２００４年６月１０日（木）　04ko2-08　�T実験１５−酸化還元反応

今日は，酸化還元反応について調べます。電子を与えて相手の物質を還元するはたらきをする物質を還元剤といいます。また電子を奪って，相手の物質を酸化するはたらきをする物質を酸化剤といいます。 　今日の実験では，色の変化に注目をして下さい。例えば，過マンガン酸イオンＭｎＯ４−は赤紫色ですが，還元されてマンガン（ＩＩ）イオンＭｎ２＋になると，淡赤色です。ただし，これはかなり濃いときの色で，今日のような濃度では無色に見えると思います。また，二クロム酸イオンＣｒ２Ｏ７２−は橙赤色ですが，還元されてクロムイオン（ＩＩＩ）Ｃｒ３＋になると，暗緑色に変化します。ということで，色の変化に注目してください。 　次に，ヨウ化物イオンＩ−が酸化されてヨウ素分子Ｉ２になると，もちろん色の変化があります。しかし，それだけではなく，ヨウ素デンプン反応によってヨウ素分子を確認することができますね。 　また，色の変化がなくても，酸化されると気体が発生するものもあります。シュウ酸が酸化されると二酸化炭素が発生します。過酸化水素が酸化されると酸素を発生します。しかし，気体の発生は少量であり，急激なため注意しなければいけません。

実験１５　酸化還元反応 ＜銅と水素の反応＞ １−１　水素の捕集 １−２　水素と酸化銅（ＩＩ）の反応 ＜ヨウ化カリウムと塩素の反応＞ ２−１　ＫＩａｑ　＋　Ｃｌ２ａｑ ２−２　ヨウ素デンプン反応 ＜ヨウ化カリウムと過酸化水素の反応＞ ３−２　ＫＩａｑ　＋　Ｈ２Ｏ２ａｑ　電池 ＜いろいろな酸化還元反応＞ ４−１　ＫＭｎＯ４ａｑ　＋　Ｈ２ＳＯ４　＋　(ＣＯＯＨ)２ａｑ　穏やかに加熱 ４−２　Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７ａｑ　＋　Ｈ２ＳＯ４　＋　Ｎａ２ＳＯ３ａｑ ＜過マンガン酸カリウムと過酸化水素の量的関係＞ ５　　　ＫＭｎＯ４ａｑ　＋　Ｈ２ＳＯ４　＋　Ｈ２Ｏ２ａｑ

それぞれの酸化剤と還元剤を混ぜる前に，酸化剤，還元剤の半反応式を確認して，結果を予想して下さい。色が変化するのか，気体が発生するのかなどです。

＜酸化剤＞ ＭｎＯ４−（赤紫色）　＋　８Ｈ＋　＋　５ｅ−　→　Ｍｎ２＋（淡赤色）　＋　４Ｈ２Ｏ Ｃｒ２Ｏ７２−（橙赤色）　＋　１４Ｈ＋　＋　６ｅ−　→　２Ｃｒ３＋（暗緑色）　＋　７Ｈ２Ｏ Ｃｌ２　＋　２ｅ−　→　２Ｃｌ− Ｈ２Ｏ２　＋　２Ｈ＋　＋　２ｅ−　→　２Ｈ２Ｏ ＜還元剤＞ (ＣＯＯＨ)２　→　２ＣＯ２↑　＋　２Ｈ＋　＋　２ｅ− ２Ｉ−（無色）　→　Ｉ２（赤褐色）　＋　２ｅ− Ｈ２Ｏ２　→　２Ｈ＋　＋　Ｏ２↑　＋　２ｅ− ＳＯ３２−　＋　Ｈ２Ｏ　→　ＳＯ４２−　＋　２Ｈ＋　＋　２ｅ−

