高１の問題です。

質問

高１の問題です。
化学の宿題でわからないところがあったのでわかる方がいたら教えてください。

問題：過酸化水素とヨウ化カリウムの酸化還元反応における半反応式を酸化剤・還元剤に分けてしるせ。

という問題です。私が知りたいことは、
酸化剤の過酸化水素の半反応式はどうやって作られるのか？
です。
?Ｈ２Ｏ２→Ｈ２Ｏにしなければいけない理由。
?なぜ２e-が左辺へとつくのか。

特にこの２点がわかりません。できるだけ詳しく説明してくれたら幸いです。

回答No.2

htms42 · ベストアンサー

良くない問題であると思います。

酸化・還元反応では何かが酸化されて、別の何かが還元されています。
何が酸化されたか、何が還元されたかがわからなければ反応式を書くことはできません。
この問題では何が酸化されているのでしょう。
これは本当は実験的に確める内容です。
混ざっているだけで何も起こらないかも知れません。何らかの変化が起こるかもしれません。起こった変化がどういう性質の変化であるかはやってみないと分からないのです。
確かに「酸化還元反応」と書いてあります。そう書いてあるから「酸化還元反応が起こったと判断して」答えなさいという事なのでしょうか。
「無色透明な溶液の色が黄褐色に変化した」ということでも書いてあればＩ^-がＩ２に変化したということがわかります。
これはＩ^-が酸化されていることを示しています。
したがってＨ２Ｏ２は酸化剤として働いたということが分かります。
Ｈ２Ｏ２はＨ２Ｏに変化しているはずです。

反応式はこの結果を踏まえると決まってきます。
半反応式は水溶液の中で起こる反応についてのものです。
Ｈ２Ｏ２がＨ２Ｏに変わっているという事は分かっているとしています。
両辺で原子の数と電荷を一致させます。
・Ｏの数をＨ２Ｏを補って合わせます。
・Ｈの数をＨ^+を補って合わせます。
・電荷を電子を補って合わせます。

１．）Ｈ２Ｏ２　→Ｈ２Ｏ
２．）Ｈ２Ｏ２　→２Ｈ２Ｏ
３．）Ｈ２Ｏ２＋２Ｈ^+　→２Ｈ２Ｏ
４・）Ｈ２Ｏ２＋２Ｈ^+　＋２ｅ^-　→２Ｈ２Ｏ

最後の式の左辺にはＨ~+があります。
酸性条件での反応であるということを示しています。酸が必要です。
イオン反応式で書くと
２Ｉ^-＋Ｈ２Ｏ２＋２Ｈ^+　→Ｉ２＋Ｈ２Ｏ
になります。

問題文の中にはこの条件が示されていません。
教科書の問題であってもたいていは「硫酸酸性で」という言葉が入っています。

中性、またはアルカリ性条件でＨ２Ｏ２とＫＩを混ぜてもほとんど反応は起こらないはずです。（弱い反応が起こる可能性はあります。過酸化水素の分解だけが目立つかもしれません。）

※「過酸化水素が酸化剤として働く時の半反応式を書きなさい」という場合であれば「硫酸酸性」という言葉はなくても構いません。上で求めたように式からＨ^+の存在が必要であるということが出てきます。
しかし「過酸化水素とヨウ化カリウムの酸化還元反応」と書けば２つの物質を混ぜて起こる反応を想定しています。反応条件が不足していて起こらない反応であれば「反応式を書け」という問題は意味を持たないのです。
ＫＭｎＯ４のように酸性条件と中性、アルカリ性条件で酸化剤としての反応が異なる物質もあります。「勝手に酸性であると想定して答える」というのは成り立ちません。

お礼

詳しくかいていただきありがとうございます。
お書きになったとうり「過酸化水素が酸化剤として働く時の半反応式を書きなさい」という意味の問題です。私たちの授業では、ヨウ化カリウムは還元剤として覚えておくものとされていたので、書き忘れました。すみません。

もしよかったらなのですが、
「電荷を電子を補って合わせます。」という過程で、
　　　　Ｈ２Ｏ２＋２Ｈ^+　＋２ｅ^-　→２Ｈ２Ｏ・・・A
の、どの電子をどのように補うのか教えていただけないでしょうか？

