酸化還元と電池・電気分解（知識）の問題

難易度 4国公立二次の標準レベル高校化学酸化還元と電池・電気分解（知識）

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、赤紫色が消えて気体が発生し、次の反応が起こる。

$2KMn O_{4} + 5 H_{2} O_{2} + 3 H_{2} S O_{4} ⟶ 2MnS O_{4} + K_{2} S O_{4} + 5 O_{2} + 8 H_{2} O$

この反応について述べた次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、下の表のア〜カのうちから 1 つ選べ。

「この反応で $H_{2} O_{2}$ は（ a ）としてはたらいており、 $H_{2} O_{2}$ 中の酸素原子の酸化数は（ b ）変化している。」

	a	b
ア	酸化剤	$- 2$ から $0$ に
イ	酸化剤	$- 1$ から $- 2$ に
ウ	還元剤	$- 1$ から $0$ に
エ	還元剤	$- 2$ から $0$ に
オ	酸化剤	$- 1$ から $0$ に
カ	還元剤	$- 1$ から $- 2$ に

この問題で使うもの

酸化剤にも還元剤にもなる物質（説明と入口の問題）
酸化数と酸化・還元の判定（説明と入口の問題）
酸化剤と還元剤（説明と入口の問題）

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ヒント

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ヒント 1

酸化数が増加した原子を含む物質は「酸化された」物質であり、相手を還元する（還元剤）。生成物を見て、 $H_{2} O_{2}$ の酸素原子が何になったかを調べよう。

ヒント 2

$H_{2} O_{2}$ 中の酸素原子の酸化数は、水素原子を $+ 1$ 、全体の総和を $0$ として求める。単体 $O_{2}$ の酸化数は $0$ である。

ヒント 3

$H_{2} O_{2}$ 中の酸素原子の酸化数は $- 1$ なので、b が「 $- 2$ から」で始まるア・エは除外できる。生成物 $O_{2}$ を考えると b の変化の向きが決まり、それが酸化か還元かで a が決まる。

答えと解説

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ウ

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解説を読む

酸化数の確認

$H_{2} O_{2}$ では水素原子の酸化数が $+ 1$ 、化合物全体の酸化数の総和が $0$ なので、酸素原子の酸化数を $x$ とすると $2 \times (+ 1) + 2 x = 0$ より $x = - 1$ である（過酸化物の酸素は例外的に $- 1$ ）。

反応後、 $H_{2} O_{2}$ の酸素は単体の $O_{2}$ になる。単体の原子の酸化数は $0$ なので、酸素原子の酸化数は $- 1$ から $0$ に増加している。これは半反応式
$H_{2} O_{2} ⟶ O_{2} + 2 H^{+} + 2 e^{-}$
で表され、 $H_{2} O_{2}$ は電子を失って（酸化数が増加して）酸化されている。

一方、 $KMn O_{4}$ の $Mn$ の酸化数は $+ 7$ 、 $MnS O_{4}$ の $Mn$ は $+ 2$ であり、
$Mn O_{4}^{-} + 8 H^{+} + 5 e^{-} ⟶ M n^{2 +} + 4 H_{2} O$
のように $Mn O_{4}^{-}$ は電子を受け取って還元されている。

相手（ $Mn O_{4}^{-}$ ）を還元し、自身は酸化される物質を還元剤という。したがって $H_{2} O_{2}$ は a = 還元剤、b = $- 1$ から $0$ に、で正解はウである。

ほかの選択肢
- ア： $H_{2} O_{2}$ は酸化剤ではなく還元剤であり、また $H_{2} O_{2}$ 中の酸素の酸化数は $- 2$ ではなく $- 1$ である。
- イ： $- 1$ から $- 2$ への変化は $H_{2} O_{2}$ が酸化剤としてはたらき $H_{2} O$ になる場合（例：ヨウ化カリウムとの反応）の変化であり、この反応では $H_{2} O_{2}$ は $O_{2}$ になっているので誤り。
- エ：還元剤は正しいが、 $H_{2} O_{2}$ 中の酸素の酸化数は $- 2$ ではなく $- 1$ である。
- オ：酸化数の変化は正しいが、酸化数が増加する（電子を失う）物質は自身が酸化されており、還元剤である。酸化剤ではない。
- カ：この反応で酸素原子の酸化数は $- 2$ に減少していない（ $O_{2}$ になり $0$ に増加している）。

なお、 $H_{2} O_{2}$ は相手によって酸化剤にも還元剤にもなるが、 $KMn O_{4}$ のような強い酸化剤に対しては還元剤としてはたらく。

別解

この反応で H2O2 は O2 に変化している。H2O2 中の O の酸化数は -1、生成した O2（単体）中の O の酸化数は 0 なので、酸化数は -1 から 0 に増加している（酸化された）。相手の KMnO4 を還元しているので、H2O2 は還元剤としてはたらいている（Mn は +7 から +2 に減少し KMnO4 が酸化剤）。a は還元剤、b は「-1 から 0 に」で、表の選択肢ではウ。ア・エ（-2 から 0）は H2O2 中の O の酸化数が -1 であることに反し誤り。イ・カ（-1 から -2）は O2 が生成する事実に反し誤り。ア・イ・オは酸化剤としており誤り。

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	a	b
ア	受け取って	酸化
イ	受け取って	還元
ウ	失って	酸化
エ	失って	還元

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「鉛蓄電池を放電させると、（ a ）の表面に水に溶けにくい硫酸鉛(II) $PbS O_{4}$ が生じる。また、放電にともなって電解液の密度は（ b ）。」

	a	b
ア	負極だけ	大きくなる
イ	正極だけ	小さくなる
ウ	正極と負極の両方	大きくなる
エ	負極だけ	小さくなる
オ	正極と負極の両方	小さくなる
カ	正極だけ	大きくなる

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	a	b
ア	トタン	鉄のほうがスズより大きい
イ	トタン	スズのほうが鉄より大きい
ウ	ブリキ	スズのほうが鉄より大きい
エ	ブリキ	鉄のほうがスズより大きい
オ	ステンレス鋼	鉄のほうがスズより大きい
カ	ステンレス鋼	スズのほうが鉄より大きい

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$2 H_{2} S + S O_{2} \to 3 S + 2 H_{2} O$
この反応について述べた次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、下のア〜エから 1 つ選べ。
「 $S O_{2}$ 中の $S$ 原子の酸化数は（ a ）である。反応後、この $S$ 原子は単体の $S$ になるので、 $S O_{2}$ 中の $S$ 原子は（ b ）された。」
a b
ア $+ 2$ 酸化
イ $+ 2$ 還元
ウ $+ 4$ 還元
エ $+ 4$ 酸化
- ア
- イ
- ウ
- エ