酸化還元反応とは?酸化数・半反応式・反応式の作り方を例題で徹底解説

酸化還元反応とは?酸化数・半反応式・反応式の作り方を例題で徹底解説
オニ坊

酸化は酸素と結び付くことだと習ったのに、電子や酸化数でも判定すると言われて混乱しています。酸化剤と還元剤は名前が反対に見えますし、半反応式から化学反応式を作る手順も覚えられません。

菅澤

判断の軸を「電子を失った側が酸化、受け取った側が還元」に固定しよう。酸化数は、電子の移動を反応式から読み取るための帳簿だ。半反応式も、原子数と電荷を順番に合わせれば暗記ではなく作れる。酸化された物質・還元された物質と、酸化剤・還元剤を区別するところまで一気に整理するぞ。

酸化還元反応は、燃焼、金属の反応、電池、電気分解、漂白、呼吸などを同じ「電子の受け渡し」で説明する考え方です。ところが学習の入口では、酸素の増減、水素の増減、電子の授受、酸化数の増減という複数の表現が並ぶため、別々の規則に見えやすくなります。本記事では四つの見方を一つの原理へつなぎ、酸化数の求め方、酸化剤・還元剤の見分け方、半反応式とイオン反応式の作り方、係数と物質量の関係まで、途中式付きの例題で解説します。

文部科学省の高等学校学習指導要領解説でも、酸化・還元の定義を酸素や水素の授受から電子の授受へ広げ、両者が常に同時に起こること、反応に関与する原子やイオンの酸化数の増減で説明できることが示されています。最初に全体像をつかみ、その後は「誰が電子を出し、誰が受け取ったか」を毎回同じ順序で追いましょう。

目次

  1. 酸化還元反応とは?4つの見方を電子の授受で統一する
  2. 酸化と還元の見分け方|酸素・水素・電子を例題で追う
    1. 酸素で判定する例|2Mg + O₂ → 2MgO
    2. 酸素と水素で判定する例|CuO + H₂ → Cu + H₂O
    3. 電子で判定する例|Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
  3. 酸化数の求め方|基本ルール・例外・計算例を整理
    1. 例1|H₂SO₄のSは+6
    2. 例2|KMnO₄のMnは+7
    3. 例3|NH₄⁺のNは−3
    4. 例外|H₂O₂のOは−1
  4. 酸化剤と還元剤の見分け方|自分自身の変化は名前と逆になる
    1. Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cuで見分ける
    2. CuO + H₂ → Cu + H₂Oで見分ける
  5. 半反応式の作り方|原子数と電荷を6ステップで合わせる
    1. 還元の半反応式|MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O
    2. 酸化の半反応式|Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻
    3. 二つの半反応式を足す
  6. 酸化還元反応式の作り方|半反応式からイオン反応式・分子式へ
    1. 例題|酸性条件のMnO₄⁻とH₂O₂
    2. イオン反応式から分子式へ戻す
  7. 酸化還元反応の例題とコツ|電子数・係数・molをつなぐ
    1. 例題1|2.0 molのMnO₄⁻に必要なH₂O₂
    2. 例題2|Fe²⁺とMnO₄⁻のmol比
    3. 例題3|酸化数だけで係数を合わせる
    4. 例題4|酸化還元反応かどうかを判定する
    5. よくあるミスと直し方
  8. 酸化還元反応は「普通の対策」では得点源にならない
    1. 選択肢① 独学・参考書だけでは誤答段階を特定しにくい
    2. 選択肢② 映像授業・アプリでは視聴と式の再現が分かれる
    3. 選択肢③ 集団授業の大手予備校では弱点別に課題を変えにくい
    4. 選択肢④ 一般的な個別指導塾でも週1回の外が残る
  9. 鬼管理専門塾の特徴
    1. ❶ 1日単位で数値化した学習指示
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    5. ❺ 大学受験・英語資格までの専門コース
    6. ❻ LINE質問対応・無料説明会・資料請求
  10. まとめ|酸化還元反応は電子・酸化数・保存則でつながる
  11. よくある質問
    1. Q. 酸化還元反応とは簡単に言うと何ですか?
    2. Q. 酸化と還元はどのように見分けますか?
    3. Q. 酸化剤はなぜ自分自身が還元されるのですか?
    4. Q. 酸化数の基本ルールは何ですか?
    5. Q. 半反応式で電子はどちら側に書きますか?
    6. Q. 酸性条件の半反応式はどの順番で作りますか?
    7. Q. 酸化還元反応式の係数はどう決めますか?
    8. Q. 酸化還元反応ではない反応もありますか?
    9. Q. 過酸化水素は酸化剤と還元剤のどちらですか?
    10. Q. 酸化還元のmol比はどのように求めますか?
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酸化還元反応とは?4つの見方を電子の授受で統一する

酸素の授受 結合・脱離を見る 水素の授受 脱離・結合を見る 電子の授受 失う・受け取る 酸化数 増減を追う
酸素・水素による見方を、電子の授受と酸化数の増減へ広げて酸化還元反応を統一的に捉える関係図

酸化還元反応とは、ある粒子から別の粒子へ電子が移動する反応です。電子を失う変化が酸化、電子を受け取る変化が還元です。一方が電子を放出するだけ、または一方が電子を受け取るだけでは電子の行き先や出所がなくなるため、酸化と還元は必ず同時に起こります。この点が、中和反応を水素イオンの移動として見る考え方との大きな違いです。

📚 用語解説

酸化:物質が電子を失う変化。反応前後で注目原子の酸化数は増加します。酸素を受け取る、水素を失う変化も酸化として説明できます。

📚 用語解説

還元:物質が電子を受け取る変化。反応前後で注目原子の酸化数は減少します。酸素を失う、水素を受け取る変化も還元として説明できます。

IUPAC Gold Bookは酸化を、電子の正味の除去、原子の酸化数の増加、酸素の獲得または水素の喪失という観点で示しています。還元はその逆方向です。高校化学では、まず酸素・水素で目に見える変化を確認し、酸素も水素も現れない反応を電子と酸化数で判定すると、定義が増えたのではなく、適用範囲が広がったと理解できます。出典はIUPACの酸化の定義と還元の定義です。

