【化学I】化学の酸化数のところで質問です。

今度、中間テストがあるので、化学の勉強をしてるんですが、
酸化数の計算のところで、困ってます。

酸化数を決める法則として、

・単体中の原子の酸化数は0
・単原子イオンの酸化数は、イオンの価数
・化合物中の酸化数は、Hが+1、Oが-2で、水素化合物中と過酸化物中は例外
・電気的中和の化合物は酸化数の総和は0
・多原子イオンの構成原子の酸化数の総和は、イオンの価数

の、絶対条件は覚えたんですが、
どうやったら、CuSO4のCuの酸化数とか、
KlのKの酸化数なんかがわかるんですか!?

No.9 回答者： htms42 回答日時： 2011/05/13 07:45

＞酸化数を決める法則として、

これが元々の間違いです。
これは「法則」ではありません。「規則」です。
「こういう風に考えましょう」という約束です。
（理化学辞典などでは「便宜的な量」として説明されています。）

酸化数は酸化還元の単元で出てきます。
イオンの価数の考え方は教科書の前の方、物質の構造、成り立ちのところで出てきます。
周期表との関係もその時にやります。
イオンの判断の方が先なのです。
イオンの判断を酸化数がやってくれると思うのが間違いなんです。

酸化・還元反応は電子の移動で説明されています。
単原子イオンでの価数の変化と電子の移動との関係は簡単に分かります。
Ｃｕ→Ｃｕ^2+　＋　２ｅ^-
価数の変化が酸化状態の変化に対応することも分かりやすいです。
でも、単原子イオン以外では電子の移動と成分元素の状態の変化の対応が分かりにくくなります。

Ｃｕ＋２Ｈ２ＳＯ４→ＣｕＳＯ４＋ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ
これはよく出てくる酸化・還元反応です。銅が熱濃硫酸に溶けるという反応です。
この式自体、酸化数にも電子の移動にも関係がありません。
この式から銅の変化を抜き出して考えるというところで電子の移動が出てきます。
Ｃｕ　→　Ｃｕ^2+　＋　２ｅ^-
２Ｈ２ＳＯ４＋２ｅ^-→ＳＯ４^(2-)＋ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ

これは反応式を分離しただけのことです。酸化数は関係がありません。
（イオンの事は分かっているというのは前提です。）

このままでもいいのですが、一歩突っ込んでＳの状態の変化についても考えようという時に行き詰るのです。Ｓはイオンではありませんので銅の場合の価数の変化のような手掛かりがありません。でもＳの結合状態が変わっていることは確かです。そこで「単原子イオンとして存在しているのではない原子に対して、敢えて単原子イオンで存在しているとしたらどういうか数が対応するかという考えを当てはめてみる」ことにしたのです。実際には単原子イオンの集まりではないのですから化学結合の考え方には反しています。「この場面だけで無理に考えたとしたらということですよ」という意味で約束を設けています。それが酸化数の「規則」です。

＞（１）単体中の原子の酸化数は0

単体は一種類の元素でできていますから無理にイオンとみなすことはできません。
正、負に割り振ることができないのです。

＞（２）単原子イオンの酸化数は、イオンの価数

これが基本です。「単原子イオンの価数に対応するものを分子、または多原子イオンの中の原子に対して求めたものが酸化数です」から単原子イオンでは成り立つのは当然なのです。
「イオンの価数が先に決まる、酸化数はイオンの価数から決まる」という順番もこの規則の中に含まれています。

