キーワード高校、化学、教材、自主編成、教科書、（高校化学、化学教材）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０２．４　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　林　正幸９．酸化と還元および電子やり取り（その２）授業計画　時間　　　　　　　　　　項　　目　　　　　　　　　　　　　　備　　考　　１　　　実験１．「水を吸い上げる粉」とテルミット反応　　２　　　１．酸素原子やり取り　　３　　　２．テルミット反応と製鉄　　４　　　実験２．金属と水溶液およびダニエル電池　　５　　　３．金属のイオン化傾向　　６　　　４．金属の電子やり取り　　７　　　５．電池の原理　　　　　　［ａ］ダニエル電池　　　　　　　　　　　　　　　　　　　［ｂ］電池の原理　　８　　　　　　　　　　　　　　　　［ｃ］ダニエル電池の補足　　　　　　６．いろいろな電池　　　　［ａ］ボルタの電池　　９　　　　　　　　　　　　　　　　［ｂ］マンガン乾電池　　分解した乾電池　　　　　　　　　　　　　　　　　　　［ｃ］鉛蓄電池（バッテリー）　デモ実験　　　　　　　　　　　　　　　　　　　［ｄ］燃料電池　１０　　　実験３．塩化鉛の融解塩電解と紫色の気体　１１　　　７．電気分解の原理　１２　　　８．非金属の電子やり取り　１３　　　９．水分子の電子やり取り　　　　　　　　　電気で色を付ける　１４　　１０．いろいろな電気分解　　［ａ］希硫酸の電解　　　　　　デモ実験　　　　　　　　　　　　　　　　　　　［ｂ］おもしろニッケルめっき　プレート　１５　　　　　　　　　　　　　　　　［ｃ］銅の電解精錬　　　　　　　　　　　　　　　　　　　［ｄ］アルミニウムの電解製錬　１６　　１１．酸化と還元の拡張　　　［ａ］酸化と還元の意味　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 1 - 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　［ｂ］酸化数の増減　１７　　　　　　　　　　　　　　　　［ｃ］酸化数の見つけ方　　　　　　　　　　　　　　　　　　　［ｄ］演習　１８　　宿題（演習）備考：「いろいろな電池」と「いろいろな電解」は、この章の内容が多くなりすぎて混乱　　　する恐れがあるので、宿題には含めず問題集の学習と同じ応用編として扱う。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 2 - 授業計画へ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ７．電気分解の原理［ａ］塩化鉛の融解塩電解（実験のまとめ）　試験管に（塩化鉛　ＰｂＣｌ₂ ）を入れて加熱して（融解）し、（黒鉛）電極を差し込んで（直流）を流すと、プラス極（電源の正極につないだ電極）から（刺激臭）のある（塩素）が発生し、マイナス極には（銀白色）の鉛の玉が生成する。取り出した（鉛）を金づちでたたくと（展性）を示す。［ｂ］電気分解の原理［１］塩化鉛はイオン性物質であり（鉛イオンＰｂ²⁺ ）と（塩化物イオンＣｌ^- ）から構成される。２章で学習したように、この種の物質は融解して（液体）になるとそれぞれのイオンは移動できるようになる。［２］電池では物質が（能動的）に電子を与えたり、電子を奪ったりして電子の流れを発生させる。これに対して電気分解では、電子の流れは外部の直流電源（電池を利用することもできる）を使って発生させ、それがなければ変化しない物質が（受身的）に反応する。だから電気分解では受動表現を使うことにする。　つまりマイナス極では電子が（押し込まれて）、電子を（得る）反応が起こされる。そしてプラス極では電子が（吸い出されて）、電子を（失う）反応が起こされる。［３］実験ではマイナス極で電子を得るものにどんな物質があるだろうか。（電子得失表）の右辺を下から探していくと（鉛イオン）が見つかる。つまり次のような電子を得る反応が起こされる。　　　　（　２ｅ^- ＋Ｐｂ²⁺ －→ Ｐｂ　）　それではプラス極で電子を（失う）のはどんな物質だろうか。