化学の酸化数について

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
という式では、右辺の3CO2はO2だから-4、全体で0だから、Cは+4
とあります。

これは、O2の2をちゃんと計算していますよね？

しかし、次の式
Cu + Cl2 → CuCl2
で、左辺はすべて単体だから0
右辺は、Cl は一価の陰イオンだから-1
それが二個だから-2だと思ったんですが、違いました。
還元されたCl は酸化数0→-1でした。

「た原始イオンの構成原子の酸化数の総和はイオンの価数に等しい」とあり、CuCl2は全体で0で、Cuは2だからCl2 は-2でないといけないと思ったのですが。


最初の式のO2の2はちゃんと-2を二倍して計算しているのに
二番目の式のCl2 の2を計算しないのはなぜでしょうか?
教えてください。

No.6 回答者： Saturn5 回答日時： 2010/12/23 18:46

一番の問題は「Ｃｌ２が」という表現だと思います。

酸化数というのが原子（たまに原子団）間の電子の動きを数字で
表した物です。従って、ＣｕＣｌ２で、「Ｃｌ」について考えることは
あっても「Ｃｌ２」について考えることはありません。

ここは、例題の方がわかりやすいでしょう。
(1)ＭｎＯ４＾（－）　において、Ｍｎの酸化数はいくらか。
　χ＋（－２）×４＝－１
　χ＝＋７
　これは簡単ですね。

(2)Ｃｒ２Ｏ７＾（－２） において、Ｃｒの酸化数はいくらか。
　２χ＋（－２）×７＝－２
　　２χ－１４＝－２
　　２χ＝＋１２
　　χ＝＋６
Ｃｒの酸化数をχとおけば、Ｃｒが２個で２χ、Ｏは７個で－１４
となります。従って、Ｃｒ（１個）の酸化数は＋６になります。
かつては、このような最大酸化数のクロムを六価クロムと呼んでいました。

No.5 ベストアンサー 回答者： htms42 回答日時： 2010/12/23 10:46

何が分からないのかよく分かりません。

イオンの価数が分かるのであればイオンの酸化数は分かるはずです。
「単原子イオンの酸化数はそのイオンの価数に等しい」としているからです。
「酸化数」という量はイオンの存在とその価数を踏まえて考え出されたものです。

ＮａＣｌやＣａＣｌ２がどういうイオンを成分にしてできている物質であるか、なぜそういう表現になるのかは周期表を手掛かりにして考えます。全体が電気的に中性になるようにイオンの数を合わせるというのもその時に出てきています。電荷の中性という大きな原則を踏まえています。・・・・こういうことは酸化・還元よりもずっと前の方で学習します。
酸化数もこの判断に従います。
酸化数の意味についての誤解があるのではないでしょうか。

酸化数はイオンの価数を決定する規則ではありません。
単原子イオンの電荷は酸化数以前に決まっています。
ＣａＣｌ２の中のＣａやＣｌの酸化数で混乱することはないはずです。
Ｃａ^(2+)とＣｌ^(-)でできた化合物ですからイオンの価数の２＋、－に対応する＋２と－１がそのまま酸化数です。

酸化数の規則を当てはめることでしか酸化数が分からないのは分子、または多原子イオンに含まれている原子についてです。
イオンとして存在しているのではない、イオン結合と異なる結合状態にある原子を「イオンであるかの様に見なして」仮に電荷を求めたとしたらいくらになるかということを表している数字が酸化数です。
多原子イオンや分子を単原子イオンの集まりであるとみなした時のイオンの価数が酸化数です。初めから単原子イオンであるということがはっきりしている場合はそのまま酸化数が決まります。

酸化数はイオンの価数に対応するものですから原子１つについての量です。
イオンでないものをイオンと同じように考えて求めた数字ですからイオンの価数という名前を使うと混乱します。だから「酸化数」という別の名前をつけたのです。
ＣＯ２の中のＯ２について考えるということはありません。考えるとしたらＣＯ２の中のＯについてです。
ＣＯ２の中のＣについて考える時に２つのＯと釣り合うようにして決めるという操作とは別のことです。

ＯＨ^(-)のＯとＨの結合は共有結合です。[Ｏ－Ｈ]^(-)です。２つのイオン、Ｏ^(2-)とＨ^(+)が存在しているものではありません。それをイオンの組み合わせでできていると仮に考えれば酸化数が決まります。
Ｏは－２、Ｈは＋１です。

酸化・還元反応が起こった時
単原子イオンについては電子の移動がはっきりしています。
Ｆｅ　→、Ｆｅ^(2+)＋２ｅ^(-)
Ｆｅ^(2+)　→　Ｆｅ^(３+)＋ｅ^(-)

多原子イオンについては電子の移動は全体で起こったということしか分かりません。
４ＯＨ^(-)　→　２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋４ｅ^(-)

Ｏの結合状態が変化しているということは分かります。
この結合状態の違いを数字で表す簡単な方法はないだろうかという問題意識です。
一般的には出来ないことがはっきりしていますからこの式で表されるような反応（酸化・還元反応）に限ってでかまわない、という事で出てきたのが「イオンでできているのと同じだとみなして考える」という方法です。
「単体の酸化数は０とする」という規則もここから来ています。同じ元素の原子が結合していればイオンで出来ているとみなすことができないからです。

