高校化学の酸化還元

問題で、化学式における下線部の原子の酸化数の変化を求めよというものがありました。
その式がCu+4HNO3→Cu(NO3)2+2NO2+2H2Oというもので、左辺の4HNO3のNに下線がありました。右辺に下線はありません。
Nは右辺に2箇所あると思うのですが、答えでは2NO2のNに注目して求めていました。しかしCu(NO3)2にもNあるじゃないですか、なぜ2NO2に注目するのですか？逆にCu(NO3)2に注目しない理由はなんですか？

No.1 回答者： fadklsj 回答日時： 2025/04/11 11:07

化学反応式 Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O における硝酸 (HNO3) 中の窒素 (N) の酸化数の変化についてのご質問ですね。

ご指摘の通り、反応後の右辺には Cu(NO3)2 と 2NO2 の両方に窒素 (N) が含まれています。しかし、酸化数の変化を考える上で注目すべきは、反応によって酸化数が変化した窒素です。

*解説*

反応前の HNO3 中の N の酸化数:
HNO3 において、水素 (H) の酸化数は +1、酸素 (O) の酸化数は -2 です。したがって、窒素 (N) の酸化数を x とすると、
+1 + x + 3(-2) = 0
x = +5
反応前の HNO3 中の N の酸化数は +5 です。

反応後の Cu(NO3)2 中の N の酸化数:
Cu(NO3)2 は硝酸銅(II) であり、硝酸イオン (NO3-) を含んでいます。硝酸イオン中の N の酸化数を y とすると、酸素 (O) の酸化数は -2 なので、
y + 3(-2) = -1 (硝酸イオン全体の電荷は -1)
y = +5
Cu(NO3)2 中の N の酸化数は +5 です。反応前後で変化していません。

反応後の 2NO2 中の N の酸化数:
NO2 (二酸化窒素) において、酸素 (O) の酸化数は -2 です。したがって、窒素 (N) の酸化数を z とすると、
z + 2(-2) = 0
z = +4
2NO2 中の N の酸化数は +4 です。反応前に比べて 減少 しています。

*結論*

下線が引かれた HNO3 中の N の酸化数の変化を求める問題では、反応によって酸化数が変化した N に注目します。
上記の計算からわかるように、

Cu(NO3)2 中の N の酸化数は反応前後で変化していません (+5 → +5)。

2NO2 中の N の酸化数は反応によって減少しています (+5 → +4)。

したがって、解答では 2NO2 中の N に注目して酸化数の変化を求めている のです。Cu(NO3)2 中の N は酸化数が変化していないため、酸化数の変化を問う問題においては注目する必要がない、もしくは変化として捉えられていないと考えられます。

まとめると、解答が 2NO2 に注目する理由は、HNO3 中の N が酸化還元反応によって NO2 に変化する際に酸化数が減少するからです。 Cu(NO3)2 中の N は硝酸イオンとして存在し、酸化数の変化は起こっていないため、注目されないのです。