なぜ5e⁻なのか・・・

過酸化マンガンのイオン式が理解できません

MnO₄⁻+8Ｈ⁺+5e⁻→Mn²⁺+4H₂O

なぜこうなるのですか？
電子の数はどうなっているのですか？
詳しく説明をお願いします

No.1 ベストアンサー 回答者： Saturn5 回答日時： 2012/03/15 15:58

左辺のＭｎＯ４－のＭｎの酸化数を考えてください。

Ｏ＝－２ なので、Ｍｎ＋（－２）×＝－１
Ｍｎ＝＋７　です。
これに対して、右辺のＭｎ２＋の酸化数は＋２です。

ということは、酸化数が＋７から＋２が変化したので、
電子（ｅ－）を５個取得したというのがわかります。

No.9 回答者： htms42 回答日時： 2012/03/20 08:35

＃８様

化学反応式では関係する物質の中の全ての元素について原子数を合わせます。
Ｍｎの数も当然合わせます。
・酸化剤にＭｎＯ４^-を使った
・反応後にＭｎ^2+になった
ことが分かっています。
Ｍｎはこの２つでしか出てこないのですから他にどういう物質が関係してくるかに関係なく先にあわせることができます。水素や酸素は溶液中に存在する他の物質に関係します。後から調整します。
Ｈ２Ｏ、Ｈ^+で調整するのは水溶液中での反応ではそういうことで表現できる場合が多いということでしょう。
（教科書にも「水溶液中で起こるイオン反応について考えている」ということわりがあるはずです。）
基本は原子数を一致させるということです。

違った面から見てみましょう。

濃硫酸に銅が溶ける反応です。
Ｃｕ＋２Ｈ２ＳＯ４　⇒　ＣｕＳＯ４＋ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ

この式は酸化還元反応です。でもこの式の係数を合わせるのに酸化数は必要ありません。
化学反応式の練習の段階でも出てくる式です。この式が酸化数を使わないと作れないのであれば酸化還元の単元よりも後にしか出すことはできません。

金属の銅が化合物に変わっています。化合物の中では銅は銅イオンになっています。
銅の変化を抜き出します。
Ｃｕ　⇒　Ｃｕ^2+
銅を抜き出した残りは
２Ｈ２ＳＯ４　⇒　ＳＯ４^2-　＋ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ

このような2つの式に分けることができるというのも酸化数には関係がありません。
ただこれらの式は原子数は合っていますが電荷が合っていません。
電荷の不一致は電子が移動したことによって生じたと考えると半反応式が出てきます。
硫酸が酸化剤として働く時の反応では相手が銅でなくても硫酸の変化は同じであるだろうとして、組み合わせの素材として考えるイオン反応式が半反応式です。

Ｃｕ　⇒　Ｃｕ^2+　＋２ｅ^-
２Ｈ２ＳＯ４＋２ｅ^-　⇒　ＳＯ４^2-　＋ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ

この式をだすのにＳＯ４^2-やＳＯ２の中を触る必要はありません。
酸化数は関係がないということが分かるはずです。

酸化数はこのＳＯ４^2-やＳＯ２の内部についてのものです。
反応の中心になる硫黄の働きを示すような指標が欲しい、結合状態が変化していることは確かなんですからそれをを表す指標が手に入れば働きの指標にもなるのではないか、酸化還元という場面だけにしか当てはまらないものでかまわない、ということから出て来たものです。単原子イオンである銅の場合は電子の移動、結合の変化が分かりやすいです。ＳＯ４^2-やＳＯ２もＣｕの変化と同じような土俵に乗せて考えることができればいいのだがということでしょう。共有結合でできている分子や多原子イオンを単原子イオンの集合体であると考えるとどういう価数のイオンが対応するかという量を指標として考えましょうということで出てきたのが酸化数です。
酸化・還元反応の中での便宜的なものですから化学結合の立場は無視しています。全ての結合をイオンの結合で考えるというのが化学結合の考えと合うはずがありません。

＞２ＳＯ２＋Ｏ２　⇒　２ＳＯ３

この式はイオン反応ではありません。
イオン反応でないものについてイオンの半反応式を考えることは意味を持たないのです。
２Ｈ２＋Ｏ２　⇒　２Ｈ２Ｏ
でも同じです。
この式自体は意味が広いです。
気相で起こっている水素の燃焼をイオン反応式で書いても意味がありません。
水の電気分解、その逆反応の燃料電池の反応ではこの式は最初と最後だけを結んだ式です。途中のステップにイオン反応の部分が出て来ることがあるかも分かりません。その部分についてはイオン反応式を書くことができます。でも最初と最後だけを示して、イオン反応式が書けるはずだと言っても意味がないのです。

