酸化還元と電池・電気分解（知識）の問題

難易度 1教科書の例題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、反応の相手によって酸化剤としても還元剤としてもはたらく。これらの反応について述べた文として正しいものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

ア　過酸化水素が硫酸酸性の過マンガン酸カリウム水溶液と反応するとき、過酸化水素は酸化剤としてはたらく。
イ　二酸化硫黄が硫化水素と反応するとき、二酸化硫黄中の S 原子の酸化数は $+ 4$ から $+ 6$ に増加する。
ウ　過酸化水素が硫酸酸性のヨウ化カリウム水溶液と反応するとき、過酸化水素中の O 原子の酸化数は $- 1$ から $- 2$ に減少する。
エ　二酸化硫黄が硫酸酸性の過マンガン酸カリウム水溶液と反応するとき、二酸化硫黄は酸化剤としてはたらく。

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）

この問題を解けるようになるまで（10 技能）

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

技能「酸化剤にも還元剤にもなる物質」を使います。 $H_{2} O_{2}$ の O、 $S O_{2}$ の S の酸化数を求め、反応の相手が酸化剤か還元剤かを考えましょう。

ヒント 2

$H_{2} O_{2}$ の O は $- 1$ 、 $S O_{2}$ の S は $+ 4$ です。相手が $KMn O_{4}$ のような強い酸化剤なら、これらは酸化されて還元剤としてはたらき、相手が $KI$ ・ $H_{2} S$ のような還元剤なら、還元されて酸化剤としてはたらきます。

ヒント 3

アとエは相手が $KMn O_{4}$ なので、 $H_{2} O_{2}$ ・ $S O_{2}$ がどちらとしてはたらくかを確かめましょう。イは $S O_{2}$ が $H_{2} S$ と反応して何になるか（S の酸化数はいくつか）、ウは $H_{2} O_{2}$ が $KI$ と反応して何になるかを考えて、残る 1 つを選びましょう。

答えと解説

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ウ

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解説を読む

技能「酸化剤にも還元剤にもなる物質」を使います。手順は次のとおりです。

1. まず、もとの物質での原子の酸化数を確認する。 $H_{2} O_{2}$ の O は、H が $+ 1$ で総和が 0 なので $2 \times (+ 1) + 2 x = 0$ より $x = - 1$ 。 $S O_{2}$ の S は、O が $- 2$ なので $y + 2 \times (- 2) = 0$ より $y = + 4$ 。
2. 相手が強い酸化剤（ $KMn O_{4}$ など）なら、 $H_{2} O_{2}$ ・ $S O_{2}$ は酸化されて還元剤としてはたらく。相手が還元剤（ $KI$ ・ $H_{2} S$ など）なら、 $H_{2} O_{2}$ ・ $S O_{2}$ は還元されて酸化剤としてはたらく。
3. 酸化数が増えれば酸化された（還元剤）、減れば還元された（酸化剤）と判定する。

それぞれの変化は次のとおりです。

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

選択肢を確かめます。

ア　誤り。 $KMn O_{4}$ は強い酸化剤なので、過酸化水素は酸化されて $O_{2}$ になる（O: $- 1 \to 0$ 、酸化数が増加）。したがって過酸化水素は還元剤としてはたらく。
イ　誤り。 $H_{2} S$ は還元剤なので、二酸化硫黄は還元されて単体の硫黄 $S$ になる（ $S O_{2} + 2 H_{2} S \to 3 S + 2 H_{2} O$ ）。 $S O_{2}$ 中の S の酸化数は $+ 4$ から 0 に減少する。
ウ　正しい。 $KI$ は還元剤なので、過酸化水素は還元されて水になる（ $H_{2} O_{2} + 2 KI + H_{2} S O_{4} \to I_{2} + K_{2} S O_{4} + 2 H_{2} O$ ）。O の酸化数は $- 1$ から $- 2$ に減少し、過酸化水素は酸化剤としてはたらく。
エ　誤り。 $KMn O_{4}$ は強い酸化剤なので、二酸化硫黄は酸化されて $S O_{4}^{2 -}$ になる（S: $+ 4 \to + 6$ 、酸化数が増加）。したがって二酸化硫黄は還元剤としてはたらく。

よって、正しいものはウである。

別解

ア: KMnO4 は強い酸化剤なので、H2O2 は還元剤としてはたらく（O2 を発生）。誤り。
イ: SO2 が H2S と反応するときは酸化剤としてはたらき、S の酸化数は +4 から 0 に減少する。誤り。
ウ: H2O2 が KI を酸化するとき H2O2 は酸化剤で、O の酸化数は -1 から -2 に減少する（H2O2 + 2KI + H2SO4 → I2 + K2SO4 + 2H2O）。正しい。
エ: SO2 は KMnO4 に対しては還元剤としてはたらく。誤り。
よってウ。

この問題の確認

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