ＣｕＣｌ２はＣｕ^(2+)１つとＣｌ^(-)2つとからできている化合物です。
周期表の位置からＣｌの電荷は１－になることが分かります。
それが２つと電荷が釣り合うのですからＣｕの電荷は２＋です。
酸化数はＣｕは＋２、Ｃｌは－１です。
Ｃｕは＋２だからＣｌは－１というのは順番が逆です。Ｃｌの方が先に周期表から決まります。
だからＣｕＣｌであればＣｕの酸化数は＋１です。

ＣＯ２は分子です。
イオンと同じように「無理やり」考えます。
Ｆｅ２Ｏ３の中にあるＯもＣＯ２の中にあるＯも同じであるとしています。どちらもＯ^(2-)だとして考えます。変わったのはＦｅとＣだとしています。
ＣはＯ^(2-)２つと結合しているのですから４＋です。
酸化数はＯは－２、Ｃは＋４です。
「Ｏが２つで－４だから」というのはＣの酸化数を求めるためのものです。Ｏ１つでは－２です。
ＣｕＣｌ２の中でのＣｌの扱いと異なるところはありません。

Ｃｕ＋Ｃｌ２　→　ＣｕＣｌ２
Ｃ＋Ｏ２　→　ＣＯ２
で比べてみた方が同じ扱いだということをはっきりさせるにはいいと思います。

酸化数についての質問は多いです。
酸化数の規則を使えばイオンの価数も決定できると思っている高校生が多いということに理由があるように思います。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。
完璧に理解できているかどうかは分かりませんが、納得できました！
ありがとうございました。

お礼日時：2010/12/23 23:30

No.4 回答者： windwald 回答日時： 2010/12/22 22:33

いまだ「１個あたり」と「いくつかの合計」を混同していらっしゃるように思います。

CaCl2のClの酸化数は-1であり、
Caの酸化数を求めるときであってもClの酸化数は-1です。

逆にCaCl2のCaが+2であることがすでに分かっている場合、
CaCl2の2を無視したらばClの酸化数は-2になってしまうではないですか。
Caが+2であると分かっていれば、Clの酸化数は
CaCl2では酸化数の合計が０であるから
(+2)+x*2=0よってx=-1
といえます。

この回答への補足

う～ん　なんかまだよくわからないです。
Clより先にCuから求めるとすると、Clの酸化数が-1で、二個だから-2
合計で0でないといけないからCuの酸化数は2

Cl2は-2だが、酸化数は原子一個当たりだから半分の-1
という風に考えてしまいます。

補足日時：2010/12/23 00:18

No.3 回答者： windwald 回答日時： 2010/12/22 18:46

>CaCl2のClの酸化数は?と聞かれたらClは2個あるが数えるときは一個分だから-1。

>でも、Caの酸化数は?と聞かれたらClが2個あることも考えて計算する。

この2行目の「でも」は考え方がさっぱり違います。
酸化数とは常に原子1個あたりについてのものを言います。
そして化合物中では「その合計が０になる」ということです。
CaCl2では、Clの酸化数が-1ならCaが+2でないと計算が合わないではないですか。

もっと身近なものに置き換えて考えてください。
たとえば「単価」とか。
リンゴ1個x円、ナシ1個150円としましょう。
そしてリンゴ1個とナシ2個を買ったとき400円でした。
リンゴ1個とナシ2個を買ったとき、(何個買ったとしても)ナシの単価は150円です。
そして、リンゴ1個とナシ2個を買ったとき、合計金額はx円+150円*2＝400円で
x=100と求まりますね。

この回答への補足

原子一個当たり、つまりCl2の2は無視して酸化数「-1」とするのが正解なんですよね?
それから、Cの酸化数を求めるために再度CuCl2全体を見て
Clが二個だから-2、合計で0だからCuの酸化数は2となる、ということではないのですか?

補足日時：2010/12/22 19:16

No.2 回答者： Saturn5 回答日時： 2010/12/22 17:13

Cu + Cl2 → CuCl2

この式で、Ｃｕの酸化数の変化は（０）→（＋２）です。
ちゃんとＣｌが２つ分計算しているでしょう。

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
で、Ｃの酸化数は（＋２）→（＋４） です。
では、Ｆｅ２Ｏ３のＦｅの酸化数はわかりますか？
（＋６）ではありませんよ。（＋３）です。
これはＯが（－２）が３個で（－６）になるですが、
Ｆｅが２個付いているので、Ｆｅ１個あたりでは（＋３）になるのです。

同じように、Cu + Cl2 → CuCl2　では、
Ｃｌの酸化数は１個あたりでは（０）→（－１）であり、
これが２個あるので２個の電子を取得している計算になるのです。

この回答への補足

つまり
CaCl2のClの酸化数は?と聞かれたらClは2個あるが数えるときは一個分だから-1。
でも、Caの酸化数は?と聞かれたらClが2個あることも考えて計算する。

ということでいいのでしょうか?

補足日時：2010/12/22 17:37

No.1 回答者： doc_sunday 回答日時： 2010/12/22 17:09

>Cl2 の2を計算しないのはなぜでしょうか?

一個ならＣl^-で-1、二個なら-2。
どこもおかしくありません。