残念ながらまだ電子得失表は不十分である。しかし（塩化物イオン）しか存在しない。次のような電子を失う反応が起こされる。　　　　（　２Ｃｌ^- －→ Ｃｌ₂ ＋２ｅ^-　）これについてはあとでもっと深めよう。　全体としての反応は、上の２つの反応式を積み算して次のようになる。　　　　（　Ｐｂ²⁺ ＋２Ｃｌ^- －→ Ｐｂ＋Ｃｌ₂　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 17 - あるいは普通の反応式に直して　　　　（　ＰｂＣｌ₂ －→ Ｐｂ＋Ｃｌ₂　）と書き表せる。［４］このように電気分解も電子のやり取りで成り立つ。そして電気分解においてはプラス極を（陽極）と、マイナス極を陰極と呼んで電池の場合と区別するので、次のようにまとめられる。　　（　電気分解では物質が受身的に、陽極で電子を失う反応を、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　陰極で電子を得る反応を起こされる。）問１　塩化鉛の融解塩電解をイラストでまとめよ。　　　　　　［ｃ］電子やり取りと物質量［例題］「塩化鉛の融解塩電解」実験で、３Ａ（アンペア）の電流を１０分間流すと、何ｇの鉛が生成するか（答は小数１位で）。（Ｐｂ＝２０７）　（電流）とは１ｓ（秒）に何［Ｃ］（クーロン）の電気量が流れるかを示す数値である。　　　　したがって３Ａの電流を１０分間流すと、流れる電気量は　　　　　　（３×６０×１０）＝１８００［Ｃ］　　　　陰極での反応式　２ｅ^- ＋Ｐｂ²⁺ －→ Ｐｂ　から　　　　　　電子（ｅ^- ）２ｍｏｌが流れるとＰｂ１ｍｏｌが生成する。　　ところが電子１ｍｏｌが持つ電気量は（９６５００）［Ｃ］である。　　　　だから電気量１９３０００［Ｃ］が流れるとＰｂ（２０７）ｇが生成する。　　　　　　１８００［Ｃ］でｘ［ｇ］生成するとして　　　　　　（　１９３０００［Ｃ］／２０７［ｇ］＝１８００／ｘ　）　　　　　　　　　　ｘ＝１.９３・・・　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　答　１.９ｇ　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 18 - 授業計画へ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ８．非金属の電子やり取り［ａ］紫色の気体（実験のまとめ）［１］蒸発皿の中で（亜鉛粉末）と（ヨウ素）を混ぜ、すこし（水）をかけると（紫色）の気体が立ちのぼる。　亜鉛とヨウ素は次のように反応する。　　　　（　Ｚｎ＋Ｉ₂ －→ ＺｎＩ₂　）　　　　　　　　　　　　　　ヨウ化亜鉛そのとき発生する（反応熱）で、未反応のヨウ素が（昇華）して紫色の気体になる。　生成するヨウ化亜鉛はイオン性物質で、水溶液中では亜鉛イオンとヨウ化物イオンに電離しているので、イオン反応式に直すと次のようになる。　　　　Ｚｎ＋Ｉ₂ －→ Ｚｎ²⁺ ＋２Ｉ^- これは電子のやり取りになっており、２段階に分けて書ける。　　　　　　Ｚｎ－→ Ｚｎ²⁺ ＋２ｅ^- 　　　　（　２ｅ^- ＋Ｉ₂ －→ ２Ｉ^-　）振りかえれば、もともとイオン結合は電子のやり取りで形成される。［ｂ］非金属と陰イオンの電子やり取り［１］ここでヨウ素が電子を得てヨウ化物イオンになる反応を検討する。ヨウ素は（非金属）である。一般に非金属の多くは陰イオンになる性質がある。これは次のように金属と対をなす性質である。　　　　　　金属　－→　陽イオン　＋　電子　　　　（　電子　＋　非金属　－→　陰イオン　）　前節では塩化物イオンが電子を失って塩素になる反応を学習した。２章で学習したように、塩化物イオンは塩素が電子を得て生成する。そして塩素も非金属である。　条件や相手によってヨウ化物イオンがヨウ素になって電子を失うこと、つまりこの実験と逆向きに反応が進行することもある。［２］金属と並んで、（陰イオン）も電子を（失う）傾向があるものとして同列に扱うことができる。そして陰イオンの電子を失う傾向にも（大小）があり、代表的な４種の陰イ　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 19 - オンでは次の順番になっている。　　　　　