見方酸化還元使いやすい場面
酸素酸素を受け取る酸素を失う燃焼・金属酸化物
水素水素を失う水素を受け取る酸化物と水素・有機反応
電子電子を失う電子を受け取るイオン反応・電池
酸化数酸化数が増える酸化数が減る複雑な化学反応式
最優先で覚える一組

「電子を失う=酸化=酸化数が増える」「電子を受け取る=還元=酸化数が減る」の一組を基準にします。酸素と水素による判定は、電子移動を見つける補助線として使います。

たとえば亜鉛原子がZn → Zn2+ + 2e−と変化すれば、電子を2個失っているため酸化です。銅イオンがCu2+ + 2e− → Cuと変化すれば、電子を2個受け取っているため還元です。二式を足すとZn + Cu2+ → Zn2+ + Cuとなり、放出電子と受取電子が相殺されます。化学反応式全体に電子が残らないのは、反応の中で電子が一方から他方へ渡されたからです。

勉強では、反応式を見た瞬間に物質名を暗記で分類しないでください。まず反応前後に同じ元素を探し、その元素の電子または酸化数がどう変わったかを矢印で結びます。酸化と還元の両方が見つかれば酸化還元反応です。どの元素の酸化数も変わらなければ、沈殿や中和など別の種類の反応である可能性を検討します。

オニ坊

酸素が反応式にないZnとCuイオンの反応でも、亜鉛が出した電子を銅イオンが受け取るので酸化還元反応なのですね。まず電子を失った側と受け取った側を一組で探します。

菅澤

その見方が土台だ。酸素・水素は分かりやすい入口だが、最終判定は電子または酸化数で行える。「酸化だけが起きた」と答案に書かず、必ず相手側の還元も探す習慣を付けよう。

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酸化と還元の見分け方|酸素・水素・電子を例題で追う

電子の移動方向 電子を出す側 酸化される 電子の移動 同数を授受 電子を受ける側 還元される
電子を放出する物質から受け取る物質へ移動し、両側の電子数が一致する関係を示す1軸図

酸素で判定する例|2Mg + O₂ → 2MgO

マグネシウムMgは酸素O2と結び付き、酸化マグネシウムMgOになります。酸素を受け取ったMgは酸化されました。一方、O2は相手へ酸素を与えたと表現するより、電子の視点で見るとMgから電子を受け取って還元されたと判断できます。Mgの酸化数は0から+2へ増え、Oは0から−2へ減ります。係数2は原子数をそろえるための数で、酸化数そのものではありません。

酸素と水素で判定する例|CuO + H₂ → Cu + H₂O

酸化銅(Ⅱ)CuOは酸素を失ってCuになるため還元されます。水素H2は酸素を受け取ってH2Oになるため酸化されます。水素の見方では、CuO側が水素を受け取るわけではありませんが、Hは単体中の0から水中の+1へ酸化数が増え、CuはCuO中の+2から単体の0へ減るので、電子の授受でも同じ結論になります。この反応は文部科学省の高卒認定試験の公式問題でも、酸化数の変化を問う題材として扱われています。

電子で判定する例|Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

酸素も水素もない場合は電子を直接追います。Zn → Zn2+ + 2e−では亜鉛が電子を2個失うため酸化です。Cu2+ + 2e− → Cuでは銅イオンが電子を2個受け取るため還元です。硫酸銅水溶液へ亜鉛を入れる反応を分子式で書くとZn + CuSO4 → ZnSO4 + Cuですが、硫酸イオンSO42−は反応前後で変化しない傍観イオンです。

📚 用語解説

傍観イオン:水溶液中の反応で、反応前後に同じ形で存在し、正味の変化に関与しないイオン。イオン反応式では両辺から消去します。

反応酸化されたもの還元されたもの判定の根拠
2Mg + O₂ → 2MgOMgO₂Mgが酸素を受け取り、Oが電子を受け取る
CuO + H₂ → Cu + H₂OH₂CuOH₂が酸素を受け取り、CuOが酸素を失う
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + CuZnCu²⁺Znが2e⁻を失い、Cu²⁺が2e⁻を受け取る
2Na + Cl₂ → 2NaClNaCl₂Naが電子を失い、Clが電子を受け取る
⚠️ 「酸素がないから酸化還元ではない」は誤り

酸化という名称に酸素が含まれていても、現在の判定範囲は電子の授受まで広がっています。単体とイオンの置換反応、電池の電極反応などは、酸素が登場しなくても代表的な酸化還元反応です。

見分ける手順は、①酸素の増減、②水素の増減、③電荷の変化、④酸化数の増減の順に確認すると効率的です。ただし①や②だけで判定できても、最後に酸化数を確認すると取り違えを防げます。電池や電気分解との関係を先に整理したい場合は、既存記事の電池と電気分解の違い・半反応式の見分け方も併せて確認してください。

答案では「Mgは酸化した」だけで終えず、「Mgの酸化数が0から+2へ増加したので酸化された」のように、注目元素、変化前、変化後、結論を一文で結びます。これにより、酸化された物質と酸化剤を混同していないかを自分で点検できます。反応式の係数が大きくても、酸化数は物質全体ではなく、注目する原子1個について判断します。

オニ坊

CuOは酸素を失うから還元、H₂は酸素を受け取るから酸化です。さらにCuは+2から0、Hは0から+1と確認すれば、酸素の見方と酸化数の見方が同じ結論になると分かります。

菅澤

よい確認だ。分かりやすい反応で四つの見方を重ねると、酸素のない反応にも応用できる。必ず同じ元素を反応前後で対応させ、係数ではなく原子1個の変化を見ること。

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酸化数の求め方|基本ルール・例外・計算例を整理

反応前 7/Mn:+7 2/Cu:+2 0/単体:0 -1/過酸化物:-1 反応後 2/Mn:+2 0/Cu:0 -2/O:-2 -3/N:-3
反応前後の酸化数を同じ元素について対応させ、増加なら酸化、減少なら還元と判定するための対応図

酸化数は、化合物中の結合電子を一定の約束で原子へ割り当てたと仮定したとき、その原子がもつ形式的な数です。実際の部分電荷をそのまま測った値ではありませんが、反応前後の電子の移動方向を追跡する帳簿として働きます。IUPACも酸化状態を、電子を数えることによって原子の酸化の程度を示す数値的属性として説明しています。

