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この章では，酸化還元反応について調べる実験を紹介します。その前に，酸化剤と還元剤について復習しておきましょう。 １．酸化剤とは何ですか? 酸化還元反応において，電子を奪い，相手の物質を酸化する物質のことをいう。 ２．還元剤とは何ですか? 酸化還元反応において，電子を与え，相手の物質を還元する物質のことをいう。 　この章の実験では，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，今日の実験のような濃度では無色に見えます。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＋になると緑色に変化します。 　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（ＣＯＯＨ）２が酸化されると二酸化炭素ＣＯ２が発生します。過酸化水素Ｈ２Ｏ２が酸化されると酸素Ｏ２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。

＜銅と水素の反応＞ １-１　乾いた試験管に水素を入れ，ゴムを栓する。 １-２　らせん状に巻いた銅線をガスバーナーの外炎で赤熱し， １の試験管に下から静かに入れる。銅線の表面や試験管の内部 の変化をみる。

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Ｃｕは空気中の酸素と反応して黒色の酸化銅（ＩＩ）ＣｕＯに変化しました。また，１の試験管に入れたときは，黒色の酸化銅（ＩＩ）ＣｕＯが水素Ｈ２に還元され，赤色の銅Ｃｕに戻りました。そのとき，試験管内の水素は酸化されて水Ｈ２Ｏになりますから，試験管の内部がくもりましたね。

＜ヨウ化カリウムと塩素の反応＞ ２-１　試験管にヨウ化カリウムＫＩ水溶液を１ｍＬとり，塩素Ｃｌ２水 を１ｍＬ加える。 ２-２　１の試験管に蒸留水を５ｍＬ加え，さらにデンプン水溶液を １ｍＬ入れる。

実験結果を確認しましょう。 　２-１では，溶液の色が無色から褐色に変化しました。ヨウ化物イオンＩ−がヨウ素分子Ｉ２に変化したからです。つまりヨウ素と塩素では，塩素の方が酸化剤として強いことがわかります。ハロゲンの単体の酸化剤としての強さは， 　 Ｆ２＞Ｃｌ２＞Ｂｒ２＞Ｉ２　 です。 　２-２では，溶液の色が褐色から青色に変化しました。ヨウ素デンプン反応ですね。

＜ヨウ化カリウムと過酸化水素の反応＞ ３-１　ペトリ皿にヨウ化カリウムＫＩ水溶液１０ｍＬとデンプン水溶液５ｍＬを入れる。また，別のペトリ皿には過酸化水素Ｈ２Ｏ２水（３％）１０ｍＬと希硫酸Ｈ２ＳＯ４５ｍＬを入れる。 ３-２　硝酸カリウムＫＮＯ３水溶液をつけたろ紙の両端を２つのペトリ皿の水溶液につける。電圧計と接続した炭素棒を，それぞれのペトリ皿の水溶液に浸して（電圧計の針が負の方に振れたら，導線の端子を逆にする），約３分間，電圧計の針の振れと，両方の水溶液のようすをみる。

実験結果を確認しましょう。 　３-２では，＋極が過酸化水素Ｈ２Ｏ２水，−極がヨウ化カリウムＫＩ水溶液になりました。また，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した。ヨウ化物イオンＩ−がヨウ素分子Ｉ２に変化し，ヨウ素デンプン反応を示したからですね。すなわち，過酸化水素は酸化剤として，ヨウ化物イオンは還元剤としてはたらいています。 　酸化剤の半反応式； 　Ｈ２Ｏ２　＋　２Ｈ＋　＋　２ｅ−　→　２Ｈ２Ｏ　 　還元剤の半反応式； 　２Ｉ−（無色）　→　Ｉ２（赤褐色）　＋　２ｅ− したがって，ヨウ化物イオンから過酸化水素に電子が移動したわけです。電子は負極から正極に移動するのでしたね。