（　ＯＨ^- ＞Ｉ^- ＞Ｂｒ^- ＞Ｃｌ^-　）［３］これは当然に金属と混ぜて比較することもできる。それでは４種の陰イオンを加えて電子得失表を書き直してみよう。　　　　　　　　　　電子得失表　　　　　　Ａｌ　　←→ Ａｌ³⁺　　　　＋３ｅ^- 　　　　　　Ｚｎ　　←→ Ｚｎ²⁺　　　　＋２ｅ^- 　　　　　　Ｆｅ　　←→ Ｆｅ²⁺　　　　＋２ｅ^- 　　　　　　Ｐｂ　　←→ Ｐｂ²⁺　　　　＋２ｅ^- 　　　　　　Ｈ₂ 　　←→ ２Ｈ⁺　　　　　＋２ｅ^- 　　　　　　Ｃｕ　　←→ Ｃｕ²⁺　　　　＋２ｅ^- 　　　　（　４ＯＨ^- ←→ ２Ｈ₂Ｏ＋Ｏ₂ ＋４ｅ^-　）　　　　（　２Ｉ^-　 ←→ Ｉ₂　　　　　　＋２ｅ^-　）　　　　　　Ａｇ　　←→ Ａｇ⁺　　　　　＋ｅ^- 　　　　（　２Ｂｒ^- ←→ Ｂｒ₂　　　　　＋２ｅ^-　）　　　　（　２Ｃｌ^- ←→ Ｃｌ₂　　　　　＋２ｅ^-　）　新しい表では、左辺には（金属）に（陰イオン）が付け加わり、上から電子を失いやすい順番に並んでいる。　そして右辺には陰イオンから生じる（非金属）が付け加わり、これは（陽イオン）と共に電子を（得る）側である。これらは下から電子を得やすい順番に並んでいる。　なお水酸化物イオンについては電子を失って生成するのが、単純に非金属の単体だけではなく、水分子と酸素になっていることに注意しよう。すでに電池でも、２つの物質が共同で電子を奪う例があった。［４］「塩化鉛の融解塩電解」実験で反応した塩化物イオンと鉛イオンは、この電子得失表では（右上がり）の斜線で結ばれる。このような物質どうしは自然には反応しないが、電子を（強制的に）流すことで電気分解させることができるのである。　これに対して「紫色の気体」実験で反応した亜鉛とヨウ素は、たしかに右下がりの斜線で結ばれる。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 20 - 授業計画へ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ９．水分子の電子やり取り［ａ］硫酸ナトリウム水溶液の電解問１　実験をイラストで描け。　　　　　　［１］硫酸ナトリウムは水溶液中ではナトリウムイオンＮａ⁺ と硫酸イオンＳＯ₄ ^2- に電離している。教科書の１６種の金属のイオン化列を調べると分かるように、ナトリウムイオンが係わる次の反応は、電子得失表においてアルミニウムよりさらに上にある。　　　　Ｎａ ←→ Ｎａ⁺ ＋ｅ^- そしてすぐに説明するように、ナトリウムイオンより電子を得やすいものがある。また硫酸イオンであるが、高校では便宜的に、硫酸イオンＳＯ₄ ^2- や硝酸イオンＮＯ₃ ^- のような３原子以上でできている多原子イオンは電子のやり取りをしないと考えてよい。　また電極の（ステンレス板）は鉄が主成分ではあるがクロムなどを加えた合金でありさびにくい、つまり陽イオンになって電子を失いにくい。［２］それでは何が電子のやり取りをするだろうか。実は陽極では（水分子）が次のように電子を失う反応を起こされる。　　　　（　２Ｈ₂Ｏ－→ ４Ｈ⁺ ＋Ｏ₂ ＋４ｅ^-　）こうして陽極付近には（水素イオン）が生成するため、陽極側のろ紙２枚では加えておいたＢＴＢが（酸性）の黄色になる。そして同時に（酸素）が発生してステンレス板が持ち上げられる。［３］そして陰極でも（水分子）が、次のように電子を得る反応を起こされる。　　　　（　２ｅ^- ＋２Ｈ₂Ｏ－→ ２ＯＨ^- ＋Ｈ₂　）生成する（水酸化物イオン）によって陰極側のろ紙２枚ではＢＴＢが塩基性の（青色）に　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 21 - なる。そして同時に（水素）が発生する。［ｂ］水分子の電子やり取り　ここで新たに電子を失う物質としても、電子を得る物質としても（水分子）が登場してきた。反応式がやや難しいが、これも電子得失表に加える必要がある（高校ではこれ以上は増えない！）。これまでを整理すると次のようになる。　　