📚 用語解説

酸化数:化合物やイオンの中で、一定の規則に従って各原子へ割り当てる形式的な数。反応前後で増えれば酸化、減れば還元です。

基本ルール酸化数例
単体を構成する原子0H₂、O₂、Fe、S₈
単原子イオンイオンの電荷と同じNa⁺は+1、Fe³⁺は+3、Cl⁻は−1
化合物中のH原則+1H₂OのHは+1。金属水素化物では−1
化合物中のO原則−2H₂OのOは−2。過酸化物では−1
中性化合物の総和0H₂SO₄全体では0
多原子イオンの総和イオン電荷SO₄²⁻全体では−2

例1|H₂SO₄のSは+6

Hの酸化数を+1、Oを−2、Sをxと置きます。中性分子なので総和は0です。2×(+1) + x + 4×(−2) = 0より、2 + x − 8 = 0、したがってx=+6です。「硫黄だから決まった数」と覚えるのではなく、既知のHとOから総和の式を作るのが基本です。

例2|KMnO₄のMnは+7

Kはアルカリ金属なので+1、Oは原則−2です。Mnをxとすると、(+1) + x + 4×(−2) = 0です。よってx=+7になります。酸性条件でMnO4−がMn2+へ変化すると、Mnの酸化数は+7から+2へ5だけ減るため、Mn原子1個あたり電子を5個受け取って還元されます。

例3|NH₄⁺のNは−3

多原子イオンでは酸化数の総和をイオン全体の電荷に合わせます。Nをx、Hを+1とすると、x + 4×(+1) = +1です。したがってx=−3です。右辺を0にしてしまうと誤答になるので、式を書く前に中性分子かイオンかを確認し、右上の電荷を総和へ反映します。

例外|H₂O₂のOは−1

過酸化水素H2O2ではHが+1で、中性分子の総和が0です。Oをxとすると2×(+1)+2x=0よりx=−1です。酸素を常に−2と決めつけると、過酸化物を含む反応で電子数が合いません。高校化学では、過酸化物のOが−1である例外を優先して確認します。同様に、金属水素化物ではHが−1になる例外があります。

✔️単体の酸化数を0としたか
✔️単原子イオンの酸化数を電荷と同じにしたか
✔️Hは原則+1、Oは原則−2としてから例外を確認したか
✔️中性分子の総和を0、多原子イオンの総和を電荷に合わせたか
✔️反応前後で同じ元素の酸化数を比較したか

酸化数を付ける目的は、すべての原子について数字を書き並べることではありません。反応前後で形が変わった元素、単体とイオンの間を移った元素、代表的な酸化剤・還元剤の中心元素から優先して調べます。変化する元素が見つかったら、増加量と減少量を原子数も含めて数え、失われた電子数と受け取られた電子数をそろえます。

💡 酸化数の符号を声に出す

「プラス7からプラス2へ5下がる」のように符号を含めて読みます。+7から+2は数字が小さくなるので還元です。−2から0は見た目にマイナスが消えるため、値は増加しており酸化です。

オニ坊

酸化数は物質全体の電荷ではなく、注目する原子に割り当てる数なのですね。中性なら総和0、イオンなら総和を電荷に合わせ、H₂O₂のO=−1のような例外も式から確認します。

菅澤

そのとおり。先に規則を当て、総和の一次方程式で未知の酸化数を求める。その後に同じ元素の反応前後を比べれば、暗記に頼らず酸化・還元と電子数まで判定できる。

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酸化剤と還元剤の見分け方|自分自身の変化は名前と逆になる

相手への働き 自分の変化 還元される側 相手を酸化 相手を還元 酸化される側 酸化剤 相手を酸化・自分は還元 還元剤 相手を還元・自分は酸化 酸化された物質 電子を失う側 還元された物質 電子を受ける側
相手に及ぼす働きで付く「剤」の名前と、その物質自身に起こる変化が逆向きになる関係を整理したマトリクス

酸化剤は、相手から電子を受け取って相手を酸化する物質です。電子を受け取るので、酸化剤自身は還元されます。還元剤は、相手へ電子を与えて相手を還元する物質です。電子を失うので、還元剤自身は酸化されます。名前は「自分に何が起きるか」ではなく、「相手に何を起こすか」で付いている点が最大の注意点です。

📚 用語解説

酸化剤:相手から電子を受け取って相手を酸化する物質。酸化剤自身は電子を受け取り、還元されて酸化数が下がります。

📚 用語解説

還元剤:相手へ電子を与えて相手を還元する物質。還元剤自身は電子を失い、酸化されて酸化数が上がります。

Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cuで見分ける

Znは0から+2へ酸化数が上がり、2e−を失って酸化されます。その電子をCu2+へ与え、Cu2+をCuへ還元するので、Znは還元剤です。Cu2+は+2から0へ酸化数が下がり、2e−を受け取って還元されます。相手のZnを酸化したので、Cu2+は酸化剤です。

CuO + H₂ → Cu + H₂Oで見分ける

CuO中のCuは+2から0へ下がって還元されるため、CuOは酸化剤として働きます。H2中のHは0から+1へ上がって酸化されるため、H2は還元剤として働きます。「CuOが還元されたから還元剤」と書くのは逆です。還元された物質は相手を酸化しているので酸化剤、酸化された物質は相手を還元しているので還元剤です。

確認項目酸化剤還元剤
電子受け取る与える
自分自身還元される酸化される
自分の酸化数減少する増加する
相手への作用相手を酸化する相手を還元する
例Cu²⁺、酸性MnO₄⁻Zn、Fe²⁺、H₂
名前を決める3ステップ

①同じ元素の酸化数を反応前後で比べる、②増えた側を酸化・減った側を還元と決める、③酸化された側を還元剤、還元された側を酸化剤と決めます。最初から物質名だけで分類しないことが重要です。

過酸化水素H2O2のように、反応相手によって酸化剤にも還元剤にもなり得る物質があります。H2O2中のOは−1なので、H2O中の−2へ下がれば還元されて酸化剤、O2中の0へ上がれば酸化されて還元剤です。物質名を見ただけで決めず、生成物まで見て酸化数の行き先を確認してください。

