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酸化と還元について

酸化とは酸素原子を得、水素原子と電子を失うことにより、酸化数が増加するもの。還元とは、酸素原子を失い、水素原子と電子を得、酸化数が減少することと習ったのですが、 SO2 + Cl2 + H2O > H2SO4 + 2HCl HCl は、H(+) と Cl (-) の化合物で、Cl (-) の酸化数は -1。 よって、Cl2 (単体: 酸化数0) > Cl (-) (酸化数-1) へ減少。よって、Cl2は、還元された。 しかし、H2SO4の場合、H2 (酸化数:1), S (酸化数:6), O4 (酸化数: -2)。確かに、SO2, S (酸化数: 4) O2 (酸化数: -2) のSの酸化数は増えていますが、同時にH2を受けとっていますよね。SO4は酸化したとよべるのですか。 教えてください。

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酸化・還元は、その定義が多様です(精緻になると同時に、適用範囲が明確になってきました)。 酸化される: (1)酸素と反応すること。 (2)水素を奪われること。 これらは、個々の原子レベルの話ではなく、「化学物質」が、酸化されるというレベルの定義です。 (3)電子を奪われること。 これは、化学物質そのものというよりも、物質を構成している個々の原子のレベルで、電子の授受を考える定義です。もっとも洗練された定義で、適用範囲が広くなっています。 SO2+Cl2+H2O→H2SO4+2HCl SO2とH2Oとを別々に考えると紛らわしくなりますが、H2SO3となっていると考えるとわかり易いでしょう。 SO2+H2O=H2SO3 とみなすのです。 この見方で、反応式を見直しますと H2SO3+Cl2+H2O→H2SO4+2HCl と書けることがおわかりでしょう。 H2SO3(実質的にはSO2)は酸素Oを得ましたから、定義(1)から、「酸化された」と言えます。 Cl2は水素Hを得ました。これは、定義(2)の"還元"定義に合いますから、「還元された」と言えます。   SO2は、HやOと結合していますから、「還元された」と同時に「酸化された」ように見えます。 でも、SO2とHとの関係は、Hは H+ の形で存在するだけで、 SO4-- と電気的に結合したように見えるに過ぎませんから、SO2と結合(SO2がHを得た)とは判断すべきでない、ということになりそうです。 これに対して、SO2 と O との関係では、SO2 自体が、O と結合して SO4-- となったのですから、こちらは実質的にも O と結合したと判断すべきでしょう。 このように、酸素や水素との関係で判断すると、紛らわしさ(わりきれなさ)が残ります。このような点を解消するには、定義(3)の電子の授受(それは、酸化数の変化から判断できます)で見るしかないようです。 SO2 の S の酸化数は +4 、O の酸化数は -2 です。 Cl2 の酸化数は 単体ですから 0 です。 反応後、S は SO4-- となっていますから、その S の酸化数は +6、O は -2です。 HCl の Cl は、Cl- となっていると見なせますから Cl の酸化数は -1 です。 H2O の H,O は、反応の前後で、酸化数は変化していません。 以上から、酸化されたのは S 原子で、還元されたのは Cl 原子だった。H,O の原子は酸化も還元もされていなかった、と判断されることになります。 物質レベルでは、 S を含む SO2 が酸化され、Cl2 が還元されたことになります。

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質問者からのお礼

わかりやすい回答をありがとうございます。 SO2+H2O=H2SO3 と考えると、H2SO4はもう一つ酸素原子をもらっていることになりますね。 よって酸化されたといえます。逆に、Cl2はClを一個失い、2個の水素原子をもらっているので還元されたといえますね。酸化数で比べても、SO4は物質レベルで酸化された、またCl2は物質レベルで還元されたといえますね。SO4- と、H+ は結合したようにみえるだけで、実質的には結合していないのですね。分かりました。ただ、2HCl において、 2H+ と Cl- の酸化数の和は0になると思うのですが、この場合、2x(1)+ (-1)= -1 と考えずに、1x(1)+ (-1)=0 と考えてよろしいのでしょうか。

その他の回答 (2)

  • 回答No.2
noname#160321
noname#160321

SO2とH2SO4を比べると、後者ではHが二つOも二つ増えています。 H2O(水)がついた場合(亜硫酸になります)は酸化も還元もされませんが、それに比し酸素が一つ多いので酸化されたことになります。 なお硫酸は通常はSO3を水と反応させて作ります。

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  • 回答No.1

SO2から比べてHも増えてますがOも増えてますよね。 トータルで考えると酸化されてます。

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