電子を失う物質：（金属）（陰イオン）（水分子）など　　　　　　　　　　　　　　　（左辺にあり、上ほど反応しやすい）　　電子を得る物質：（陽イオン）（非金属）（水分子）など　　　　　　　　　　　　　　　（右辺にあり、下ほど反応しやすい）［ｃ］完成した電子得失表［１］それでは水分子を加えた電子得失表を完成させておこう。　　　　　　　Ａｌ　　←→ Ａｌ³⁺　　　　＋３ｅ^- 　（　２ＯＨ^- ＋Ｈ₂ ←→ ２Ｈ₂Ｏ　　　　＋２ｅ^-　）　　　　　　　Ｚｎ　　←→ Ｚｎ²⁺　　　　＋２ｅ^- 　　　　　　　Ｆｅ　　←→ Ｆｅ²⁺　　　　＋２ｅ^- 　　　　　　　Ｐｂ　　←→ Ｐｂ²⁺　　　　＋２ｅ^- 　　　　　　　Ｈ₂ 　　←→ ２Ｈ⁺　　　　　＋２ｅ^- 　　　　　　　Ｃｕ　　←→ Ｃｕ²⁺　　　　＋２ｅ^- 　　　　　　　４ＯＨ^- ←→ ２Ｈ₂Ｏ＋Ｏ₂ ＋４ｅ^- 　　　　　　　２Ｉ^-　 ←→ Ｉ₂　　　　　　＋２ｅ^- 　　　　　　　Ａｇ　　←→ Ａｇ⁺　　　　　＋ｅ^- 　　　　　　　２Ｂｒ^- ←→ Ｂｒ₂　　　　　＋２ｅ^- 　　　（　◎　２Ｈ₂Ｏ ←→ ４Ｈ⁺ ＋Ｏ₂　＋４ｅ^-　）　　　　　◎　２Ｃｌ^- ←→ Ｃｌ₂　　　　　＋２ｅ^- 　　　　　　　（注意：◎は条件によって入れ代わる。）　この得失表は電子のやり取りのすべてをまとめているとしても過言ではない。暗記して自由に使えるように練習しよう。［２］ここで燃料電池の反応を確認しておこう。負極で電子を与える水素および水酸化物イオンと、正極で電子を奪う酸素と水分子は右下がりの斜線で結ばれる。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 22 - 授業計画へ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ１０．いろいろな電気分解［ａ］希硫酸の電解［１］ゴムせんにステンレスくぎ２本と細いガラス管を通し、（希硫酸）を満たした試験管にはめ込み、倒立して電気分解すると、両方の電極から（気体）が発生する。希硫酸がすべて抜け出たら、ゴムせんをとってマッチで点火すると爆発する。［２］反応する可能性があるのは、（水素イオンＨ⁺ ）（水分子Ｈ₂Ｏ）である。硫酸イオンＳＯ₄ ^2- は除外される。　陽極で反応するのは電子を失う物質である。（電子得失表）の左辺を上から探していくと、水分子が次のように反応することが分かる。　　陽極　　２Ｈ₂Ｏ－→ ４Ｈ⁺ ＋Ｏ₂ ＋４ｅ^- 　陰極で反応するのは電子を得る物質であり、右辺を下から探していくと水分子より先に（水素イオン）が出てくる。その反応式は次のようである。　　陰極　　４ｅ^- ＋４Ｈ⁺ －→ ２Ｈ₂ 　この実験では水溶液は陽極側と陰極側が混合するので、水溶液中の水素イオンは生成するだけ反応しており、２つの反応式を積み算するとき消去して良いので、全体としての反応は次のようになる。　　　　　　２Ｈ₂Ｏ－→ ２Ｈ₂ ＋Ｏ₂ つまりこれは水の電気分解である。［ｂ］おもしろニッケルめっき　　　　　　［１］図のように、乾電池の負極につないたピンセットで触れて銅板を（陰極）にする。陽極にした黒鉛棒の先を包んだ布に、（硫酸ニッケルＮｉＳＯ₄ ）を含むニッケルめっき　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 23 - 液を染み込ませ、表面にくり返し塗っていくと、ニッケル（めっき）することができる。予めマジックペンで字やイラストを描いておくとその部分はめっきされず、あとでインクをエタノールで拭き取るとすてきなプレートになる。［２］電極に使った黒鉛は常温では変化しにくい物質である。そのために「塩化鉛の融解塩電解」実験でも利用した。めっき液に接して反応する可能性があるのは（ニッケルイオンＮｉ²⁺ ）、（水分子）、（銅Ｃｕ）である。　ここでニッケルイオンが係わる次の反応は、教科書の金属のイオン化列から、電子得失表において鉄と鉛の中間にある。　　　　Ｎｉ ←→ Ｎｉ²⁺　＋２ｅ^- ［３］これを考慮に入れて探すと、陽極では水分子が電子を失う。　　陽極　　２Ｈ₂Ｏ－→ ４Ｈ⁺ ＋Ｏ₂ ＋４ｅ^- つまり布と黒鉛棒の間で酸素が発生する。　そして陰極ではニッケルイオンが電子を得てニッケルに変化する。　　陰極　　２ｅ^- ＋Ｎｉ²⁺ －→ Ｎｉこうして（銅板）にニッケルをめっきすることができる。　