酸化剤と還元剤の半反応式の作り方!極限まで暗記を減らす方法

こんにちは。

本記事では酸化剤還元剤の半反応式の作り方と、主要な酸化剤や還元剤の半反応式の一覧をまとめていきます。

大学受験において酸化還元は最も重要な反応の１つです。理論化学だけでなく有機化学、無機化学でも頻繁に出題されます。

半反応式とは？

半反応式は酸化還元反応を、酸化剤と還元剤ごとに作った別々の反応式のことです。化学反応式の半分の反応式なので、半反応式です。

酸化還元の化学反応は、「還元剤が酸化剤に電子をぶん投げる反応」です。

これを分解すると、

この２つに分けられます。なので、半反応式は、還元剤の半反応式と酸化剤の半反応式があります。

半反応式の作り方のステップバイステップ

この流れです。難しくないので５回くらいいろんな半反応式で練習してみてください。本記事では、難しめの硫酸酸性条件でのMnO₄^–（過マンガン酸イオン）で作っていきます。

1.左辺に反応物（反応前の物質やイオン）、右辺に生成物（反応後の物質やイオン）を書く

過マンガン酸イオンMnO₄^–を左辺に書き、反応後のマンガンイオンMn²⁺を右辺に書きます。ちなみに、この過マンガン酸イオンが硫酸酸性条件でマンガンイオンになるのは暗記です。

なので、

ちなみに、酸化剤と還元剤の半反応式の反応物（左辺）と生成物（右辺）をまとめます。基本暗記ですが、なるべく語呂や理屈をつけて覚えやすくします。

2.両辺を比べて酸素の不足量をH₂Oで補う。

ステップ１で反応物と生成物を書くと右辺に「O」が４個足りません。このOの不足分をH₂Oで補います。

Oが４個不足しているのでH₂Oを４個増やします。

3.Hの不足分をH+で補う。

このように右辺にH2Oを補うと今度は、左辺がHが右辺に比べて不足します。

これを補うのが水素イオンH⁺なのです。左辺にHが８個足りないので8H⁺を足します。

4.電荷の偏りを電子で補う。

左辺の電荷の合計は、過マンガン酸イオンが-1水素イオンが+8これより＋７

一方右辺は、Mn²⁺の+2

左辺の方が＋５正電荷が多いのです。だからこの＋５を打ち消すため、左辺に-5をします。この−５は−１の電荷を持つ電子を使います。

これが、半反応式の作り方です。

酸化剤と還元剤の半反応式を作るには反応物と生成物を覚えないといけない

上の表にある酸化剤還元剤の生成物は覚える必要があります。大半のものは問題を解いている間に自然と覚えることができます。

ですが、

ですよね。なので、半反応式が覚えられない時にどうやって覚えたらいいのかを

この２つを潰していいきたいと思います。

半反応式の反応物と生成物を覚えるのが難しい時に暗記を極限まで減らす方法

半反応式で酸化剤、還元剤の反応物と生成物を覚えることでつまづく人が非常に多くいます。なので、本記事では半反応式を覚えやすくする方法を解説していきます。

ちなみに、半反応式に限りませんが記憶に残る方法は別の記事で解説していますので合わせて読んでみてください。

酸化剤、還元剤の両方になれるSO₂とH₂O₂

この２つはこの語呂で区別できます。

これらの過酸化水素のOの酸化数は例外的に-1です（基本的に酸素が化合物の時に-2をする）。この酸化数を数直線に表すと以下のようになります。

H₂O₂→H₂Oになるパターンは、酸化数が-1で減少しています。ってことはH₂O₂は還元されています。ってことは、酸化剤です。

H₂O₂→O₂になるパターンは、酸化数が＋１で増加しています。ってことはH₂O₂は参加されています。ってことは還元剤です。

ちなみに、酸化剤か還元剤かがわからなくなったら実際に半反応式を書いてみるといいです。

このように半反応式を書くと電子が右辺か左辺かで酸化剤か還元剤かで完全に分けることができます。

水が絡んでくる半反応式の覚え方

水が絡んでくる半反応式ってかなり覚えにくくないですか？

2H₂O→O₂+4e^–+4H⁺

2H₂O+2e^–→H₂+2OH^–

4OH^–→O₂+2H₂O+4e^–

このような水が関わってくる半反応式。これは酸性条件や塩基性条件で半反応式が変わってきます。

そして、これを丸暗記するのは不可能です。ちゃんと理解しないとわけわからんことになります。この半反応式の作り方は別記事にまとめました。

【暗記不要】水が絡んでくる半反応式の書き方はこうやれ！

濃硝酸と希硝酸

濃硝酸と希硝酸はかなりややこしいですよね。濃硝酸はNO2になるし、希硝酸はNOになります。これをうまく覚えられない人が続出しております。

そこで、今回これを覚えやすい語呂がありますので、これで覚えてしまったください。

その語呂は
『ノーはノーじゃない、ノーじゃないのはノー』
です。

濃硝酸の場合は、NOにならない、つまりNO₂になるし希硝酸は濃じゃないからNOになります。

このように語呂で覚えると、濃硝酸と希硝酸の反応物と生成物の違いを区別することができます。

「【語呂】濃硝酸と希硝酸の半反応式の書き方と覚え方と原理をまとめてみた」

酸化剤と還元剤の違いと半反応式での見極め方

結論からいうと還元剤は電子が右辺にあります。酸化剤は電子が左辺にあります。

理由は簡単です。酸化還元の定義を思い出してください。受験化学コーチなかむらは、酸化還元の定義を以下の酸化剤還元剤を使った方法で覚えることを推奨しています。

具体例を見ていきましょう。強酸化剤の過マンガン酸イオンの半反応式は以下のようになります。

MnO₄^–+5e^–+8H⁺→4H₂O+Mn²⁺

電子を受け取るのが酸化剤ですから、左辺に電子があります。

 

