電子を含む反応式 電荷

質問

酸化剤・還元剤の働きを示すイオン反応式を書くときの手順として、左辺・右辺の電荷を合わせる必要があるのはわかるのですが、
その電荷はどのようにわかるのですか？
具体的には、
濃硝酸ＨＮＯ３酸化剤として働き、ＮＯ２となった
場合は、右辺にＮＯ２とＨ２Ｏが来るのはわかりますが、ＮＯ２とＨ２Ｏの電荷が分かりません。

ご回答宜しくお願い致します。

回答No.3

htms42

イオン反応式は酸化・還元反応だけで出てくるのではありません。
電荷を合わせるというのはイオンが出てくる反応では共通に必要になることです。
酸の電離式でも電荷は合わせています。
さらに言えば化学の最初に学習した原子の構造で陽子の数と電子の数を一致させたというのも電荷の一致です。原子数の保存、電気量の保存は個別の単元を超えた大原則なのです。周期表と電子配置のところでイオンの出来方と表現を学習した時にも使っています。
Na　→　Na^+　＋　e^-
Mg　→　Mg^2+　＋　2e^-
これらは酸化・還元反応で初めて出てきたのではありませんね。
H2O　→　H^+　+　OH^-
2H2O　→　H3O^+　＋　OH^-
これは酸・塩基で出て来ています。

酸化・還元まで進んできて電子の数の合わせ方がわからないという質問がずらずら出てくるというのは不思議なことです。（この質問の前に出ている別の方の質問も電子の数の合わせ方についてのものですね。その方は同じ内容の質問を繰り返しています。）

これはやはり、酸化・還元のイオン反応式の作り方の説明に混乱を引き起こすようなおかしな内容があるからではないでしょうか。必要もないのに酸化数の変化から電子の移動が決まるとしていること、それが「規則」であるとされていることに理由があるとしか考えられません。「規則」であるということを「原理」や「法則」のようにうけとっているのでしょう。電荷の保存から決まるという大きな原則に基づいた判断が、酸化数の枠内での規則に基づいて決まるという風に矮小化されてしまっているのです。そのことで逆に電荷が電荷の保存とは別の原理で決まるのではないかと思うようになったのではないでしょうか。
酸化数の変化は反応の主役になっている元素はどれかを知るために有効なのです。

＞ＮＯ２とＨ２Ｏの電荷が分かりません。
電荷は「０」です。化学結合のところで散々使っているはずです。
酸化・還元の中でこれが分からなくなるというのは「規則」の位置づけ、内容に問題があるからです。

「規則」で決めているのはH2OやH^+を補って原子の数の一致を実現するというところです。電荷の部分ではありません。水溶液中での反応ということを前提として原子の数を一致させる簡単な手続きを考えたということです。実際の反応のしくみを表しているとは必ずしも言えないものです。だから「こういう風に表すことにしましょう」という約束なのです。

約束に従ってイオン反応式を作ってみます。
まず原子の数を合わせます。（電荷の一致を当てはめるのは最後です。）
・Hの数、Oの数は調整可能ですからH,O以外の元素の数が合っているかどうかを確認してからスタートします。
・Oの数が一致していないときはH2Oを補って合わせます。
　水溶液中であれば周囲にH2Oがいくらでもありますから調整に使うことができます。
・Hの数が一致していないときはH^+を補って合わせます。
　水溶液中でのH^+は酸性、アルカリ性という液性に関係するものですから液性の変化として調整可能です。
　H^+は電荷をもっていますので電荷の調整にも関係してきます。
最後に残った電荷の不一致は電子e^-を補って合わせます。
（酸化数は必要ありません。この式に合うように酸化数を決めることができるのです。それを逆転させてしまったのが受験化学です。数研の教科書で広まったようです。）

約束にしたがって半反応式を作ってみます。
硝酸は酸化剤として働くとき反応条件の違いによって生じる物質が異なります。
(イ)H2が発生する　イオン化傾向の大きい金属が相手の場合・・・・普通の酸と共通、
(ロ)NOが発生する　希硝酸
(ハ)NO2が発生する　濃硝酸
(イ)の反応が起こらないという条件であれば(ロ)か(ハ)です。
この問題で濃硝酸の反応としているのは暗黙の了解として(イ)の起らない条件を想定しているということです。
（濃硝酸とMgを反応させるということであればややこしい反応が起こるはずです。たぶん、H2,NO2以外の物質もいろいろできるでしょう。）

（１）HNO3　→　NO2　　　
　　　これを柱にしてイオン反応式（半反応式）を作ります。
　　　酸化剤と還元剤の反応の反応式を作るための部品となる反応式が「半反応式」です。
　　　この式ではNの数は合っていますが、Hの数、Oの数が合っていません。
（２）Oの数を合わせるためにH2Oを右辺に補います。
　　　HNO3　→　NO2　＋　H2O
（３）Hの数が合っていませんのでH^+を左辺に補います。
　　　HNO3　＋　H^+　→　NO2　＋　H2O
　　　　これで原子の数はすべて合いました。
（４）左辺に＋が一つあります。右辺は電荷が０です。
　　　左辺にe^-を一つ補って左辺の電荷の合計を０にします。
　　　HNO3　＋　H^+　＋　e^-　→　NO2　＋　H2O
　　　　ここで　H^+　+　e^-　を　H　としてはいけません。H2にしてもいけません
　　　　水溶液中にはH、H2は存在しません。H2の発生する可能性も除外されています。
　　　　H^+は酸性を示しているイオンです。
　　　　硝酸は酸性の物質ですからH^+の供給源になることができます。
　　　　水溶液中にe^-は存在しません。硝酸が反応するときに反応の相手からもらう電子です。
　　　　（この相手がいなければ反応は起こりません。）
　　　　その2つがHNO3と合わさってNO2とH2Oに変わるという変化が起こります。　

相手の物質が銅であれば
　Cu　+　2H^+　＋　２HNO3　→　Cu^2+　＋　２NO2　＋　２H2O
　Cuは電子を２つ出してイオンになっています。
　Cu　→　Cu^2+　+　2e^-
　この電子がHNO3の変化に使われています。

回答No.2

nananotanu

生成物に電荷があるなら、それは明記されますよね？　ＮＯ２やＨ２Ｏなど、＋や―が付いていない、ということはトータルで電荷が打ち消されている、ということです。

式の左右全体で電荷(電子の数)が合わないように思えるのは、#1さんが書かれているように「Nの内部で」取り込まれてしまっているからです。それが酸化還元、ってものです。

回答No.1

Saturn5

ＮＯ２やＨ２Ｏには電荷はありません。
ＯＨ－ならば電荷は－１です。

この反応で酸化数が変化しているのはＮ原子なので、Ｎ原子の酸化数の
変化に着目してください。
ＮＮＯ３のなかのＮ原子の電荷は＋５で、ＮＯ２の中のＮ原子の電荷は＋４です。
よって、ＨＮＯ３は電子を１つ取得します。