なおこの実験は工業的なめっきとすこし異なるので注意しよう。［ｃ］銅の電解精錬［１］銅はその電気抵抗が銀に次いで（小さく）、その多くは電線などに使用する。ところが（黄銅鉱）などを製錬して生産される（粗銅）は純度が９９％程度で、このままでは電気抵抗が大きい。そこでこれを以下のように電解精錬して、純度が９９.９９％程度の純銅（電気銅）にする。［２］（硫酸銅）水溶液に厚い粗銅板を（陽極）として、薄い（純銅板）を陰極として差し入れて電気分解する。　反応する可能性があるのは（銅イオンＣｕ²⁺ ）、（水分子）、（銅）などである。　電子得失表で探すと、陽極では粗銅板の銅が電子を与える。　　陽極　　Ｃｕ－→ Ｃｕ²⁺　＋２ｅ^- そして陰極では銅イオンが電子を得る。　　陰極　　２ｅ^- ＋Ｃｕ²⁺ －→ Ｃｕ全体として見ると、銅が陽極から陰極に（移動する）。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 24 - 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ［３］しかしそれだけだろうか。粗銅板に含まれる銅より（イオン化傾向）が小さい（つまり電子を失いにくい）銀などは、銀イオンになることができずそのまま陽極の下に沈でんする。これは（陽極泥）と呼ばれ、これから銀などの貴金属を取り出す。これに対して銅よりイオン化傾向が（大きい）（つまり電子を失いやすい）亜鉛などは、銅に先立って亜鉛イオンなどになる。しかしこれらのイオンは陰極では銅イオンに負けて、電子を得ることができず水溶液中に（取り残される）。こうして陰極には純銅が析出する。［ｄ］アルミニウムの電解製錬［１］アルミニウムの鉱石は（ボーキサイト）であり、その主成分は（酸化アルミニウムＡｌ₂Ｏ₃ ）である。これはアルミニウムイオンＡｌ³⁺ と酸化物イオンＯ^2- からできていると考えられる。これからアルミニウムを生産するには、アルミニウムイオンに電子を（与える）必要がある。　しかしアルミニウムはイオン化傾向がかなり（大きい）。そしてこれに電子を与えることができる物質には、教科書のイオン化列を思い出せば、ナトリウムやマグネシウムがある。しかしそれではこれらの金属はどのように製錬するのか、という問題が出てくる。［２］ここで登場するのが電気分解である。しかし酸化アルミニウムの融点は２０００℃ を越える。そこで（氷晶石）という鉱物を融解して、これに酸化アルミニウムを溶解すると１０００℃以下で電気分解できるようになる。電極には（黒鉛）を使用する。　こうして陰極にアルミニウムが生成する。　　　　３ｅ^- ＋Ａｌ³⁺ －→ Ａｌ［３］アルミニウムは（２）番目に多く生産される金属である。しかしそれには膨大な電気を必要とする。そのためアルミニウムは（電気の缶詰）と呼ばれる。アルミ缶（３５０ｍｌ）ひとつ分のアルミニウムを生産する電力で３０Ｗの蛍光灯を数１０時間点灯できる。日本は電気が高価であるので、現在ではアルミニウムを国内で生産することができない。（リサイクル）の重要性に気付いてほしい。　　　　　　　　　　　　　　　　　　-25 - 授業計画へ１１．酸化と還元の拡張［ａ］酸化と還元の意味［１］これまで酸素原子のやり取りを酸化還元反応とし、電子のやり取りはそれとは別の反応として学習してきた。すこし難しくなるが、最後にどちらの反応も統一的に酸化還元反応として理解する見方を紹介する。［２］もう一度それぞれの代表的な反応式を眺めてみよう。　　　　ＣｕＯ＋Ｈ₂ －→ Ｃｕ＋Ｈ₂Ｏ　　　　　（１）　　　　Ｃｕ＋２Ａｇ⁺ －→ Ｃｕ²⁺ ＋２Ａｇ　　（２）（１）の反応式では、水素は「酸素原子を得る」ので（酸化される）とし、酸化銅（Ⅱ）は（酸素原子を失う）ので「還元される」とした。しかしこれを新しい視点で、水素原子は水素から水に変化するにつれて、電気的に中性から（陽性）になると見てみよう。つまり（酸素原子を得る）ことは中性から陽性になることでもある。また銅原子は酸化銅（Ⅱ）から銅に変化するにつれて、陽性から中性になる。つまり「酸素原子を失う」ことは陽性から（中性）になることでもある。ちなみに酸素原子は（陰性）のままである。