⚠️ 「強い酸=強い酸化剤」とは限らない

酸・塩基の強さは水素イオンを与える性質、酸化剤の強さは電子を受け取る性質に関する別の概念です。名称や印象ではなく、半反応式と反応前後の酸化数で判断します。

実際の問題では、反応条件も必ず確認します。過マンガン酸イオンの生成物は液性によって変わり、酸性条件でMn2+へ進む半反応式と、中性・塩基性条件で別の生成物へ進む式を同じに扱えません。問題文に「硫酸酸性」「酸性水溶液中」とあれば、H+とH2Oを使って原子数と電荷を合わせます。

オニ坊

酸化剤は電子を受け取るから、自分は還元される。還元剤は電子を与えるから、自分は酸化される。名前は相手への働きで付くと考えれば、逆に見える関係を整理できます。

菅澤

その理解で正しい。迷ったら「剤」という語をいったん外し、自分の酸化数の増減だけを先に決めよう。最後に、酸化された側は還元剤、還元された側は酸化剤と役割名を付ければよい。

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半反応式の作り方|原子数と電荷を6ステップで合わせる

Step1 骨格を書く 変化する粒子 Step2 中心元素 原子数を調整 Step3 Oを合わせる H₂Oを加える Step4 Hを合わせる H⁺を加える Step5 電荷を合わせる e⁻を加える Step6 両方を検算 原子数と電荷
酸性条件の半反応式を、骨格式から原子数と電荷の検算まで組み立てる6ステップ

📚 用語解説

半反応式:酸化反応または還元反応の一方だけを、授受する電子e⁻を明示して表した式。二つを電子数が消える比で加えると全体式になります。

半反応式は、酸化剤または還元剤の一方だけの変化を電子入りで表した式です。暗記した式を思い出せないときも、酸性条件なら「中心元素→OをH2O→HをH+→電荷をe−」の順にそろえれば作れます。途中で電子を先に置くと、原子数の調整後に電荷が再びずれやすいため、電荷合わせは最後に行います。

1
変化する粒子だけで骨格式を書く酸性条件でMnO₄⁻がMn²⁺へ変化するなら、まずMnO₄⁻ → Mn²⁺と書きます。
2
酸化数が変わる中心元素を合わせるこの例ではMnが左右1個ずつなので係数はそのままです。複数個なら先に係数を付けます。
3
O原子をH₂Oで合わせる左辺にOが4個あるので、右辺へ4H₂Oを加えます。
4
H原子をH⁺で合わせる右辺の4H₂OにHが8個あるので、左辺へ8H⁺を加えます。
5
電荷をe⁻で合わせる左辺は−1+8=+7、右辺は+2です。左辺へ5e⁻を加えると両辺が+2になります。
6
原子数と電荷を別々に検算する完成式MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂OについてMn、O、Hの数と左右の総電荷を確認します。
骨格式を書く
→
中心元素を合わせる
→
OをH₂Oで調整
→
HをH⁺で調整
→
電荷をe⁻で調整
→
原子数と電荷を検算

還元の半反応式|MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O

完成した式では電子e−が左辺にあります。MnO4−が電子を受け取る側なので還元です。Mnの酸化数は+7から+2へ5下がり、式中の5e−と一致します。原子数はMnが1、Oが4、Hが8で左右一致し、総電荷は左辺が−1+8−5=+2、右辺も+2です。ここまで確認して初めて完成です。

酸化の半反応式|Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻

Fe2+はFe3+へ変化すると酸化数が+2から+3へ1増えます。電子を1個失うため、電子は右辺に置き、Fe2+ → Fe3+ + e−です。原子数は左右ともFeが1個、総電荷は左辺+2、右辺+3−1=+2です。電子が右辺なら酸化、左辺なら還元という最終確認もできます。

二つの半反応式を足す

MnO4−側は5e−を受け取り、Fe2+側は1e−を放出します。Fe側の式全体を5倍して電子数を5個にそろえ、二式を加えて両辺の電子を消します。すると、MnO4− + 8H+ + 5Fe2+ → Mn2+ + 4H2O + 5Fe3+です。この式でも原子数と総電荷を再確認してください。左辺の総電荷は−1+8+10=+17、右辺は+2+15=+17です。

検算対象左辺右辺判定
Mn原子1個1個一致
Fe原子5個5個一致
O原子4個4個一致
H原子8個8個一致
総電荷+17+17一致
電子加算前5e⁻加算前5e⁻加算後に消去
⚠️ H⁺とH₂Oを自由に使えるのは条件を確認してから

上の作り方は酸性条件の基本手順です。塩基性条件ではOH⁻を用いる調整が必要です。問題文の液性と、与えられた酸化剤・還元剤の生成物を確認せずに同じ半反応式を流用しないでください。

半反応式の暗記は、完成後の照合には役立ちますが、係数を一つ忘れたときに復元できません。毎回、原子数の保存と電荷の保存という二つの条件から作り直す練習をしてください。電子数は中心元素の酸化数変化とも一致するため、原子・電荷・酸化数の三方向から検算するとミスを発見しやすくなります。

オニ坊

MnO₄⁻の式は丸暗記ではなく、Oを4H₂O、Hを8H⁺で合わせ、最後に電荷差を5e⁻で合わせれば復元できます。完成後はMnの+7から+2という変化とも照合します。

菅澤

その順序を固定しよう。半反応式は「原子数」と「電荷」という二つの保存を満たす連立作業だ。二式を足すときは最小公倍数で電子数をそろえ、電子が完全に消えたことまで確かめる。

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酸化還元反応式の作り方|半反応式からイオン反応式・分子式へ

どの式まで必要か 電子を示す 半反応式 正味の変化 イオン反応式 試薬名まで示す 分子式 量を計算する 係数比を使う
問題が求める情報に応じて、半反応式・イオン反応式・分子式・係数比のどこまで作るかを選ぶ判断図

酸化還元反応式を作るときは、まず酸化剤と還元剤の半反応式を用意し、電子数をそろえて足します。この段階で得られるのが正味のイオン反応式です。問題が試薬の化学式を含む分子式を求めるなら、最後に傍観イオンを戻して分子としてまとめます。最初から分子式の係数を目算すると、H、O、電荷のどこがずれたか分からなくなります。

