原子価の求め方

質問

http://www.jikkyo.co.jp/kakomon/denken3_kakomon/h16/kikai/h16k_no12.htm

この問題の解説では、原子価Zを科学反応式より２と求めているのですが、
具体的にこの科学反応式のどこらへんを見れば鉛の原子価が分かるのでしょうか？
たしかに反応の右側は鉛を含んだ分子が２つありますが

回答No.1

rnakamra · ベストアンサー

この反応式では3種類の鉛化合物があり、それぞれで鉛の酸化数が異なります。

単体の物質の場合、酸化数は"0"になります。左側の負極のPbがこれにあたります。

イオン結晶の場合はそのイオン化数が酸化数になります。
PbO2の場合、Oが2-のイオンですのでPbは4+のイオン、つまり酸化数は+4です。
PbSO4の場合、SO4が2-のイオンですのでPbは2+のイオン、つまり酸化数は+2です。

OやSO4のイオンについては覚えておくしかない。
Pbのように多くの価数を取れる原子についてはいちいち覚えるよりもくっついている基から求めるほうが良いでしょう。

ちなみに問題にある反応式を負極、正極それぞれについて書くと次のようになります。
負極：Pb+SO4(2-)→PBSO4+2e-
正極：PbO2+4H(+)+SO4(2-)+2e-→PbSO4+2H2O

お礼

ご回答ありがとうございます。
＞Oが2-のイオンですのでPbは4+のイオン
＞SO4が2-のイオンですのでPbは2+のイオン
この規則性が分からないのですが、覚えるというのは
この2つだけで良いのでしょうか？
それと鉛の原子価って２以外の場合もあるのでしょうか？

回答No.4

Tacosan

「酸化数」というのは (形式的に) 「電子がどれだけ移動したか」と一致します. そして, ある化学式で表される「もの」に含まれる原子の酸化数の総和はその化学式が持つ電荷と一致します.

つまり MnO2 だと, 全体の電荷は 0 なので酸化数の総和も 0 です. 一方 O の酸化数は -2 なので, Mn の酸化数は +4 にならなければなりません.

硫酸 H2SO4 なら
・全体の電荷は 0 なので酸化数の総和も 0
・H の酸化数は +1
・O の酸化数は -2
から S の酸化数が +6 であることがわかります.

H と O を酸化数の基準として, あとは計算で求まるようにできればいいんだけど, 「覚えておかないと無理」なものもあったりする....

お礼

ご回答ありがとうございます。
つまり、
H2＝Hが2つ　H の酸化数は +1なので　+1×2＝2
一方SO4のO4は
O4＝Oが4つ　O の酸化数は -2なので　-2×4＝-8

これらの和は"0"でなければいけない
ということは残りのSは+6でなけらばならない

1×2　-2×4　+6 ＝ 0

という解釈でよろしいでしょうか？
もしそうだとした場合、とある参考書の問題で

水の電気分解は
2H2O　→　2H2＋O2

アルカリ水溶液の陽極では

4OH-　→　O2＋2H2O＋4e-

の反応の場合の酸素の原子価は2ということなのですが、
これはその法則だとどうやって原子価を導けるのでしょうか？

回答No.3

rnakamra

>たしかに原子価と酸化数（Na,K）が類似してるような気がしますが、
確認なのですが、原子価と酸化数は一緒なのでしょうか？
この表の他の原子もそれで説明ができますでしょうか？

原子価は常に非負の数となりますが、酸化数は負になるものもあります。
OやSは-2を取ることが多い。(単体なら"0"です)

原子価は酸化数の絶対値と考えればよいでしょう。

また、原子の種類によっては原子価(酸化数)の値を複数種類持つことがあります。
提示された表だと酸化数で表示すると
Zn:+1,+2
Fe:+2,+3
Cu:+1,+2
となります。

それぞれの酸化数を覚えておくのは面倒なので、化学式から酸化数を計算できるようにしておくのが良いと思います。

例:アルカリ電池の反応
正極：2MnO2+H2O+2e- → Mn2O3+2OH-
負極：Zn+2OH- → ZnO+H2O+2e-

反応前の正極のZnO2は電離しているものではないので全体で"0"、O(酸素)が-2だからMnは+4です。
反応後の正極のMnはMn2O3全体で"0"、O(酸素)が-2であるためMnは+3となります。
Mnの酸化数が+4→+3と還元されています。

反応前の負極ではZnは単体なので"0"、反応後のZnOが"0"なのでZn自体は+2となります。
Znは0→+2と酸化されています。

このように"O"はたいていの化合物中で"-2"の値をとるのでそこからMn,Znの酸化数を計算することが出来ます。

お礼

ご回答ありがとうございます。
すいません、いまいち理解できないのですが
＞全体で"0"、O(酸素)が-2だからMnは+4です。
この「だから～+4です」
というのが自分には分からないのです。
なぜO(酸素)が-2だとMnは+4になるのですか？
それはMnに限ったことなのでしょうか？

回答No.2

rnakamra

>この規則性が分からないのですが、覚えるというのは
>この2つだけで良いのでしょうか？

単原子のイオンについては、周期表からある程度わかります。
周期表の一番左の列のもの(アルカリ金属,Li,Na,Kなど)は基本的に酸化数+1を取ります。
左から二番目の列のもの(アルカリ土類金属,Mg,Liなど)は酸化数+2を取ります。
右から二番目の列(ハロゲン,F,Cl,Brなど)は酸化数-1を取ります。

また、中央部にある金属元素は複数の酸化数を取ることが出来ます。
Pb:+2,+4
Cu:+1.+2
F2:+2,+3
Mn:-3～7までの全て可能

周期表については代表的な元素がどこにあるか覚えておくと類推できるようになるでしょう。O(酸素)は右から3列目にあるので多分-2だろう、とかわかります。

これ以外に、いくつかの原子がくっついてイオンを作ることがあります。
今回出てきた硫酸イオン(SO4(2-))やアンモニウムイオン(NH4(+))などたくさんあります。
電気の分野だと硫酸イオンは鉛蓄電池でよく出るので覚えていたほうが良いでしょう。

お礼

ご回答ありがとうございます。
図を載せましたの見て欲しいのですが、
＞周期表の一番左の列のもの(アルカリ金属,Li,Na,Kなど)は基本的に酸化数+1を取ります。
たしかに原子価と酸化数（Na,K）が類似してるような気がしますが、
確認なのですが、原子価と酸化数は一緒なのでしょうか？
この表の他の原子もそれで説明ができますでしょうか？