＜いろいろな酸化還元反応＞ ４-１　過マンガン酸カリウムＫＭｎＯ４水溶液１ｍＬを試験管にとり，希硫酸Ｈ２ＳＯ４を１ｍＬ加えた後，シュウ酸(ＣＯＯＨ)２水溶液を２ｍＬ加え，おだやかに加熱する。 ４-２　二クロム酸カリウムＫ２Ｃｒ２Ｏ７水溶液１ｍＬを試験管にとり，希硫酸Ｈ２ＳＯ４を１ｍＬ加えた後，亜硫酸ナトリウムＮａ２ＳＯ３水溶液を２ｍＬ加える。 ＜過マンガン酸カリウムと過酸化水素の量的関係＞ ５　試験管に過マンガン酸カリウムＫＭｎＯ４水溶液を１０滴入れ，希硫酸Ｈ２ＳＯ４３滴加える。これに過酸化水素Ｈ２Ｏ２水を１滴ずつ加えてよく振り，何滴で水溶液の色が変化するか調べる。

実験結果を確認しましょう。 　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した。シュウ酸（ＣＯＯＨ）２が還元剤としてはたらき，二酸化炭素ＣＯ２を発生します。また，過マンガン酸イオンＭｎＯ４−が２価のマンガンイオンＭｎ２＋に変化したから無色になったのですね。２価のマンガンイオンＭｎ２＋は淡赤色ですが，うすいために無色に見えるのです。 　 　４-２では，水溶液が赤橙色から緑色に変化しました。二クロム酸イオンＣｒ２Ｏ７２−が３価のクロムイオンＣｒ３＋に変化したからですね。 　５では，水溶液の色が赤紫色から無色に変化しました。過マンガン酸イオンＭＮＯ４−が２価のマンガンイオンＭｎ２＋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。そのような滴定を酸化還元滴定といいます。 　それでは，考察です。

操作１での銅の変化を化学反応式で示すと， 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） 　操作２で，ヨウ化物イオンが変化してできたものは， ヨウ素　Ｉ２ 　操作２のヨウ化物イオンの変化，塩素分子の変化をそれぞれ半反応式で示すと， Ｉ−； ２Ｉ− → Ｉ２ ＋ ２ｅ− （酸化された） Ｃｌ２； Ｃｌ２ ＋ ２ｅ− → ２Ｃｌ− （還元された） 　操作３で，電子の移動した向きは， 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。 　操作４で，酸化剤として働いているものは， １；ＫＭｎＯ４　　　２；Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７ 　操作５で，過マンガン酸イオンおよび過酸化水素の変化それぞれ半反応式で示すと， ＭｎＯ４−； ＭｎＯ４− ＋ ８Ｈ＋ ＋ ５ｅ− → Ｍｎ２＋ ＋ ４Ｈ２Ｏ （還元された） Ｈ２Ｏ２； Ｈ２Ｏ２ → Ｏ２ ＋ ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− （酸化された） 　操作５で，水溶液１滴の体積が等しいものとすると，同じ濃度の過マンガン酸カリウムと過酸化水素の体積比は， ＫＭｎＯ４水溶液：Ｈ２Ｏ２水溶液＝２：５ 　ヨウ素デンプン反応 　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。   　この実験で使った酸化剤と還元剤の変化（半反応式） ＜酸化剤＞ ＭｎＯ４−（赤紫色）＋８Ｈ＋＋５ｅ−→Ｍｎ２＋（淡赤色）＋４Ｈ２Ｏ Ｃｒ２Ｏ７２−（橙赤色）＋１４Ｈ＋＋６ｅ−→２Ｃｒ３＋（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−

この章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ＫＩと塩素Ｃｌ２を反応させると，ヨウ化物イオンＩ−が酸化されてヨウ素分子Ｉ２になり，塩素分子Ｃｌ２が還元されて塩化物イオンＣｌ−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Ｈ２Ｏ２とヨウ化カリウムＫＩ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ＫＭｎＯ４とシュウ酸（ＣＯＯＨ）２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ＭｎＯ４−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Ｍｎ２＋に変化し，二酸化炭素ＣＯ２が発生します。 ５．二クロム酸カリウムＫ２Ｃｒ２Ｏ７に亜硫酸ナトリウムＮａ２ＳＯ３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Ｃｒ２Ｏ７２−が緑色の３価のクロムイオンＣｒ３＋に変化します。 ６．過マンガン酸カリウムＫＭｎＯ４と過酸化水素Ｈ２Ｏ２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ＭｎＯ４−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Ｍｎ２＋に変化し，酸素Ｏ２が発生します。