例題|酸性条件のMnO₄⁻とH₂O₂

酸性条件で過マンガン酸イオンMnO4−と過酸化水素H2O2が反応し、Mn2+とO2が生じる反応を組み立てます。還元側はMnO4− + 8H+ + 5e− → Mn2+ + 4H2Oです。酸化側はH2O2 → O2 + 2H+ + 2e−です。

電子数5と2の最小公倍数は10なので、MnO4−側を2倍、H2O2側を5倍します。加えて両辺に共通する10e−とH+を整理すると、2MnO4− + 5H2O2 + 6H+ → 2Mn2+ + 5O2 + 8H2Oです。これが正味のイオン反応式です。

電子係数をそろえる計算

MnO₄⁻ 1 molは5 molの電子を受け取り、H₂O₂ 1 molは2 molの電子を失います。受取電子と放出電子をともに10 molへそろえるため、MnO₄⁻:H₂O₂=2:5になります。

イオン反応式から分子式へ戻す

試薬がKMnO4、H2O2、H2SO4である場合、K+とSO42−を戻して塩を作ります。完成する分子式は、2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O + 5O2です。K、Mn、S、H、Oの原子数を左右で数え、係数の最大公約数が1であることまで確認します。

式の種類電子e⁻傍観イオン主な用途
半反応式書く通常は含めない一方の酸化・還元と電子数を示す
イオン反応式加算して消す消去する水溶液中の正味の変化を示す
分子式現れない試薬・生成物として戻す実際の物質どうしの反応を示す
量的関係授受量を使う必要に応じて考慮mol比・濃度・質量を計算する

単純な反応式では、酸化数の増減から係数を直接合わせる方法も使えます。たとえばCuO + H2 → Cu + H2Oは、Cuが+2から0へ2減り、H2のH二つが0から+1へ合計2増えるため、電子数が最初から一致しています。しかし複雑な酸化剤・還元剤では、半反応式を分けた方が原子数と電荷を確実に管理できます。

酸化還元に限らない化学反応式の係数合わせやイオン反応式の基本が曖昧なら、化学反応式の書き方と係数・イオン反応式の解説を先に復習してください。本記事では、その一般的な係数合わせへ「電子数の保存」という追加条件を加えていると捉えると、学習内容をつなげられます。

✔️二つの半反応式で電子が左右反対にあるか
✔️電子係数を最小公倍数でそろえたか
✔️加算後に電子と両辺共通の粒子を消去したか
✔️イオン反応式の原子数と総電荷が一致するか
✔️分子式へ戻した後にすべての元素数を再点検したか
✔️係数が最も簡単な整数比になっているか

反応式を完成したら、見た目で正しそうと判断せず、検算欄を作ります。原子数は元素ごと、電荷は式全体、電子数は半反応式ごとに確認します。この三つが同時に一致すれば、係数の信頼性が高まります。逆に一つでも合わなければ、傍観イオンを戻す前のイオン反応式へ戻って修正してください。

オニ坊

まず半反応式で電子をそろえ、正味のイオン反応式を作り、最後に傍観イオンを戻して分子式にするのですね。途中段階を分ければ、どこで係数を間違えたかも見つけやすくなります。

菅澤

その通りだ。複雑な式ほど一度に完成させようとしない。電子、原子、電荷を段階別に保存し、最後に全元素の数と最簡整数比を確認すれば、初見の酸化還元反応にも対応できる。

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酸化還元反応の例題とコツ|電子数・係数・molをつなぐ

授受する電子の物質量 MnO₄⁻ 1 mol 5 mol e⁻/5 mol受取 H₂O₂ 1 mol 2 mol e⁻/2 mol放出 MnO₄⁻ 2 mol 10 mol e⁻/10 mol受取 H₂O₂ 5 mol 10 mol e⁻/10 mol放出
1 molあたりの電子数を最小公倍数10 molへそろえ、MnO₄⁻とH₂O₂の係数比2:5を導く比較図

酸化還元反応の量的関係では、化学反応式の係数比をいきなり暗記せず、「酸化剤が受け取る電子の物質量」と「還元剤が失う電子の物質量」が等しいことを使います。これは電子が途中で消滅したり増えたりせず、一方から他方へ同じ量だけ移るためです。文部科学省の公式問題でも、この等量関係を使って物質量を求める出題があります。

半反応式を作る
→
1 molあたりのe⁻数を読む
→
受取量=放出量と置く
→
物質量比を求める
→
質量・濃度へ換算

例題1|2.0 molのMnO₄⁻に必要なH₂O₂

問題

酸性条件でMnO₄⁻ 2.0 molと過不足なく反応するH₂O₂は何molか。MnO₄⁻は1 molあたり5 molの電子を受け取り、H₂O₂は1 molあたり2 molの電子を失うものとします。

MnO4−が受け取る電子は2.0 mol×5=10 molです。H2O2の物質量をx molとすると、失う電子は2x molです。受取量と放出量を等しくして2x=10より、x=5.0 molです。完成式の係数比MnO4−:H2O2=2:5から求めても同じ結果になります。

例題2|Fe²⁺とMnO₄⁻のmol比

問題

酸性条件でMnO₄⁻とFe²⁺が反応するとき、両者の物質量比を求めてください。生成物はMn²⁺とFe³⁺とします。

MnO4− 1 molは5 molの電子を受け取ります。Fe2+ 1 molはFe3+になるとき1 molの電子を失います。よって電子量をそろえるにはFe2+が5 mol必要で、MnO4−:Fe2+=1:5です。イオン反応式の係数とも一致します。

例題3|酸化数だけで係数を合わせる

問題

Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂の係数を最も簡単な整数比でそろえてください。

Fe2O3中のFeは+3で、単体Feの0へ1原子あたり3減ります。Feは2原子あるので合計6減ります。CO中のCは+2、CO2中では+4で、1原子あたり2増えます。増加量を6にするにはCOが3個必要です。したがってFe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2です。最後にOが左6個、右6個と確認します。

例題4|酸化還元反応かどうかを判定する

反応酸化数の変化判定
HCl + NaOH → NaCl + H₂O各元素で変化なし中和。酸化還元ではない
Ag⁺ + Cl⁻ → AgClAgは+1、Clは−1のまま沈殿。酸化還元ではない
2KClO₃ → 2KCl + 3O₂Cl:+5→−1、O:−2→0酸化還元
2H₂O₂ → 2H₂O + O₂O:−1→−2と0自己酸化還元

