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）

過酸化水素 $H_{2} O_{2}$ と二酸化硫黄 $S O_{2}$ は、反応する相手によって酸化剤としても還元剤としてもはたらく。これらの物質の反応に関する記述として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

ア　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生じる。この反応で $H_{2} O_{2}$ は還元剤としてはたらいている。
イ　硫化水素水に二酸化硫黄を通じると硫黄の単体が生じて溶液が白濁する。この反応で $S O_{2}$ は酸化剤としてはたらいている。
ウ　硫酸酸性の過マンガン酸カリウム水溶液に二酸化硫黄を通じると、溶液の赤紫色が消える。この反応で $S O_{2}$ は酸化剤としてはたらいている。
エ　過酸化水素が還元剤としてはたらくとき、 $H_{2} O_{2}$ は電子を失って水になる。
オ　二酸化硫黄が還元剤としてはたらくとき、硫黄原子の酸化数は $+ 4$ から $0$ に変化する。

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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算数中学高校大学大学院

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ヒント

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ヒント 1

酸化剤は相手から電子を受け取って自身は還元される（酸化数が減少する）物質、還元剤は相手に電子を与えて自身は酸化される（酸化数が増加する）物質である。

ヒント 2

$H_{2} O_{2}$ の O は $- 1$ 、 $S O_{2}$ の S は $+ 4$ である。 $KMn O_{4}$ のような強い酸化剤に対しては還元剤に、 $KI$ や $H_{2} S$ のような還元剤に対しては酸化剤としてはたらく。

ヒント 3

エ・オは生成物と酸化数の変化を半反応式で確認すると、酸化剤としてはたらく場合のものと入れかわっていることがわかる。ア〜ウは、相手の物質が酸化剤か還元剤かを考えて判定しよう。

答えと解説

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イ

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解説を読む

$H_{2} O_{2}$ 中の O の酸化数は $- 1$ 、 $S O_{2}$ 中の S の酸化数は $+ 4$ で、どちらも中間の酸化数なので、増加（酸化される＝還元剤）も減少（還元される＝酸化剤）もできる。それぞれの半反応式は次のとおりである。

$H_{2} O_{2}$ が酸化剤： $H_{2} O_{2} + 2 H^{+} + 2 e^{-} \to 2 H_{2} O$ （O： $- 1 \to - 2$ ）
$H_{2} O_{2}$ が還元剤： $H_{2} O_{2} \to O_{2} + 2 H^{+} + 2 e^{-}$ （O： $- 1 \to 0$ ）
$S O_{2}$ が酸化剤： $S O_{2} + 4 H^{+} + 4 e^{-} \to S + 2 H_{2} O$ （S： $+ 4 \to 0$ ）
$S O_{2}$ が還元剤： $S O_{2} + 2 H_{2} O \to S O_{4}^{2 -} + 4 H^{+} + 2 e^{-}$ （S： $+ 4 \to + 6$ ）

正しいもの：イ
$S O_{2} + 2 H_{2} S \to 3S + 2 H_{2} O$ の反応で、 $S O_{2}$ の S は $+ 4 \to 0$ と酸化数が減少して還元されている。 $H_{2} S$ （強い還元剤）を酸化しているので、 $S O_{2}$ は酸化剤としてはたらいている。正しい。

誤っているもの
- ア： $2KI + H_{2} O_{2} + H_{2} S O_{4} \to I_{2} + K_{2} S O_{4} + 2 H_{2} O$ で、 $I^{-}$ を酸化してヨウ素にしているので、 $H_{2} O_{2}$ は還元剤ではなく酸化剤としてはたらいている（O： $- 1 \to - 2$ ）。
- ウ： $Mn O_{4}^{-}$ は強い酸化剤で、 $S O_{2}$ はこれに電子を与えて $S O_{4}^{2 -}$ になり、 $Mn O_{4}^{-}$ は $M n^{2 +}$ に還元されて赤紫色が消える。したがって $S O_{2}$ は酸化剤ではなく還元剤としてはたらいている。
- エ： $H_{2} O_{2}$ が還元剤としてはたらくとき、電子を失って生じるのは水ではなく酸素 $O_{2}$ である。水が生じるのは酸化剤としてはたらく場合である。
- オ： $S O_{2}$ が還元剤としてはたらくと、S の酸化数は $+ 4$ から $0$ ではなく $+ 6$ に増加する（ $S O_{4}^{2 -}$ が生じる）。 $+ 4$ から $0$ への変化は酸化剤としてはたらく場合である。

別解

ア: H2O2 + 2KI + H2SO4 → I2 + K2SO4 + 2H2O。I^- が I2 に酸化され、H2O2（O: -1 → -2）は還元されるので酸化剤。「還元剤」は誤り。
イ: SO2 + 2H2S → 3S + 2H2O。SO2 の S は +4 → 0 に還元されるので酸化剤、H2S の S（-2 → 0）が還元剤。正しい。
ウ: KMnO4 の赤紫色（MnO4^-）が Mn^2+（ほぼ無色）になる。SO2 は S が +4 → +6 に酸化されるので還元剤。「酸化剤」は誤り。
エ: H2O2 が還元剤のとき、O は -1 → 0 で酸素 O2 を生じる。水になるのは酸化剤としてはたらくとき。誤り。
オ: SO2 が還元剤のとき、S は +4 → +6（SO4^2-）に変化する。「+4 から 0」は誤り。
よって正しいのはイ。

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