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。これらの物質のはたらきと、そのときの原子の酸化数の変化について述べた次の記述ア〜オのうち、誤っているものを 1 つ選べ。

ア　 $H_{2} O_{2}$ 中の酸素原子の酸化数は $- 1$ であり、 $H_{2} O_{2}$ が酸化剤としてはたらいて水になるとき、酸素原子の酸化数は $- 2$ に変化する。
イ　硫酸酸性の過マンガン酸カリウム水溶液に $H_{2} O_{2}$ 水を加えると、 $H_{2} O_{2}$ は還元剤としてはたらき、酸素が発生する。
ウ　 $S O_{2}$ 中の硫黄原子の酸化数は $+ 4$ であり、 $S O_{2}$ が還元剤としてはたらいて硫酸イオンになるとき、硫黄原子の酸化数は $+ 6$ に変化する。
エ　硫化水素水に $S O_{2}$ を通じると、 $S O_{2}$ は酸化剤としてはたらき、硫黄の単体が生じて溶液が白濁する。
オ　硫酸酸性のヨウ化カリウム水溶液に $H_{2} O_{2}$ 水を加えると、 $H_{2} O_{2}$ は還元剤としてはたらき、ヨウ素が生じて溶液が褐色になる。

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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ヒント

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ヒント 1

各物質の原子の酸化数を求め、反応の前後で酸化数が増加したか減少したかで、酸化剤・還元剤のどちらとしてはたらいたかを判断しよう。

ヒント 2

$H_{2} O_{2}$ は $KMn O_{4}$ のような強い酸化剤に対しては還元剤に、 $I^{-}$ のような還元剤に対しては酸化剤になる。 $S O_{2}$ も、 $H_{2} S$ のような強い還元剤に対しては酸化剤になる。

ヒント 3

ア・ウは酸化数の計算で、イ・エは相手の物質の性質で正誤を確かめられる。ヨウ化物イオンが酸化されてヨウ素になるとき、相手の $H_{2} O_{2}$ は何をされているかを考えよう。

答えと解説

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オ

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解説を読む

$H_{2} O_{2}$ と $S O_{2}$ が酸化剤・還元剤としてはたらくときの半反応式は次のとおりである。

$H_{2} O_{2}$ が酸化剤のとき（酸性）:
$H_{2} O_{2} + 2 H^{+} + 2 e^{-} ⟶ 2 H_{2} O$
$H_{2} O_{2}$ が還元剤のとき:
$H_{2} O_{2} ⟶ O_{2} + 2 H^{+} + 2 e^{-}$
$S O_{2}$ が酸化剤のとき:
$S O_{2} + 4 H^{+} + 4 e^{-} ⟶ S + 2 H_{2} O$
$S O_{2}$ が還元剤のとき:
$S O_{2} + 2 H_{2} O ⟶ S O_{4}^{2 -} + 4 H^{+} + 2 e^{-}$

各記述の検討:
- ア　正しい。 $H_{2} O_{2}$ では $H$ が $+ 1$ なので、 $O$ は $- 1$ である。酸化剤としてはたらくと電子を受け取って $H_{2} O$ になり、 $O$ の酸化数は $- 2$ に減少する（還元される）。
- イ　正しい。 $KMn O_{4}$ は強い酸化剤なので、 $H_{2} O_{2}$ は還元剤としてはたらき、 $O$ の酸化数が $- 1$ から $0$ に増加して $O_{2}$ が発生する。
- ウ　正しい。 $S O_{2}$ の $S$ は $+ 4$ 、 $S O_{4}^{2 -}$ の $S$ は $+ 6$ である。還元剤としてはたらくと $S$ の酸化数は増加する（酸化される）。
- エ　正しい。 $H_{2} S$ は強い還元剤なので、 $S O_{2}$ は酸化剤としてはたらく。反応は $2 H_{2} S + S O_{2} ⟶ 3S + 2 H_{2} O$ で、生じた硫黄のために溶液が白濁する。
- オ　誤り。ヨウ化物イオン $I^{-}$ は還元剤としてはたらき（ $2 I^{-} ⟶ I_{2} + 2 e^{-}$ ）、 $H_{2} O_{2}$ は電子を受け取る酸化剤としてはたらく。反応は
$H_{2} O_{2} + 2KI + H_{2} S O_{4} ⟶ I_{2} + K_{2} S O_{4} + 2 H_{2} O$
であり、ヨウ素が生じて溶液が褐色になる点は正しいが、 $H_{2} O_{2}$ のはたらきが誤っている。

よって、誤っているものはオである。

別解

各記述を確かめる。ア: $H_{2} O_{2}$ 中の O の酸化数は $- 1$ 。酸化剤としてはたらくと $H_{2} O$ (O は $- 2$ )になるので、酸化数は $- 1 \to - 2$ に変化する。正しい。イ: 硫酸酸性の $KMn O_{4}$ は強い酸化剤で、 $H_{2} O_{2}$ は還元剤としてはたらき( $H_{2} O_{2} \to O_{2} + 2 H^{+} + 2 e^{-}$ )、 $O_{2}$ が発生する。正しい。ウ: $S O_{2}$ 中の S の酸化数は $+ 4$ 。還元剤として $S O_{4}^{2 -}$ になるとき S は $+ 6$ に変化する。正しい。エ: $S O_{2} + 2 H_{2} S \to 3 S + 2 H_{2} O$ で、 $S O_{2}$ (S: $+ 4 \to 0$ )は酸化剤、 $H_{2} S$ (S: $- 2 \to 0$ )は還元剤で、硫黄の単体が生じて白濁する。正しい。オ: $H_{2} O_{2} + 2 KI + H_{2} S O_{4} \to I_{2} + 2 H_{2} O + K_{2} S O_{4}$ で、 $H_{2} O_{2}$ の O は $- 1 \to - 2$ に還元されるので酸化剤であり、還元剤は $I^{-}$ ( $- 1 \to 0$ )である。「 $H_{2} O_{2}$ は還元剤」は誤り(ヨウ素が生じて褐色になること自体は正しい)。確かめ: 誤っているものはオのみで、問いの「1 つ選べ」に整合する。答えはオ。

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