📚 用語解説

自己酸化還元反応:同じ種類の物質中の同一元素が、一部は酸化され、別の一部は還元される反応。不均化反応とも呼ばれます。

H2O2の分解では、Oの酸化数−1がH2O中の−2へ下がる変化と、O2中の0へ上がる変化が同時に起こります。同じ物質が酸化剤と還元剤の両方を担うため、反応物が一種類でも酸化還元反応になり得ます。「二種類の物質が必要」という思い込みを避け、酸化数の増加と減少が両方あるかで判断します。

よくあるミスと直し方

ミス原因直し方
酸化剤と酸化された物質を混同名前を自分の変化だと思う剤は相手への働きと確認する
係数を酸化数に掛け忘れる原子1個だけを見る酸化数差×変化する原子数で数える
多原子イオンの総和を0にする電荷を見落とす右上の電荷を総和の右辺に置く
H₂O₂のOを−2にする例外を未確認過酸化物ではO=−1とする
半反応式の電荷が合わないe⁻を先に置く原子数を合わせてから電荷を合わせる
mol比を電子数だけで逆転1 molあたりと係数を混同受取量=放出量の式を書く

物質量計算でつまずく場合は、電子量をそろえた後の係数比と、mol・質量・濃度の換算を分けてください。先に反応比を確定し、その後に必要な単位へ変換します。mol計算の土台は、既存記事のモルの計算方法と物質量・質量・濃度の例題で復習できます。

復習ノートには、正解だけでなく「酸化数の規則」「酸化剤・還元剤の命名」「半反応式の原子数」「電荷」「電子係数」のどこで止まったかを記録します。同じ反応式を丸ごと写すより、誤った一段階を翌日もう一度自力で作る方が、別の物質を使う問題へ知識を移しやすくなります。

✔️同じ元素を反応前後で対応させた
✔️酸化数の増加側と減少側を両方見つけた
✔️電子の受取量と放出量を等しくした
✔️係数を含めた原子数と総電荷を検算した
✔️mol比を確定してから質量・濃度へ換算した
✔️誤答原因を一段階の言葉で記録した
オニ坊

係数比は完成式の暗記ではなく、1 molあたりの電子数から受取量と放出量を等しくして作れるのですね。mol計算でも、まず電子量をそろえてから質量や濃度へ進みます。

菅澤

その順序なら式が変わっても対応できる。演習後は正誤だけでなく、酸化数、電子数、原子数、電荷、単位換算のどこで崩れたかを分類し、原因に合う短い問題を日を空けて解き直そう。

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酸化還元反応は「普通の対策」では得点源にならない

結論から言います。定義と代表的な半反応式を覚えるだけの「普通の対策」では、酸化還元反応を大学受験の安定した得点源にするのは厳しいです。本記事で扱った通り、同じ一問の中で酸化数の例外、酸化剤・還元剤の逆向きの命名、酸性条件のH+とH2O、電子係数、原子数、総電荷、mol比を順番に処理する必要があるからです。

たとえば過マンガン酸イオンと過酸化水素の反応では、Mnが+7から+2へ5下がり、過酸化水素のOが−1から0へ上がります。電子数5と2を10へそろえ、酸性条件で原子数と電荷を合わせ、最後に係数比2:5を物質量計算へ移します。一つの手順が曖昧なだけで後続の式がすべてずれるため、説明を一度聞くより、毎日の答案から弱点段階を特定して修正する仕組みが必要です。

ここで、鬼管理専門塾が示す「従来塾の3つの限界」——①授業で情報を得ても行動は変わらない、②全員同じ指導は偏差値50に収束する、③週1指導では変化が遅い——を使い、酸化還元反応の対策として考えられる四つの方法を一つずつ検討します。出典は「鬼管理」とは?成績が上がらない塾・予備校の3つの限界です。

選択肢① 独学・参考書だけでは誤答段階を特定しにくい

独学と参考書は自分の速度で例題を増やせますが、①と②の限界が残ります。解説を読んで半反応式を理解しても、自分の誤答が酸化数、電子係数、原子数、電荷のどこから始まったかを分け、翌日の問題種類へ反映しなければ行動は変わりません。全員向けの章順をそのまま進めるだけでは、本人だけが持つH₂O₂の例外やmol換算の穴を集中的に埋めにくくなります。

選択肢② 映像授業・アプリでは視聴と式の再現が分かれる

映像授業や学習アプリは電子移動を図で理解しやすい一方、①の限界があります。画面上で講師の係数合わせを追えることと、何も見ずにMnO₄⁻の半反応式を原子数と電荷から作ることは別です。視聴後に何題を解き、いつ白紙から再現し、どの条件で間違えたら前の単元へ戻るかが本人任せなら、知識が答案作成の行動へ変わりません。

選択肢③ 集団授業の大手予備校では弱点別に課題を変えにくい

集団授業の大手予備校には体系的な講義がありますが、②の限界があります。同じ酸化還元の失点でも、ある生徒は酸化剤の命名、別の生徒は過酸化物の酸化数、別の生徒は電子量とmol比の変換が原因です。全員が同じ解説と宿題を受けるだけでは、誤答原因ごとに翌日の教材・範囲・問題数・復習間隔を変えにくくなります。

選択肢④ 一般的な個別指導塾でも週1回の外が残る

一般的な個別指導塾ではその場で質問できても、③の限界が残ります。週1回の授業で半反応式を直しても、次の授業までの6日間に酸化数、酸化剤・還元剤、半反応式、量的関係を何題ずつ再現するかが本人任せなら、誤った手順を繰り返してもすぐに修正できません。変化の速さは授業時間だけでなく、授業外の実行管理で決まります。

従来塾の3つの限界への該当数 独学・参考書 2個/①② 映像・アプリ 1個/① 大手予備校 1個/② 一般的な個別 1個/③ 鬼管理専門塾 0個/日次管理
酸化還元反応の学習方法を3つの限界に当てはめ、日次の個別管理が最後に残ることを示す比較図