＞（３）電気的中和の化合物は酸化数の総和は0

中性の物質が単原子イオンの集まりである考えても全体が中性であるということは守られていなければいけません。

＞（４）多原子イオンの構成原子の酸化数の総和は、イオンの価数

意味を持っているのは全体の価数です。酸化数はそれに合うように成分原子に割り振られた数字です。

＞（５）化合物中の酸化数は、Hが+1、Oが-2で、水素化合物中と過酸化物中は例外

具体的にイオンの価数を割り振る時の手掛かりは電気陰性度です。
その時に「陽性元素の代表として水素を、陰性元素の代表として酸素を考えると多くの化合物で判断が楽になる」というのがこの規則です。
しかし、規則（１）では同じ元素の原子が結合している時はイオンの判断を当てはめることはできないということを言っています。
これから「化合物の構造の中に同じ種類の元素が結合している部分があればその部分については単体と同じ扱いをしなければいけない」ということが出てきます。
Ｈ－Ｏ－Ｏ－Ｈの中のＯ－Ｏの部分は単体扱いです。
Ｈ－Ｃ≡Ｃ－Ｈの中のＣ≡Ｃ部分についても単体扱いです。
Ｈ－［　］－Ｈと考えると［　］の部分の酸化数は－２になります。
したがってＯ１つについてみれば－１です。Ｃ１つについても－１です。
Ｈ－Ｃ≡Ｃ－Ｈに水素をくっつけて行くとＨ２Ｃ＝ＣＨ２，Ｈ３Ｃ－ＣＨ３と変わって行きます。
Ｃの酸化数は－２、－３と変わります。
この変化は水素を付加させことを還元と呼んでいることと矛盾していません。
「水素化合物中は例外」と書いてある意味が分かりません。

これは「水素化合物」ではなくて「水素化物」の誤りですね。
「水素化物」というのはＮａＨのような化合物です。
ＨがＨよりも陽性の強い元素と化合しているとＨが陰イオンになります。
「～化物」は単原子陰イオンに付ける語尾です。

酸化数からイオンの価数を決めることができると思っている高校生は多いようですね。
もしかしたら、そのように教えている先生もいるかもしれません。
暗記モノの化学しかやってこなかった先生もたくさんいますから想像できることです。

No.8 回答者： NiPdPt 回答日時： 2011/05/12 22:22

硫酸(H2SO4)、亜硫酸(H2SO3)、硝酸(HNO3)、亜硝酸(HNO2)、過塩素酸(HClO4)、塩素酸(HClO3)、亜塩素酸(HClO2)、次亜塩素酸(HClO) etc というように、同じ元素でも何種類もの酸化数をとりますので、それを周期表のみから判定するもは無理です。

その手のものに関しては覚えるしかありません。
まあ、それでも硫酸が２価の酸であるとか、硝酸が１価の酸であるといったことを知っておけば硫酸イオンや硝酸イオンの全体としての酸化数がわかります。酸の価数を知っておくことは基本ですね。酸塩基反応を考えるときには必須ですよね。

No.7 回答者： 3cmp66p2 回答日時： 2011/05/12 21:21

No.5さんを補足します。

＞Ｓは、周期表で16族ですから、原子価は2または6ですね。酸化数で言うと-2または+6。

高校化学では、SO2という化合物も出てきます。このSは、酸化数＋４になりますね。

結局、Sは、－２～＋６の間の酸化数を取るのですよね・・・・。

高校化学では、電子のやりとりで、じっくり考えて欲しいのですが

教科書には、酸化数を決めるルールが　「ドン！」と載っています。

もっとも、「電気陰性度」についても、化学IIの内容になっています。

今の状況で、Pentium-5 さんの　質問に答えるには、

やはり　「イオン結合性の物質」で説明した方がよいと思い、記述させていただきました。

No.6 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2011/05/12 20:18

No.5です。

先の表、プロポーショナルフォントではずれて表が見にくいので、メモ帳にでもコピーペーストして等幅フォントで見てください。
SO₄²⁻こんなのひとつひとつ覚えなくても簡単にわかるよ。周期表さえしっかり覚えてりゃ・・・

