【高1化学】酸化還元を電子のやりとりで判定するコツ

酸化還元反応とは？

中学校で学習した酸化還元反応は、主に「酸素の授受」で説明されました。例えば、物質が酸素と結合する反応を酸化、酸素を失う反応を還元と学びましたね。しかし、酸素が関わらない反応でも、酸化還元反応は起こります。高校化学では、より広い意味での酸化還元反応を理解するために、「電子の授受」という考え方を学びます。

電子の授受による酸化・還元の定義

• 酸化：物質が電子を失う（放出する）反応
• 還元：物質が電子を受け取る（獲得する）反応

酸化と還元は常に同時に起こります。ある物質が電子を失うとき、その電子は必ず別の物質に受け取られるからです。電子を失う物質が「酸化される」と同時に、電子を受け取る物質が「還元される」のです。

具体例で見てみよう！

例1：ナトリウムと塩素の反応

金属ナトリウム ($ ext{Na}$) と塩素 ($ ext{Cl}_2$) が反応して塩化ナトリウム ($ ext{NaCl}$) が生成する反応を考えましょう。

$$\text{2Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{2NaCl}$$

この反応を電子の授受で見てみると、次のようになります。

1. ナトリウム原子 ($ ext{Na}$) の変化：

ナトリウム原子は電子を1つ失ってナトリウムイオン ($ ext{Na}^+$) になります。

$$\text{Na} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{e}^-$$

これは電子を失う反応なので、ナトリウムは酸化されたと言えます。

1. 塩素分子 ($ ext{Cl}_2$) の変化：

塩素分子は電子を2つ受け取って2つの塩化物イオン ($ ext{Cl}^-$) になります。

$$\text{Cl}_2 + \text{2e}^- \rightarrow \text{2Cl}^-$$

これは電子を受け取る反応なので、塩素は還元されたと言えます。

このように、ナトリウムが電子を放出し（酸化）、その電子を塩素が受け取る（還元）ことで、反応が進行します。

例2：銅と硝酸銀水溶液の反応

銅 ($ ext{Cu}$) を硝酸銀水溶液 ($ ext{AgNO}_3$) に入れると、銅の表面に銀が析出し、水溶液は青色になります。

$$\text{Cu} + \text{2AgNO}_3 \rightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + \text{2Ag}$$

この反応も電子の授受で見てみましょう。

1. 銅原子 ($ ext{Cu}$) の変化：

銅原子は電子を2つ失って銅(II)イオン ($ ext{Cu}^{2+}$) になります。

$$\text{Cu} \rightarrow \text{Cu}^{2+} + \text{2e}^-$$

これは電子を失う反応なので、銅は酸化されたと言えます。

1. 銀イオン ($ ext{Ag}^+$) の変化：

銀イオンは電子を1つ受け取って銀原子 ($ ext{Ag}$) になります。

$$\text{Ag}^+ + \text{e}^- \rightarrow \text{Ag}$$

これは電子を受け取る反応なので、銀イオンは還元されたと言えます。

ポイントまとめ

• 酸化とは、物質が電子を失う（e$^-$ を右辺に書く）反応です。
• 還元とは、物質が電子を受け取る（e$^-$ を左辺に書く）反応です。
• 酸化と還元は常に同時に起こります。
• 電子を放出する物質（自身は酸化される）を還元剤、電子を受け取る物質（自身は還元される）を酸化剤と呼びます。

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確認問題

問題1

物質が電子を失う反応を何と呼びますか？

A. 還元

B. 酸化

C. 中和

D. 沈殿

正解: B

解説:

酸化とは、物質が電子を失う反応のことです。逆に、物質が電子を受け取る反応は還元と呼ばれます。

問題2

次の半反応式のうち、還元を表すものはどれですか？

A. $\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + \text{2e}^-$

B. $\text{Fe}^{3+} + \text{e}^- \rightarrow \text{Fe}^{2+}$

C. $\text{2Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2 + \text{2e}^-$

D. $\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{O}_2 + \text{2H}^+ + \text{2e}^-$

正解: B

解説:

還元は電子を受け取る反応なので、半反応式の左辺に電子 ($ ext{e}^-$) が書かれているものが該当します。

A. $\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + \text{2e}^-$ は電子を放出しているので酸化です。

B. $\text{Fe}^{3+} + \text{e}^- \rightarrow \text{Fe}^{2+}$ は電子を受け取っているので還元です。

C. $\text{2Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2 + \text{2e}^-$ は電子を放出しているので酸化です。

D. $\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{O}_2 + \text{2H}^+ + \text{2e}^-$ は電子を放出しているので酸化です。

問題3

次の反応式において、酸化された物質はどれですか？

$$\text{Mg} + \text{2HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{H}_2$$

A. $\text{Mg}$ (マグネシウム)

B. $\text{HCl}$ (塩化水素)

C. $\text{MgCl}_2$ (塩化マグネシウム)

D. $\text{H}_2$ (水素)

正解: A

解説:

酸化された物質とは、電子を失った物質のことです。

この反応における各物質の変化を見てみましょう。

• マグネシウム ($ ext{Mg}$)：単体のマグネシウム原子は、電子を2つ失ってマグネシウムイオン ($ ext{Mg}^{2+}$) になります。

$$\text{Mg} \rightarrow \text{Mg}^{2+} + \text{2e}^-$$

電子を失っているので、$ ext{Mg}$ は酸化されました。

• 水素イオン ($ ext{H}^+$)：$ ext{HCl}$ 中の水素イオン ($ ext{H}^+$) は、電子を受け取って水素分子 ($ ext{H}_2$) になります。

$$\text{2H}^+ + \text{2e}^- \rightarrow \text{H}_2$$

電子を受け取っているので、$ ext{H}^+$ は還元されました。したがって、$ ext{HCl}$ は還元剤として働いています。

このことから、酸化された物質は $ ext{Mg}$ であると判断できます。