独学・参考書、映像授業・アプリ、集団授業の大手予備校、一般的な個別指導塾を順に検討すると、いずれにも①〜③のどれかが残ります。毎日の答案から誤答段階を判定し、翌日の教材・問題番号・問題数を変え、週ごとの確認テストで別の酸化剤でも手順を再現できるか確かめるところまで必要なら、消去法で最後に残るのは鬼管理専門塾しかありません。

オニ坊

酸化還元反応の解説をもう一度見るだけでは、酸化数の例外や電荷合わせの癖は直らないのですね。自分が最初に崩れた段階を見つけ、翌日の問題を変える必要があります。

菅澤

そうだ。正解した直後ではなく、数日後に別の物質と条件で半反応式を再現できるかを測る。そのためには、日々の課題を数値化し、答案の結果から次の課題を修正する管理が欠かせない。

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鬼管理専門塾の特徴

鬼管理専門塾は、授業を聞いて終えるのではなく、志望校と現在地から毎日の行動プランを作り、進捗と定着を確認して修正する仕組みを提供します。公式サイトで確認できる固定六つの特徴を、酸化還元反応を含む大学受験化学の弱点分析とどう接続できるかに沿って説明します。

確認テスト 別条件で再現 毎日の管理 答案から修正 個別行動計画 弱点順に設計 数値化した指示 問題数を明確化
数値化した日次課題を土台に、個別計画・毎日の管理・確認テストへ積み上げる学習管理の階層図
❶1日単位の数値化した学習指示

酸化数・半反応式の課題を教材・範囲・問題数へ分ける

❷生徒ごとの個別行動プラン

酸化剤の命名や電子量など本人の誤答原因に合わせて設計する

❸毎日・毎週の徹底管理と確認テスト

日々の進捗と別条件での再現を確かめて計画を修正する

❹採用率0.6%の専属講師

専属講師が指導し、講師満足度アンケート1,524件を公開する

❺大学受験・英語資格の専門コース

大学・学部、総合型選抜・推薦、英語資格、高校受験へ対応する

❻LINE質問対応・無料説明会・資料請求

授業外の質問と、入会前に指導内容を確認できる窓口を用意する

❶ 1日単位で数値化した学習指示

鬼管理専門塾では、「化学を復習する」のような抽象的な指示ではなく、教材、ページ、問題番号、問題数などを1日単位の数値にして、今日やるべきことを明確にします。いつ・どこで・何を・なぜ・どのように行うかまで具体化します(出典:鬼管理専門塾公式「鬼管理」とは)。

酸化還元反応なら、酸化数を付ける問題、酸化剤・還元剤の判定、半反応式の復元、電子量の計算を一括で「復習」にせず、本人が崩れた段階の問題番号と問題数へ分けられます。学習開始時に迷う時間を減らし、白紙から式を書く行動へ直結させます。

❷ 生徒ごとの個別行動プラン

専属講師が、生徒の現在地、得意・不得意、志望校で必要な科目・配点・形式に合わせて、生徒ごとの個別行動プランを設計します。全員が同じ教材を同じ順で進める一律の計画ではありません(出典:鬼管理専門塾公式「鬼管理」とは)。

酸化還元で失点しても、原因がH₂O₂の例外なら酸化数、電子係数なら半反応式、比の逆転ならmol計算を優先します。同じ単元名でも必要な練習は異なるため、個別行動プランで前提単元へ戻る範囲と仕上げる順序を組み替えられます。

❸ 毎日・毎週の徹底管理と確認テスト

鬼管理専門塾は毎日の進捗を確認し、毎週の確認テストで、課題を「やった」だけでなく定着したかを検証します。基準に届かなければ追加課題を設定し、学習計画を分析・修正します(出典:鬼管理専門塾公式「鬼管理」とは)。

MnO₄⁻の式を当日に写せても、数日後にFe²⁺やH₂O₂との組合せで電子をそろえられなければ定着したとは言えません。毎日・毎週の管理と確認テストで、条件や物質が変わっても原子数・電荷から再現できるかを測り、弱点が残ればその週に修正します。

❹ 採用率0.6%の専属講師

公式サイトに掲載されている講師の採用率は0.6%です。入会生徒による講師満足度アンケートは1,524件の回答を公開し、専属講師について判断する材料を示しています(出典:鬼管理専門塾公式「講師紹介」「講師満足度アンケート」)。

化学の途中式を見れば、酸化数の規則、剤の命名、電子係数、原子数、電荷、mol換算のどこで最初に崩れたかを分けられます。専属講師へ答案を共有し、誤答位置から次の課題を具体化することで、完成式を丸ごと暗記し直すだけの状態を避けやすくなります。

❺ 大学受験・英語資格までの専門コース

大学受験は大学特化・学部特化に加え、総合型選抜・推薦入試、高校受験の専門コースを展開しています。英語資格は英検・TOEIC・TOEFL・IELTS・TEAPに対応する専門コースがあります(出典:鬼管理専門塾公式「コース一覧」)。

酸化還元反応をどこまで深く練習するかは、志望校の出題範囲、理科の選択、他科目との配点、残り期間で変わります。大学受験の方式や学部に合わせた専門コースで、化学一単元だけに偏らず、合格に必要な課題全体の中へ配置できます。

❻ LINE質問対応・無料説明会・資料請求

授業がない日も公式LINEで質問でき、入会前には無料説明会と資料請求で指導内容を確認できます。無料説明会は生徒と保護者向けに用意され、オンライン受講の場合はZoomで行い、保護者も同席できます(出典:鬼管理専門塾公式「よくある質問」「無料説明会」)。

半反応式の途中で原子数と電荷のどちらが合わないかを答案画像とともに質問し、戻るべき手順を確認できます。無料説明会では直近の化学答案、模試の分野別結果、使用教材、学習可能時間を示し、日次計画がどう変わるかを確かめてください。

鬼管理専門塾の大学受験コースには1カ月返金保証制度があります。対象と利用条件は、公式の1カ月返金保証制度ページと無料説明会で必ず確認してください。この保証は大学受験コースが対象で、英検・TOEIC・TOEFL・IELTSなどの英語資格対策コースは対象外です。

指導の考え方は「鬼管理」とは?で、実際の進学結果は鬼管理専門塾の合格実績で確認できます。合格実績は個々の合格を保証するものではありません。自分の答案と学習時間を示し、管理方法、コース、費用、自分との相性を無料説明会で確かめてから判断してください。