わたしの考えでは、Ｈ２Ｏ２→Ｈ２Ｏは、
酸化数が　、　　(+1)(-1)(+1)(-2)　　というように考えて、Oの酸化数が-1から-2に変わり酸化数の減少数は-1なので、Aの式の左辺に２e-がつくというのには矛盾があります。

私の考えの違う点を指摘して下さっても、考え方を教えて下さってもかまいません。

よろしくお願いします。

回答No.4

htms42

＃２、＃３です。
すみません。
手順の説明で正確でないことを書きました。
＃２にある手順はＯとＨの数を合わせることしか書いていません。
半反応式も化学反応式ですから出てくる元素の原子の数は全て合わせなくてはいけません。

「Ｏ，Ｈ以外の元素があれば」その原子の数をまず合わせます。
その後に＃２に書いた手順が入ってきます。
だからステップ数は４つになります。
「酸化数の変化している元素は何か」という判断は必要ありません。
「酸化数」の値も必要ありません。

お礼

詳しいご回答ありがとうございます。
宿題が「テストで自分が間違えた問題を記述的に述べて、レポート提出」
なので、考え方がわからなくてまったくすすまなっかたものが、ようやくできるようになります。
半反応式のつくりかたをこれからはhtms42さんに教えてもらったようにやっていきたいと思います。

ありがとうございました。

回答No.3

htms42

半反応式の作り方はたいてい教科書に載っています。
そこではまず酸化数の変化から考えて行きます。
あなたのような間違いが生じやすくなります。
また酸化数の判断自体、習い始めたばかりですからハードルになります。

私の方法では一切酸化数を使っていません。
原子数の保存と電荷の保存だけです。この２つの保存則は酸化数よりももっと根拠のある原理です。酸化数を使おうが、使うまいがこの２つは満たされていなければいけないのです。半反応式でなくても全てのイオン反応式はこの２つの原理を満たしていなければいけません。酸化数の規則というのはこういう原理を踏まえたうえで決めたものです。
共有結合をしている原子に、仮にイオンであるとした場合の電荷を割り振っています。イオンではないものにイオンとした時の電荷を割り振るのですから約束事なのです。だから規則が必要なのです。

＞　　　　Ｈ２Ｏ２＋２Ｈ^+　＋２ｅ^-　→２Ｈ２Ｏ・・・A
の、どの電子をどのように補うのか教えていただけないでしょうか？

Ｈ２Ｏ２＋２Ｈ^+　　→２Ｈ２Ｏ
左辺の電荷は＋が２つ、右辺の電荷は０です。
左辺の電荷を０にするために電子を２つ補っています。
（「どの電子」という疑問がどこから出てくるのでしょうか？）
まず原子の個数を合わせてから電荷を合わしているという順番に注意してください。

＞わたしの考えでは、Ｈ２Ｏ２→Ｈ２Ｏは、
酸化数が　、　　(+1)(-1)(+1)(-2)　　というように考えて、Oの酸化数が-1から-2に変わり酸化数の減少数は-1なので、Aの式の左辺に２e-がつくというのには矛盾があります。

酸化数を使った半反応式の作り方は次のようになります。
１）まず酸化数の変化している原子を見つけます。（これが第一のハードルです。）
２）その原子の数を両辺で合わせます。（(1)が出来ないと出来ません。）
３）その原子の酸化数の変化に見合った電子を補います。（酸化数を間違うとここでだめになります。）
４）酸素原子の数をＨ２Ｏを補って一致させます。
５）水素電子の数をＨ^+を補って一致させます。

※私の方法に比べてステップ数が多いです。
　私の場合はステップ数が３つだけです。
　酸化数の判断も必要ありません。

あなたのやった方法では２）が抜けています。
それは４）との混同があるからです。
Ｈ２Ｏを補うのは後からでいいと思ったからいきなり３）に行ったのだろうと思います。

回答No.1

de_tteiu

過酸化水素が酸化剤として働くということは、過酸化水素自体は還元されるわけです

よって、
H2O2 + 2H^+ + 2e^-　→　2H2O
となるわけですね

過酸化水素が還元剤として働く時は、過酸化水素は自体は酸化されているので

H2O2 → 2H^+ + O2 + 2e^-
となります

お礼

ご回答ありがとうございます。
還元剤の場合も書いてくださり助かります。