ここでは、物質自身よりそれに含まれる（原子）の変化に注目している。［３］これまで化合物の化学式の左側の原子が電気的に陽性であることが多いと漠然と受け取ってきた。　もちろんイオン結合においては、陽イオンが電気的に（陽性）であり陰イオンが陰性である。　ここで（共有結合）における陽性・陰性の正確な意味を確認する。水分子については（電気陰性度）の差から、水素原子はいくらか（正）電気を持つので陽性であり、そして酸素原子はいくらか負電気を持つから（陰性）である。これは共有結合の（極性）であった。これに対して水素分子については（同じ）原子が共有結合するから、どちらの水素原子も電気的に中性である。　金属の単体も同じ原子が金属結合するので、その原子は電気的に（中性）である。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 26 - 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ［４］こうして見ると（２）の反応式では、銅原子は銅から銅イオンに変化するにつれて電気的に中性から陽性になる。これは銅が（電子を失う）から当然である。また銀原子は銀イオンから銀に変化するにつれて陽性から中性になる。これも銀イオンが「電子を得る」から当然である。［５］それなら、含まれる原子が電気的に中性から陽性になることを酸化される、また陽性から中性になることを還元されると考えてはどうだろうか。［ｂ］酸化数の増減［１］ここで話を厳密にするために（酸化数）と呼ぶ数字を導入する。イオン結合する原子はそのイオンの価数をそのまま酸化数とする。　　　　Ａｇ⁺　　Ａｇ原子が＋１　　　　Ｃｕ²⁺　　Ｃｕ原子が＋２　共有結合する原子については、共有結合の極性を（イオン結合）と見なしてその価数を酸化数とする。　　　　Ｈ₂Ｏ　　Ｈ原子が＋１　　　Ｏ原子が－２　　　　Ｈ₂　　　Ｈ原子が０［２］こうして酸化・還元は新しく次のように定義することができる。　　（　含まれる原子の「酸化数が増える」＝その物質が「酸化される」　）　　（　含まれる原子の「酸化数が減る」　＝その物質が「還元される」　）参考：正式には酸化数はローマ数字で表される。［３］上のふたつの反応式で整理してみよう。　　酸化数　　＋２－２　　０　　　　　０　　＋１－２　　　　　　　　ＣｕＯ　＋　Ｈ₂　－→　Ｃｕ　＋　Ｈ₂Ｏ　　　　　　　　↑　　　　　↑ 　　　　　酸化数が減る　酸化数が増える　　　　　　　　∥　　　　　∥ 　　　　　　還元される　酸化される酸化銅（Ⅱ）は含まれる銅原子の酸化数が（＋２）から（０）に減るので還元される。単　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 27 - 体の水素は含まれる水素原子の酸化数が（０）から（＋１）に増えるので酸化される。　　酸化数　　　０　　　　＋１　　　　　＋２　　　　　０　　　　　　　　Ｃｕ　＋　２Ａｇ⁺　－→　Ｃｕ²⁺　＋　２Ａｇ　　　　　　　　↑　　　　　↑ 　　　　酸化数が増える　酸化数が減る　　　　　　　　∥　　　　　∥ 　　　　　　酸化される　還元される銅は含まれる銅原子の酸化数が０から＋２に増えるので（酸化）される。銀イオンは含まれる銀原子の酸化数が＋１から０に減るので（還元）される。［４］なお酸化数の増減による酸化・還元の定義の拡張は、酸化数が（マイナス）の領域も含む。たとえば次の反応式で見てみよう。　　酸化数　　　０　　　０　　　＋２－１　　　　　　　　Ｚｎ　＋　Ｉ₂　－→　ＺｎＩ₂ ここでヨウ素は含まれるヨウ素原子の酸化数が（０）から（－１）に減るので還元されることになる。［５］（酸化数の増減）によって酸化・還元を定義すると、酸素原子のやり取りと電子のやり取りに留まらず、より広い反応を統一的に酸化還元反応として理解することができる。　高校生が酸化数を上の説明の通りに見つけることは困難なので、次のルールを利用する。ただし練習しないと混乱しやすい。［６］新しい定義を電子のやり取りに結びつけよう。（電子を失う）のが「酸化数が増える」ことになり、「電子を得る」のが（酸化数が減る）ことになる。したがって電子のやり取りと酸化・還元は次のような関係になる。　　　　