酸化還元反応の誤答を1日単位の化学学習へ変える方法を無料説明会で相談できます

オニ坊

完成した反応式だけでなく、酸化数や電子係数を書いた途中答案を見せれば、どこから学び直すかを具体的に決められるのですね。相談するときは使用教材と模試結果も用意します。

菅澤

答案、問題文、使用教材、模試の分野別結果、週に使える時間を用意しよう。誤答情報が具体的なほど、酸化還元だけでなく理論化学全体の優先順位を志望校から逆算しやすくなる。

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まとめ|酸化還元反応は電子・酸化数・保存則でつながる

電子の授受 酸化と還元 酸化数の増減 変化を判定 半反応式 原子と電荷 反応量 電子量を保存
電子の授受を起点に、酸化数・半反応式・反応式・物質量計算までを一つの保存則でつなぐまとめ図
要点結論
酸化電子を失い、酸化数が増える
還元電子を受け取り、酸化数が減る
同時性放出電子と受取電子が同量なので必ず同時に起こる
酸化剤相手を酸化し、自分は還元される
還元剤相手を還元し、自分は酸化される
半反応式原子数を合わせ、最後にe⁻で電荷を合わせる
全体式電子数を最小公倍数でそろえて二式を足す
量的関係酸化剤の受取電子量=還元剤の放出電子量

酸化還元反応の中心は電子の受け渡しです。電子を失う側が酸化、受け取る側が還元であり、同じ元素の酸化数は酸化で増加、還元で減少します。酸素を受け取る・水素を失うという見方は酸化を見つける入口ですが、酸素も水素もない反応まで含めて判断するには、電子と酸化数を基準にします。

酸化剤は相手を酸化して自分は還元され、還元剤は相手を還元して自分は酸化されます。名前が自分の変化と逆になる点は、先に酸化数の増減を決めてから役割名を付けると混乱しません。H₂O₂のように相手によって役割が変わる物質もあるため、物質名だけの丸暗記ではなく生成物まで見て判定してください。

半反応式は、中心元素、O、H、電荷の順に合わせます。酸性条件ではOをH₂O、HをH⁺、最後に電荷をe⁻で調整し、原子数と総電荷を検算します。二つの半反応式は電子数を最小公倍数へそろえて足し、必要なら傍観イオンを戻して分子式にします。物質量計算でも、受け取る電子量と失う電子量が等しいという同じ原理を使えます。

演習では完成式の暗記量を増やすより、誤答を酸化数、剤の命名、原子数、電荷、電子係数、mol換算へ分解してください。一つずつ白紙から再現し、翌日と一週間後に条件の異なる問題で確認すると、酸化還元反応を知識問題から手順問題へ変えられます。最終的には、どの反応でも「誰が何個の電子を出し、誰が受け取ったか」を説明できる状態を目指しましょう。

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よくある質問

疑問の種類を選ぶ 定義・判定 電子と酸化数 剤の名前 相手への働き 式の作り方 原子と電荷 量の計算 電子量を保存
酸化還元反応の疑問を、判定・酸化剤還元剤・半反応式・量的関係の4種類へ分ける判断図

Q. 酸化還元反応とは簡単に言うと何ですか?

A. 物質どうしで電子を受け渡す反応です。電子を失う変化が酸化、電子を受け取る変化が還元で、放出側と受取側が必要なので両者は必ず同時に起こります。

Q. 酸化と還元はどのように見分けますか?

A. 電子を失い酸化数が増えた側が酸化、電子を受け取り酸化数が減った側が還元です。酸素を受け取る・水素を失う変化は酸化、酸素を失う・水素を受け取る変化は還元として補助的に判断できます。

Q. 酸化剤はなぜ自分自身が還元されるのですか?

A. 酸化剤という名前は相手を酸化する働きから付いています。相手から電子を受け取るため、酸化剤自身は還元され、注目元素の酸化数は下がります。

Q. 酸化数の基本ルールは何ですか?

A. 単体は0、単原子イオンは電荷と同じ、Hは原則+1、Oは原則−2です。中性化合物では総和0、多原子イオンでは総和をイオン電荷に合わせます。過酸化物のO=−1などの例外も確認します。

Q. 半反応式で電子はどちら側に書きますか?

A. 酸化では電子を失うので右辺、還元では電子を受け取るので左辺です。ただし最初から位置を暗記で決めるより、原子数を合わせた後、左右の総電荷が等しくなる側へe⁻を加えると確実です。

Q. 酸性条件の半反応式はどの順番で作りますか?

A. 骨格式を書き、中心元素を合わせ、OをH₂O、HをH⁺で合わせ、最後にe⁻で電荷を合わせます。完成後は各元素の原子数と左右の総電荷を別々に検算します。

Q. 酸化還元反応式の係数はどう決めますか?

A. 酸化と還元の半反応式を作り、受け取る電子数と失う電子数を最小公倍数へそろえて加えます。電子と両辺共通の粒子を消去し、必要なら傍観イオンを戻して分子式にします。

Q. 酸化還元反応ではない反応もありますか?

A. あります。中和や多くの沈殿反応のように、どの元素の酸化数も反応前後で変化しない反応は酸化還元反応ではありません。酸化数の増加と減少が両方あるかを確認します。

Q. 過酸化水素は酸化剤と還元剤のどちらですか?

A. 反応相手によってどちらにもなります。H₂O₂中のOは−1で、H₂Oの−2へ下がれば酸化剤、O₂の0へ上がれば還元剤として働きます。生成物まで見て判断してください。

Q. 酸化還元のmol比はどのように求めますか?

A. 酸化剤1 molが受け取る電子量と、還元剤1 molが失う電子量を半反応式から読み、両者の総電子量が等しくなる比を求めます。完成した反応式の係数比と一致します。

菅澤孝平

本記事監修者 菅澤孝平

シンゲキ株式会社 代表取締役社長
「鬼管理」をコンセプトとした「鬼管理専門塾」を運営。大学受験・高校受験・英検指導・総合型選抜に幅広く展開しており、日本全国に受講生が存在している。

出演番組:カンニング竹山のイチバン研究所・ええじゃないかBiz
CM放送:テレビ東京など全国15局に放映

この記事を書いた人

Claude Code