化学反応式について二つ質問があります。 1つ目なぜH2SO4で H+とSO4^2-にわかれるときとH

化学反応式について二つ質問があります。
1つ目なぜH2SO4で H+とSO4^2-にわかれるときとH+とHSO4^-1にわかれれるときはどうやって区別するのでしょうか。
二つ目酸化マンガンMNO2に濃塩酸を加えて加熱する反応の反応式はなぜ酸化還元とわかるのでしょうか。問題にであたっときぼくはO^2-+2H^+→H2Oを利用して
MnO2+4HCL→MnCL2+2H2Oとしましたが、模範解答には右辺にこれにくわえCL2がついてました。
以上の二つの疑問にこたえてほしいです。

No.3 回答者： finalbento 回答日時： 2025/02/19 17:55

二番目の疑問は反応式を見れば一目瞭然です。

質問者様が立てた反応式だと、反応前に塩素を含んでいるのは4HCl、反応後に塩素を含んでいるのはMnCl2、2モル分の塩素はどこに消えたんでしょうか。

No.2 回答者： Tacosan 回答日時： 2025/02/19 01:54

日本語と元素記号を正しく書くことを覚えてほしいなぁと思いつつ.

2つ目は簡単でしょ? むしろ, なんで
MnO2+4HCL→MnCL2+2H2O
でいいと思ったのか, そこがさっぱり理解できない.

No.1 回答者： fadklsj 回答日時： 2025/02/18 18:47

1つ目の質問：硫酸の電離の区別について

硫酸 (H2SO4) は二段階に電離する強酸です。

一段階目の電離:
H2SO4 → H+ + HSO4^-

二段階目の電離:
HSO4^- ⇌ H+ + SO4^2-

一段階目の電離は強酸であるためほぼ完全に電離しますが、二段階目の電離は弱酸である硫酸水素イオン (HSO4^-) の電離なので、一部のみ電離します。

区別のポイントは以下の通りです。

硫酸の濃度:

濃硫酸 の場合は、一段階目の電離が主に起こり、H+ と HSO4^- が主に存在します。

希硫酸 の場合は、二段階目の電離も進み、H+、HSO4^-、SO4^2- が混在します。非常に薄い溶液中では、SO4^2- の割合が増えます。

反応条件:

反応が強酸性条件下で行われる場合、一段階目電離で生成する HSO4^- が主な反応種となることが多いです。

硫酸イオン (SO4^2-) が関与する反応 (例：硫酸バリウム BaSO4 の沈殿反応) の場合は、二段階目電離で生成する SO4^2- を考慮する必要があります。

問題文の指示:

問題文で「硫酸を完全に電離させたとき」や「硫酸の二段階目まで電離を考慮せよ」などの指示がある場合は、それに従ってください。

特に指示がない場合は、一段階目の電離 (H2SO4 → H+ + HSO4^-) を考えることが多いです。

文脈:

どのような反応を考えているかによって判断します。

中和反応など、H+ のみを考える場合は、一段階目電離で十分なことが多いです。

一方、SO4^2- の反応を考える場合は、二段階目電離を考慮する必要があります。

まとめ

基本的には、特に指示がない限り、硫酸は一段階目電離で H+ と HSO4^- に電離すると考えて良い場合が多いです。ただし、SO4^2- が関与する反応や希薄溶液中では二段階目電離も考慮する必要があります。問題文の指示や反応の文脈に合わせて判断してください。

2つ目の質問：酸化マンガン(MnO2) と濃塩酸の反応について

ご指摘の通り、酸化マンガン(MnO2) と濃塩酸(HCl) を加えて加熱する反応は酸化還元反応です。

酸化還元反応とわかる理由:

反応前後の各元素の酸化数を比較するとわかります。

Mn (マンガン):

MnO2 中の Mn の酸化数: +4 (Oの酸化数が-2なので、合計で0になるように計算)

MnCl2 中の Mn の酸化数: +2 (Clの酸化数が-1なので、合計で0になるように計算)

酸化数が減少 (+4 → +2) しているので、還元されています。

Cl (塩素):

HCl 中の Cl の酸化数: -1 (Hの酸化数が+1なので、合計で0になるように計算)

MnCl2 中の Cl の酸化数: -1

Cl2 中の Cl の酸化数: 0 (単体なので酸化数は0)

一部の Cl の酸化数が増加 (-1 → 0) しているので、酸化されています。

このように、反応前後で酸化数の変化が見られるため、酸化還元反応であると判断できます。MnO2 中の Mn が還元され、HCl 中の Cl が酸化されていることから、MnO2 が酸化剤、HCl が還元剤として働いていることがわかります。

反応式が MnO2 + 4HCl → MnCl2 + 2H2O + Cl2 となる理由:

MnO2 は酸化剤として働き、塩酸中の塩化物イオン (Cl-) を塩素 (Cl2) に酸化します。

ユーザーさんが書かれた反応式 MnO2 + 4HCl → MnCl2 + 2H2O は、O^2- + 2H+ → H2O の反応を利用されていますが、これは単なる水の生成反応であり、酸化還元反応を考慮していません。この反応式では、塩素が酸化されて Cl2 になる過程が抜けています。

正しい反応式では、酸化還元反応を考慮し、塩素 (Cl2) の生成を記述する必要があります。

酸化還元反応の半反応式で考えると、

還元半反応 (MnO2 の還元):
MnO2 + 4H+ + 2e- → Mn^2+ + 2H2O
(MnO2 中の Mn(+4) が Mn^2+ に還元される)

酸化半反応 (Cl- の酸化):
2Cl- → Cl2 + 2e-
(Cl- が Cl2 に酸化される)

これらの半反応式を組み合わせることで、全体の反応式が得られます。

MnO2 + 4H+ + 2Cl- → Mn^2+ + Cl2 + 2H2O

反応系には HCl が存在し、H+ と Cl- を供給しているので、化学反応式は

MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O

となります。

まとめ

酸化マンガン(MnO2) と濃塩酸の反応は、MnO2 が酸化剤として働き、HCl 中の Cl- を酸化して Cl2 を生成する酸化還元反応です。そのため、反応式には Cl2 が含まれます。ユーザーさんの反応式は、酸化還元反応を考慮していないため、Cl2 の生成が記述されておらず、誤りとなります。濃塩酸と加熱という条件は、酸化還元反応を促進する条件となることも覚えておきましょう。