（　電子を失う＝酸化される　）　　　　（　電子を得る＝還元される　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 28 - 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ［ｃ］酸化数の見つけ方　以下は番号が小さい方が優先である。［１］単体に含まれる原子は（０）である。　　例　Ｚｎ　　Ｃ　　Ｏ₂　　Ｏ₃　　どの原子も０［２］イオンに含まれる原子は、その（価数）が酸化数である。　そして（ａ）周期表の１、２、１３族の原子が含まれれば、その酸化数は＋１、＋２、（＋３）である（そして相手原子の酸化数も計算できる）。　　例　Ｎａ₂Ｓ　　Ｎａ原子は（＋１）　したがって　Ｓ原子は－２　　　　Ａｌ₂Ｏ₃　　Ａｌ原子は＋３　　　したがって　Ｏ原子は（－２）（ｂ）化学式の（右側）に周期表の１７族の原子が含まれれば、その酸化数は（－１）である。　　例　ＦｅＣｌ₂　　Ｃｌ原子は－１　　したがって　Ｆｅ原子は（＋２）（ｃ）多原子イオンが含まれれば、その価数から相手原子の酸化数が計算できる。　　例　ＡｇＮＯ₃　　　ＮＯ₃ ^-　だから　　Ａｇ原子は＋１　　　　ＰｂＳＯ₄　　　ＳＯ₄ ^2- だから　　Ｐｂ原子は＋２　　　　Ｃｕ（ＯＨ）₂　ＯＨ^- だから　　　Ｃｕ原子は（＋２）［３］水素原子は（＋１）そしてほとんどの酸素原子は（－２）である。例　ＮＨ₃　　　Ｈ原子は＋１　したがって　Ｎ原子は（－３）　　Ｈ₂Ｏ₂　　　Ｈ原子は＋１　したがって　Ｏ原子は（－１）　　Ｈ₂ＳＯ₄　　Ｈ原子は＋１　そしてＯ原子は－２　したがって　Ｓ原子は＋６　　ＨＣｌＯ　　Ｈ原子は＋１　そしてＯ原子は－２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　したがって　Ｃｌ原子は（＋１）参考：酸化数は、イオンの価数と同じで、それぞれの原子に与えられる数値である。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 29 - ［ｄ］演習［例題］次の反応式について、例にならって、酸化される物質（還元剤）と還元される物質（酸化剤）の名称を書き、またそれに含まれる酸化数が変化する原子とその変化を示せ。　　　　例　　硝酸銀　　Ａｇ（＋１→０）（１）Ｆｅ₂Ｏ₃ ＋２Ａｌ－→ ２Ｆｅ＋Ａｌ₂Ｏ₃ 　　　　酸化される物質：アルミニウム　　Ａｌ（０→＋３）　　　　還元される物質：酸化鉄（Ⅲ）　　Ｆｅ（＋３→０）（２）Ｚｎ＋Ｈ₂ＳＯ₄ －→ ＺｎＳＯ₄ ＋Ｈ₂ 　　　　酸化される物質：亜鉛　　Ｚｎ（０→＋２）　　　　還元される物質：硫酸　　Ｈ（＋１→０）（３）ＰｂＣｌ₂ －→ Ｐｂ＋Ｃｌ₂ 　　　　酸化される物質：塩化鉛　　Ｃｌ（－１→０）　　　　還元される物質：塩化鉛　　Ｐｂ（＋２→０）（４）Ｈ₂Ｏ₂ ＋２ＫＩ－→ ２ＫＯＨ＋Ｉ₂ 　　　　酸化される物質：ヨウ化カリウム　　Ｉ（－１→０）　　　　還元される物質：過酸化水素　　Ｏ（－１→－２）（５）ＳＯ₂ ＋２Ｈ₂Ｓ－→ ２Ｈ₂Ｏ＋３Ｓ　　　　酸化される物質：硫化水素　　Ｓ（－２→０）　　　　還元される物質：二酸化硫黄　　Ｓ（＋４→０）（６）Ｃｕ＋４ＨＮＯ₃ －→ Ｃｕ（ＮＯ₃）₂ ＋２Ｈ₂Ｏ＋２ＮＯ₂ 　　　　酸化される物質：銅　　Ｃｕ（０→＋２）　　　　還元される物質：硝酸　　Ｎ（＋５→＋４）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 30 - 授業計画へ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ　　　宿題（９章）１．「水を吸い上げる粉」実験についての次の文を完成し、下の問に答えよ。　「スタンド」の上の黒い粉を強熱して、（水素）が入った集気びんを被せると（赤熱）状態になり（炎）を上げて、アルミ皿の水を（吸い上げる）。そして黒い粉は（はだ）色になる。（１）全体としての反応式を書け。　　　　ＣｕＯ＋Ｈ₂ －→ Ｃｕ＋Ｈ₂Ｏ（２）次の文を完成せよ。　水素は酸素原子を（得る）ので酸化され、酸化銅（Ⅱ）はそれを（失う）ので還元される。また水素は酸素原子を（奪う）ので相手を還元し、したがって（還元剤）である。