は +2 − 8 = −6 なので、和を 0 にするには S は +6 でなければならない。
例題 2
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu で、酸化された元素と還元された元素を答えよ。
1
反応の前後で各元素の酸化数を書く。
Zn: 0 → +2, Cu: +2 → 0
2
酸化数が増えたほうが酸化（電子を失う）、減ったほうが還元（電子を得る）。
Zn 酸化(電子 2 個を失う)、 Cu²⁺ 還元(電子 2 個を得る)
▸ Zn が酸化 / Cu²⁺ が還元
上の図の反応そのものだ。Zn が失った電子 2 個を、Cu²⁺ がすべて受け取る。

まとめ

酸化・還元の三つの見方
①電子:酸化 = 失う、還元 = 得る ②酸化数:酸化 = 増加、還元 = 減少 ③酸素:酸化 = 得る、還元 = 失う
同じ反応を別々の目盛りで読んだものなので、三つの見方の結論は一致する
2021 評価院 模試 化学Ⅰ 類題
次のうち、窒素（N）の酸化数が +5 であるものはどれか。
①NH₃
②N₂
③NO
④NO₂
⑤HNO₃
▸ ⑤ HNO₃
1
化合物中の酸化数の和は 0。選択肢ごとに N の酸化数を求める。
2
N は NH₃ で −3、N₂ で 0、NO で +2、NO₂ で +4。HNO₃ では H = +1、O 3 個 = −6 なので、N は +5。
(+1) + N + 3 × (−2) = 0 → N = +5
🎯 試験ポイント
①酸化数の求め方：H = +1、O = −2 を入れ、化合物なら和が 0、イオンなら和が電荷になるように合わせる
②酸化剤・還元剤は、名前と自分自身の変化が逆
③失った電子の数 = 得た電子の数
④鉄がさびるのは鉄が酸化される反応で、光合成では二酸化炭素が還元されてグルコースになる
⑤酸化数の変化から、酸化された物質、還元された物質、酸化剤、還元剤を見分ける問題がよく出る
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