過マンガン酸カリウムとグルコースの酸化還元反応式の求め方

質問

はじめまして、早速ですが「過マンガン酸カリウムとグルコースの酸化還元反応式」の求め方がわかりません。良ければ教えて下さい。お願いします。

回答No.2

Julius · ベストアンサー

>もし良ければ、硫酸酸性条件の時の酸化還元反応について、
>もう少し詳しく説き方と教えていただけないでしょうか。

グルコースを完全燃焼させるのに、酸素を使わないで
過マンガン酸カリウムを使った場合を求めるだけです。

教科書に出てくる酸化還元の式:
MnO4^- + 8 H^+ + 5 e^- → Mn^2+ + 4 H2O ...(1)
O2 + 4 H^+ +4 e^- → 2 H2O ...(2)

から電子e^-のやりとりを消去するために
(1) * 4 - (2) *5で両辺を足し合わせると、

4 MnO4^- + (32-20) H^+ + (20-20) e^- - 5 O2 → 4 Mn^2+ + (16-10) H2O
4 MnO4^- + 12 H^+ → 4 Mn^2+ + 6 H2O + 5 O2

但しこんな反応は紙の上での話ですので、
4 MnO4^- + 12 H^+ → 4 Mn^2+ + 6 H2O + 10 [O]...(3)
と書き直しました。
[O]は酸化剤として働いている(O^2- + 2 e^-)ことを
示すため[,]でくくりました。

一方グルコースの燃焼の式は
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O...(4)

ですので、
(3)*6 + (4)*5で両辺を足して酸素の項を除去します。

24 MnO4^- + 5 C6H12O6 + 72 H^+ + 30 O2 → 24 Mn^2+ + 30 CO2+ (36+30) H2O + 60 [O]
24 MnO4^- + 5 C6H12O6 + 72 H^+ → 24 Mn^2+ + 30 CO2+ 66 H2O...(5)

最後にMnO4^-とH^+の対イオンがK+, SO4^2-だとすると、
24 K^+ + 36 SO4^2-が両辺に加わり、

24 KMnO4 + 5 C6H12O6 + 36 H2SO4 → 12 K2SO4 + 24 MnSO4 + 30 CO2 + 66 H2O...(6)
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別の解法:

グルコースの炭素の形式酸化数は0, CO2の炭素の形式酸化数は4+
なので、例えばグルコースの酸化を無理やり
C6H12O6 → 6 C^4+ + 6 H2O + 24 e^- ...(7)
と書いてしまえば、
(7) * 5 + (1) * 24 で電子の授受を消去することにより
いきなり
24 MnO4^- + 5 C6H12O6 + 112 H^+ → 24 Mn^2+ + 30 C^4+ + 126 H2O +
という式になります。
しかしながら、C^4+は、CO2の形で排出されますので、
改めて(2)式で補正を掛けることにより(5),(6)式が算出されます。

回答No.3

Julius

先程の回答の中の最後の式
＞24 MnO4^- + 5 C6H12O6 + 112 H^+ → 24 Mn^2+ + 30 C^4+ + 126 H2O +
は、
「24 MnO4^- + 5 C6H12O6 + 192 H^+ → 24 Mn^2+ + 30 C^4+ + 126 H2O」
の計算間違いです(^^;

更に最後の文の
>改めて(2)式で補正を掛けることにより(5),(6)式が算出されます。
は、
「式の両辺に60 O^2-を加えると、
式の左辺の192 H^+が、72 H^+ + 60 H2Oに、
式の右辺の30 C^4+が、30 CO2になり、
左辺のH2Oを右辺へ移項することで、
(5),(6)式が算出されます。」
に訂正します。

お礼

詳細なお答えをどうもありがとうございました。
わかりやすくて、とても助かりました。
今まで学校で習ってきた反応式の中でも、すこく難しい反応式だったと自分では感じたので、諦めかけていたのですが、本当に質問を書き込みしてよかったと思いました。

回答No.1

Julius

とりあえず、電気化学的に問題を解くと:

グルコースの燃焼式は
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O...(1)

酸性条件なら
MnO4^- + 8 H^+ + 5 e^- → Mn^2+ + 4 H2O
酸素が出る式に書き換えると
MnO4^- + 3 H^+ → Mn^2+ + 3/2 H2O + 5/2 [O]...(2)
(1),(2)よりO2を消去すると
24 MnO4^- + 5 C6H12O6 + 72 H^+ → 24 Mn^2+ + 30 CO2+ 66 H2O
仮に硫酸酸性条件だったとすると
24 KMnO4 + 5 C6H12O6 + 36 H2SO4 → 12 K2SO4 + 24 MnSO4 + 30 CO2 + 66 H2O
(なお"濃"硫酸と過マンガン酸カリの混合は危険です。
濃硫酸を使いたければニクロム酸カリを使います。
グルコースは濃硝酸(HNO3)だけでもシュウ酸(C2H2O4)まで酸化されます。)

一方中性・塩基性では
MnO4^- + 4 H^+ 3 e^- → MnO2 + 2 H2O
H+を消去すると
MnO4^- + 2 H2O + 3 e^- → MnO2 + 4 OH^-
かつ酸素が出る式に書き換えると
MnO4^- + 1/2 H2O → MnO2 + OH^- + 3/2 [O]...(3)
(1),(3)より酸素を消去すると、カリウム塩として
8 KMnO4 + C6H12O6 → 8 MnO2 + 8 KOH + 6 CO2 + 2 H2O

もっとも中性・塩基性条件でグルコースがどこまで分解されるか
私は詳しく知りません。

お礼

Juliusさんお早い回答をありがとうございました。
私が求めたかった反応式は硫酸酸性条件の時のものだったので、とても助かります。

もし良ければ、硫酸酸性条件の時の酸化還元反応について、もう少し詳しく説き方と教えていただけないでしょうか。私の場合、グルコースの半反応式を求められず、断念してしまっいました。差し支えなければよろしくお願いします。今回は本当にありがとうございました。