酸化還元反応

質問

二つ質問があります、よろしくお願いします。
(1)
熱濃硫酸に銅版を入れた反応を化学反応式で表せ。
の問題は最後硫酸イオンを補わなくてはいけませんよね？なぜですか？過マンガン酸カリウムを使った反応なら硫酸酸性＆カリウムが不足しているってことはわかるのですが、熱濃硫酸の時はどうしてそうなるのでしょうか？
(2)
S,Cl2,Br2,I2を酸化力の強い順にならべよ。
これは全くわかりません、どうやってやるのでしょうか？

回答No.1

elttac · ベストアンサー

(1)
　まず，熱濃硫酸は，酸化作用を持ちます。熱濃硫酸は，通常の酸が溶かすことのできない，銅，銀などを溶かすことができます。
　熱濃硫酸と銅の反応では，銅は参加され銅(II)イオンに，硫酸イオンは還元され二酸化硫黄 SO2 になります。
　そこで，酸化還元反応を記述するには，「半反応式」を使います。酸化されるもの，還元されるものを別々に書いて，最後に合成するのです。
　まず，硫酸イオンの変化を書いてみます。不完全な反応式から出発し，つじつまを合わせていきます。
　　SO4(2-) → SO2
硫黄の酸化数に着目します。硫酸イオンでは +6，二酸化硫黄では +4 です。酸化還元反応は電子の授受ですので，これは，2 個の電子を受け取っているということになります。
　　SO4(2-) ＋ 2e- → SO2
この不完全な反応式おいて，電荷数に注目します。左右辺の電荷数を合わせるのに，酸性下では H+，塩基性下では OH- を加えます。ここでは，左辺の電荷 4- を 4H+ で相殺します。
　　SO4(2-) ＋ 2e- ＋ 4H+ → SO2
あとは，質量保存の法則を満たします。これは，たいてい水分子を加えます。左辺と右辺を比べると，左辺に水素原子が 4 個，酸素原子が 2 個余っています。これを 2H2O として右辺に加えます。
　　SO4(2-) ＋ 2e- ＋ 4H+ → SO2 ＋ 2H2O
これで熱濃硫酸が還元される半反応式ができました。
　次に，銅の反応を考えます。
　　Cu → Cu(2+)
酸化数の変化は 0→+2 で，2 個の電子を放出しています。
　　Cu → Cu(2+) ＋ 2e-
電荷・原子数ともに合っていますので，銅が酸化される半反応式はこれで完成です。
　それから，2 つの半反応式を電子を消すように加えます。この場合は，そのまま加えればよく，
　　Cu ＋ SO4(2-) ＋ 4H+ → Cu(2+) ＋ SO2 ＋ 2H2O
です。あとは，両辺に SO4(2-) を 1 つずつ加えて，イオン式を分子式・組成式のかたちにします。
　　Cu ＋ 2H2SO4 → CuSO4 ＋ SO2 ＋ 2H2O
これが答えです。
　この反応は，高校化学では二酸化硫黄の実験室製法として，重要な反応式の 1 つになります。銅と硫酸の係数 1 と 2，そして反応生成物を覚えておくと，あとは数合わせで式を作れます。覚えておきましょう。

(2)
　「S」が混じっていましたか？ ふつうは「S」でなく「F2」（フッ素）が出てくるのですが，「S」が出てきたら実験例が示されるはずで，何の説明もなく「S」が出てくるというのは反則だと思います。
　F2，Cl2，Br2，I2 の組み合わせだったら，実験例が示されていなくとも答えを出す必要があります。そのためには，「ハロゲンの単体は周期表で上のものほど酸化力が強い」という事実を知らなければなりません。ですので，答えを先に言っておくと，
　　F2 ＞ Cl2 ＞ Br2 ＞ I2
となります。
　これは，次のような実験で説明されます。たとえば，ヨウ化水素酸 HI に塩素 Cl2 を通じると，ヨウ素の単体 I2 が析出します。
　　2HI ＋ Cl2 → 2HCl ＋ I2
ここで，塩素はヨウ化水素酸を酸化しています。言い換えると，塩素のほうが還元されて陰イオンになりたい，という性質が強いということになります。自分が還元されるためには相手を酸化します。一方，塩酸 HCl にヨウ素を放り込んでも，ヨウ素はなくなりません。これは，ヨウ素には塩酸を酸化する力がないということになります。
　ちなみに，フッ素の酸化力はすさまじく，酸素 O2 ですら酸化します。