一方で、アルデヒドのような還元剤は電子を投げます。

RCHO+H₂O→RCOOH+2H⁺+2e^–

元々（左辺）電子を持っている還元剤のアルデヒドが反応して（右辺）に電子を投げるのです。電子を投げるので反応後に電子とアルデヒドは別れると言うことです。だから右辺に電子がありあmす。

このようにして酸化剤と還元剤を区別することができます。

ちなみに、これを考えると電気陰性度が大きいものは酸化剤になりやすいし、電気陰性度が小さいものは還元剤になりやすいです。

金属なんかは大抵還元剤ですよね。

これは、金属が電子のことが好きじゃなく電気陰性度が小さいので電子を投げる習性があるからです。

 

酸化剤・還元剤の半反応式から化学反応式を作る方法

では、酸化剤還元剤の半反応式は一通り学びました。次は、半反応式から電子やイオンを消し去り化学反応式を作ります。

化学反応式は

 

だからその作り方について解説します。

これからステップバイステップでその手順を書いて行きますので、その手順を覚えてください。

半反応式には電子が式中に存在しても大丈夫ですが、化学反応式には電子が存在してはいけません。

ステップ①まず半反応式を並べる

硫酸酸性下での過マンガン酸カリウムKMnO₄と硫化水素H₂Sの酸化還元反応を考えて行きます！

MnO₄-+5e^–+8H⁺→4H₂O+Mn²⁺・・・（１）

H₂S→2H⁺+2e^–・・・（２）

ステップ②電子の数を酸化剤還元剤で合わせる。

この電子を消し去るために、(1)の電子数５と(2)の電子数2を両方10にして消去法で消します！

ステップ③両辺を足して電子を式から消す。

こんな感じに！

 

これだけで完成する事もありますが、今回はまだイオンが残っています。

化学反応式はイオンがあるとダメなので

このままではダメです。

ステップ④イオンが残っていれば、イオン同士を合わせる。

ここで、過マンガン酸イオンというのは、『過マンガン酸カリウム』が電離したものなので、両辺にK⁺を付け加えます。

2KMnO₄+5H₂S+6H⁺→2K⁺+2Mn²⁺+5S+8H₂O

となります。これで割とスッキリしました。でも、これでは、H⁺とMn²⁺がありますよね。ここで思い出してほしいのが、『硫酸酸性条件』です。

 

両辺+6ずつなので、これを打ち消すために、両辺硫酸イオン（-2)を３つずつ加えて行きます。

2KMnO₄+5H₂S+3H₂SO₄→2K₂SO₄+2MnSO₄+5S+8H₂O

ハイ完成です！ この硫酸イオンが出てくるあたりが、最高難度の化学反応式なので、これが出来れば大丈夫です！

ただし、化学反応式を書けと言われたら書かないといけませんが、いちいち酸化還元滴定の計算問題でわざわざ化学反応式を書く必要はありません。

量計算では化学反応式は必要なのか？

結論から言いますね。酸化還元の問題でわざわざ化学反応式を書いて係数を考えてmolを計算する必要がありません。

理論化学や化学基礎で計算問題って出ますよね。例えば、酸化還元滴定でヨウ素のmolが聞かれたり、質量が聞かれたりします。

こういう時に、一体どうすればいいのでしょうか？

もしあなたが酸化還元滴定の問題などで、いちいち化学反応式を作っているならそれはヤメた方がいいです。

 

時間の無駄だからです。

時間の浪費です。

 

貴重な試験時間が化学反応式を作っている間に奪われて、最後の最後で

「あと１分あればとけたのに、、」

って言う問題を落とすから、言われない限り、絶対に反応式を作っちゃダメだから！

 

「じゃあどういう計算式になるんですか？」という質問が出るはず。

そういうときは、やっぱ、酸化還元の最重要定義になるわけなんですね。

これ。

だから、還元剤から酸化剤に電子を投げるって言う反応です。そして還元剤が投げた電子のmolと酸化剤が受け取る電子のmolと全く同じですよね。

つまり、

「還元剤が投げた電子」＝「酸化剤が捕った電子」

そうじゃないとおかしい。だから、これをそのまま式にしてやればいいのです。作る計算式はこれです。

これを実際に使って解く有名な問題として、「酸化還元滴定」があります。

酸化還元滴定!指示薬で区別する２パターンのみを覚えろ！

この記事は絶対に読んでおいてください。この記事では、酸化還元滴定の問題がたった２パターンしか無いと言う事を解説しています。

簡単なので確実にマスターしておいてください。

最後に：酸化剤還元剤の半反応式は全単元で重要

酸化還元の分野は受験化学において最重要単元です。有機化学でも無機化学でも非常に重要ですし、無機化学でも多くの人が酸化還元を理解してないがゆえに化学反応式を覚えてしまっています。

なので今回の記事の内容をしっかり頭に入れておきましょう。