実験結果を確認しましょう。 　１−２では，加熱後炎から遠ざけたときは，銅は空気中の酸素と反応して黒色の酸化銅（ＩＩ）が生成します。また，１の試験管に入れたときは，黒色の酸化銅（ＩＩ）が水素と反応して還元され，赤色の銅に戻ります。そのとき，試験管内の水素は酸化されて水になりますから，試験管の内部がくもりますね。 　２−１では，溶液の色が無色から褐色に変化します。ヨウ化物イオンがヨウ素分子に変化したからです。 　２−２では，溶液の色が褐色から青色に変化します。ヨウ素デンプン反応ですね。 　３−２では，＋極が過酸化水素水，−極がヨウ化カリウム水溶液です。また，水溶液は，ヨウ化カリウム水溶液に浸した炭素棒の周囲が青色に変化します。ヨウ化物イオンがヨウ素分子に変化し，ヨウ素デンプン反応を示したからですね。 　４−１では，気泡が生じ，水溶液が赤紫色から無色に変化します。シュウ酸が還元剤としてはたらき，二酸化炭素を発生します。また，過マンガン酸イオンが２価のマンガンイオンに変化したからです。 　４−２では，水溶液が赤橙色から暗緑色に変化します。二クロム酸イオンが３価のクロムイオンに変化したからです。 　５では，水溶液の色が赤紫色から無色に変化します。過マンガン酸イオンが２価のマンガンイオンに変化したからです。滴下した過酸化水素水の体積を，ビュレットを使って正確に求めると，きちんとした量的関係が検討できますね。 　それでは，考察です。

１ 炎から遠ざけたとき　２Ｃｕ　＋　Ｏ２　→　２ＣｕＯ　（酸化された） 試験管に入れたとき　ＣｕＯ　＋　Ｈ２　→　Ｃｕ　＋　Ｈ２Ｏ　（還元された） ２ ヨウ素　Ｉ２ ３ Ｉ−　…　２Ｉ−　→　Ｉ２　＋　２ｅ−　（酸化された） Ｃｌ２　…　Ｃｌ２　＋　２ｅ−　→　２Ｃｌ−　（還元された） ４ ヨウ化カリウム水溶液から過酸化水素水溶液に電子が移動した。 ５ １　…　ＫＭｎＯ４　　　２　…　Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７　 ６ ＭｎＯ４−　…　ＭｎＯ４−　＋　８Ｈ＋　＋　５ｅ−　→　Ｍｎ２＋　＋　４Ｈ２Ｏ（還元された） Ｈ２Ｏ２　…　Ｈ２Ｏ２　→　Ｏ２　＋　２Ｈ＋　＋　２ｅ−　（酸化された）　 ７ ＫＭｎＯ４水溶液：Ｈ２Ｏ２水溶液＝２：５ 濃度が等しいとき，反応した水溶液の体積比は，イオン反応式の電子の係数の逆比と等しい。 　ヨウ素デンプン反応について，もう少し詳しく説明しましょう。 　デンプン分子はらせん構造をしており，多数のヒドロキシル基-ＯＨがらせんの外側に向き，らせんの中は疎水性になっている。このらせん構造の中にヨウ素分子Ｉ２が入り込み，Ｉ２とデンプン分子の間に分子間力による弱い結合が形成され，青〜青紫色に呈色する。熱すると，Ｉ２はらせん構造の外側に出て色が消えるが，冷やすと再び呈色する。

今日の実験のポイントは，次の通りです。 １．銅を空気中で加熱すると，酸化されて黒色の酸化銅（ＩＩ）ＣｕＯになり，水素中に入れると還元されて銅Ｃｕに戻ります。 ２．ヨウ化カリウムと塩素を反応させると，ヨウ化物イオンが酸化されてヨウ素分子になり，塩素分子が還元されて塩化物イオンに変化します。ハロゲンの単体の酸化力の強さは，フッ素＞塩素＞臭素＞ヨウ素　の順です。 ３．過酸化水素とヨウ化カリウムで電池ができます。このとき，過酸化水素が＋極で，ヨウ化カリウムが−極になります。ヨウ化カリウムから過酸化水素に電子が移動するのですね。 ４．過マンガン酸カリウムとシュウ酸を反応させると，過マンガン酸カリウムは酸化剤としてはたらき，シュウ酸は還元剤としてはたらきます。このとき，赤紫色の過マンガン酸イオンは淡赤色（実際には無色に見える）の２価のマンガンイオンに変化し，二酸化炭素が発生します。 ５．二クロム酸カリウムに亜硫酸ナトリウムを反応させると，二クロム酸カリウムが酸化剤としてはたらき，亜硫酸ナトリウムが還元剤としてはたらきます。このとき，橙赤色の二クロム酸イオンが暗緑色の３価のクロムイオンに変化します。 ６．過マンガン酸カリウムと過酸化水素を反応させると，過マンガン酸カリウムが酸化剤としてはたらき，過酸化水素が還元剤としてはたらきます。このとき，赤紫色の過マンガン酸イオンは淡赤色（実際には無色に見える）の２価のマンガンイオンに変化し，酸素が発生します。