他方で酸化銅（Ⅱ）は酸素原子を（与える）ので相手を酸化し、したがって（酸化剤）である。（３）赤鉄鉱を一酸化炭素で還元して鉄を生産する反応を、酸素原子のやり取りとして２段階に分けて書き、積み算して全体の反応式を完成せよ。　　　　Ｆｅ₂Ｏ₃ －→ ２Ｆｅ＋３Ｏ　　　　３Ｏ＋３ＣＯ－→ ３ＣＯ₂　　　　　　　　（＋　　　　Ｆｅ₂Ｏ₃ ＋３ＣＯ－→ ２Ｆｅ＋３ＣＯ₂ ２．１３の反応式を含む「電子得失表」をプリントを見ずに書けるようにせよ（上の７つを左側に、残りを右側に）。また下の文を完成せよ。　電子を失う物質は電子得失表の（左辺）にあり、金属（陰イオン）（水分子）などが含まれ、その勢いは（上）ほど大きい。これに対して電子を得る物質は（右辺）にあり、陽イオン（非金属）水分子などが含まれ、その勢いは（下）ほど大きい。３．次の場合について、反応が進行するときは全体としてのイオン反応式を、進行しないときは×を付けよ。（ａ）酢酸鉛水溶液に亜鉛板を浸ける。　　　　Ｚｎ＋Ｐｂ²⁺ －→ Ｚｎ²⁺ ＋Ｐｂ（ｂ）希塩酸に鉄粉を投入する。　　　　Ｆｅ＋２Ｈ⁺ －→ Ｆｅ²⁺ ＋Ｈ₂ （ｃ）銅片に希硫酸を注ぐ。　　　　× （ｄ）亜鉛にヨウ素を混ぜて水をかける。　　　　Ｚｎ＋Ｉ₂ －→ ＺｎＩ₂ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 1 - ４．電池と電気分解について次の文を完成し、下の問に答えよ。　ダニエル電池では、（負）極では亜鉛が電子を（与える）（ａ）反応を起こし、電子を（流し出す）また（正）極では（銅イオン）が電子を（奪う）（ｂ）反応を起こし、電子を（流し入れる）。　塩化鉛を加熱して（融解）し、黒鉛電極を差し込んで（直流）を流すと、（陽）極では電子が（吸い出されて）、塩化物イオンが電子を（失う）（ｃ）反応を起こされ、刺激臭のある（塩素）が発生する。また（陰）極では電子が（押し込まれて）、（鉛イオン）が電子を（得る）反応を起こされ、銀白色の（鉛）が生成する。　硫酸ナトリウム水溶液にＢＴＢを加えてろ紙４枚に染み込ませ、ステンレス板でサンドイッチにして手まわし発電機をしばらくまわすと、陽極側のろ紙２枚が（黄色）になり（ｄ）、陰極側のろ紙２枚が（青色）になる（ｅ）。（１）実験で作ったダニエル電池の構造をイラストで示せ。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図１（２）下線部（ａ）（ｂ）の反応式を書け。　　（ａ）Ｚｎ－→ Ｚｎ²⁺ ＋２ｅ^-　　（ｂ）２ｅ^- ＋Ｃｕ²⁺ －→ Ｃｕ（３）負極側の水溶液を食塩水に換えるとどうなるか。　　　　同じように電池としてはたらく（４）ダニエル電池の電圧（起電力）は何を表すか。　　　　亜鉛と銅の電子を与える反応の勢いの差（５）下線部（ｃ）の反応式を書け。　　　　２Ｃｌ^- －→ Ｃｌ₂ ＋２ｅ^- （６）発生した塩素が標準状態における体積で１６０ｍｌであった。流れた電気量は何Ｃか（答は整数で）。　　　　Ｃｌ₂ が２２.４［ｌ］発生すると流れた電気量は１９３０００Ｃ　　　　　　２２４００［ｍｌ］／１９３０００［Ｃ］＝１６０／ｘ　　　　　　　　ｘ＝１３７８.５・・・　　　　　　　答　１３７９Ｃ（７）下線部（ｄ）（ｅ）を説明できる反応式を書け。　　（ｄ）２Ｈ₂Ｏ－→ ４Ｈ⁺ ＋Ｏ₂ ＋４ｅ^- 　　（ｅ）２ｅ^- ＋２Ｈ₂Ｏ－→ ２ＯＨ^- ＋Ｈ₂ ５．次の反応式について、例にならって、酸化剤と還元剤の名称を書き、またそれに含まれる酸化数が変化する原子とその変化を示せ。　例　　硝酸銀　　Ａｇ（＋１→０）（１）Ｆｅ₂Ｏ₃ ＋２Ａｌ－→ ２Ｆｅ＋Ａｌ₂Ｏ₃ 　　　　酸化剤：酸化鉄（Ⅲ）　　Ｆｅ（＋３→０）　　　　還元剤：アルミニウム　　Ａｌ（０→＋３）（２）Ｃｕ＋２ＡｇＮＯ₃ －→ Ｃｕ（ＮＯ₃）₂ ＋２Ａｇ　　　　酸化剤：硝酸銀　　Ａｇ（＋１→０）　　　　還元剤：銅　　Ｃｕ（０→＋２）　　　　　　　　　　　　　　　（　）組　（　）番　氏名（　　　　　　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 2 - 林　正幸と主万子の始めのホームページ（to our initial Home Page）にもどる。