　NH₄は、(-3)+4*(+1)で、NH⁺
　NO3は、(+5)+3*(-2)で、NO₃⁻

No.5 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2011/05/12 20:11

Ｓは、周期表で16族ですから、原子価は2または6ですね。

酸化数で言うと-2または+6
酸素が優先ですから、+6 + (-2*4) = -2　よってCu²⁺ですね。

Klは、Iが17族ですから、通常は-1ですから、KはK⁺

典型元素の酸化/還元は、酸化が電子を失うこと、還元は電子を受け取ることですから、希ガスの電子配置が安定と考えると、族から簡単に推測できる。

　1族　2族
　　　12族 13族 14族 15族 16族 17族 18族
　+1　 +2　 +3　 +4　 +5　 +6　 +7　　0
　-7　 -6　 -5　 -4　 -3　 -2　 -1　　0
　 H　　　　　　　　　　　　　　　　 He
　 Li　Be　 B　　C　　N　　O　　F　　Ne
　 Na　Mg　 Al　 Si　 P　　S　　Cl　 Ar
　 K　 Ca　 Ga　 Ge　 As　 Se　 Br　 Kr
　 Rb　Sc　 In　 Sn　 Sb　 Te　 I　　Xe


　遷移元素や周期が後のほうの元素はこのルールどおりに行きませんけどね。

No.4 回答者： hrsmmhr 回答日時： 2011/05/12 19:23

周期律表は憶えませんでしたか？

1 2131415161718
H　 　　　　　He
LiBe B C N O FNe
NaMgAlSi P SClAr

単原子のイオンは基本的に１族は＋１、２族は＋２、１３族は＋３になりやすく
１７族は－１、１６族は－２、１５族は－３になりやすいです
なりやすいと書きましたが、殆どそうなります

SO4等の酸基は憶えるしかないですが
他の方もかかれてるように相手の酸化数との和が０となるなどから
推測できることが多いです
３族から１２族も＋２が多いですがこれらは絶対ではありません

No.3 回答者： 3cmp66p2 回答日時： 2011/05/12 19:12

目の付け所がすばらしいですね。

実は、酸化数を求めるときに、この部分が一番わかりにくい部分なのです。

簡単に説明します。
「イオン結合性の物質」ってわかりますか？
高校の範囲では、「金属」と「非金属」の結合は、「イオン結合」ダ！って考えておいて下さい。

それで、さっきのCuSO4とかKIを見るんです。
Cuは金属、SO4は非金属　でしょ。実はこれ、イオンが結合してできる[イオン結合性の物質」なんですね。

CuSO4と書いているけど、実際はCu2+とSO42-というイオンが結合してできているわけです。

だから、「CuSO4のCu」の酸化数＝「Cu2+」の酸化数
ってことで、＋２　となります。

KIも同じですね。
Kは金属、Iは非金属　でしょ。実はこれ、イオンが結合してできる[イオン結合性の物質」なんですね。

KIと書いているけど、実際はK+とI-というイオンが結合してできているわけです。

だから、「KIのI」の酸化数＝「K+」の酸化数
ってことで、＋１　となります。

イオン結合性の物質は、教科書の「酸化数を決めるルール」には書いてありませんね。

なぜかというと、あなたがしっかり覚えた次の２つ
単原子イオンの酸化数は、イオンの価数
多原子イオンの構成原子の酸化数の総和は、イオンの価数

と
「金属」と「非金属」でできている化合物は、「イオン結合性の物質」
って知っていたら、CuSO4のCuや、KIのKとかIの酸化数を求めることができるんです。

No.2 回答者： sanori 回答日時： 2011/05/12 18:55

こんにちは。

ＣｕＳＯ4　は　Ｈ2ＳＯ4（硫酸）において、ＳＯ4 に対して　Ｈ　が２個ついてますよね。
それを「基準」みたいに考えるんです。
つまり、
Ｈ2ＳＯ4　＝　Ｈ+　＋　Ｈ+　＋　ＳＯ4- -
です。
Ｈ+　が２個ありますよね。
すると、ＳＯ4　に１個の金属がくっついていれば、その金属の酸化数は２だとわかります。

ＫＩ　は、Ｋ+　と　Ｉ-　です。
これは簡単ですよね。

No.1 回答者： alwen25 回答日時： 2011/05/12 18:53

SO4 2- と　I-を知っていれば

Cuの酸化数は（この場合は）２
Ｋの酸化数は１とすぐ分かります。