No.8 回答者： Saturn5 回答日時： 2012/03/19 19:51

（１）左辺に過マンガン酸イオンＭｎＯ４^-、右辺にマンガンイオンＭｎ^2+を書きます。

　　　Ｍｎの数を一致させておきます。
なぜＭｎの数だけを一致させますか？
この原子の酸化数が変化していることがわかっているからでしょう。
ならば酸化数を出した方が早いのではないですか？


（２）水溶液中での反応ということでＯの数の不一致はＨ２Ｏを補って合わせます。
酸化還元反応は水溶液中でしかおこらないものでしょうか？
燃焼反応はほとんどすべてが水溶液中の反応ではありません。

２ＳＯ２　＋ Ｏ２ →　２ＳＯ３
ＳＯ２の還元剤としての半反応式、Ｏ２の酸化剤としての半反応式はどのようにして
書けばいいのですか？

私はＨ＋やＨ２Ｏは後付の形を合わせるだけの数値だと思っています。
ここからｅ－を出すことは理論が逆になっているのではないですか？

No.7 回答者： htms42 回答日時： 2012/03/19 18:56

半反応式の作り方は教科書に載っています。

たいていの教科書では先にｅ^-の数を合わせています。
その時に酸化数を使っています。
先に原子数を合わせて最後に電荷を合わせれば酸化数は必要ありません。

酸化剤が何か、反応後にどういう物質に変わるかは分かっていなければいけません。
「硫酸酸性で過マンガン酸カリウムを酸化剤として使うと過マンガン酸イオンの赤紫色が消える。
これはＭｎＯ４^-がＭｎ^2+に変わっていることを示している」というところまでです。

教科書に載っている手順で言えば
（１）左辺に過マンガン酸イオンＭｎＯ４^-、右辺にマンガンイオンＭｎ^2+を書きます。
　　　Ｍｎの数を一致させておきます。
（２）水溶液中での反応ということでＯの数の不一致はＨ２Ｏを補って合わせます。
（３）Ｈの数の不一致はＨ^+を補って合わせます。
（４）これで原子数は全て一致しているはずです。
　　　電荷の不一致が残っていますが電子を補って合わせることができます。

多原子イオンの内部のことは一切考える必要がありません。

No.6 回答者： Saturn5 回答日時： 2012/03/19 14:31

やはり、ｅ－の係数を考えるには酸化数が必要ではないでしょうか？

(　)^-　＋８(　)^+　＋５(　)^-　⇒　(　)^2+　＋４(　)
上記のような式が分かっているのならば、イオンの価数を合わせるだけでｅ－の
数がわかります。しかし、この式でのＨ＋の数はＨ２Ｏの数などは後付けの数値で
あり、先に決まるのがｅ－の数ではないでしょうか？

２００５年の京都大学に以下のような問題があります。

ＭｎＯ４－とＭｎ２＋とが反応すると（　Ａ　）の式でＭｎＯ２になる。
Ｓ２－ ＋ ＮＯ３－ ＋ ２Ｈ＋ ＋ Ｈ２Ｏ → ＳＯ４２－ ＋ ＮＨ４＋
これは（　Ｂ ）と（　Ｃ　）の２つの電子授受反応からなる。

これらの問題を解くには酸化数の変化に着目しないと解けません。

No.5 回答者： htms42 回答日時： 2012/03/17 10:33

＃４です。

訂正です。申し訳ありません。

＞(　)^-　＋８(　)^+　＋５(　)^-　⇒　(　)^2-　＋４(　)
＞－１＋８－５＝－２

↓
（正）
(　)^-　＋８(　)^+　＋５(　)^-　⇒　(　)^2+　＋４(　)
－１＋８－５＝＋２

No.4 回答者： htms42 回答日時： 2012/03/17 00:54

酸化数が分からないとこの式を完成させることができない

というおかしな考えがなぜこんなに広まってしまったのでしょうか。
そういう風に書いてある教科書があるというのが原因かもわかりませんが困ったことです。

電子の個数は多原子イオンの内部のことには関係なく決まる数字です。
電荷の保存を使います。

(　)^-　＋８(　)^+　＋５(　)^-　⇒　(　)^2-　＋４(　)
－１＋８－５＝－２

なぜＭｎの酸化数が必要なのでしょうか。

化学反応式の決定には元素ごとの原子数の保存を使います。イオン反応式の決定には原子数の保存と電荷の保存を使います。原子数の保存、電荷の保存は自然の大原則です。酸化数よりもずっとランクの高い法則です。
酸化数は電荷の保存を使って決めたイオン式に矛盾しないように決めた便宜的な数字です。
多原子イオン内部の結合はイオン結合ではありません。それをイオンの集合体であるとみなせばどういう価数が対応するかを示している数字です。

No.3 回答者： km1939 回答日時： 2012/03/16 09:02

基本：酸化と還元は同時に起きる。

　
　　　KMnO4 →K^+　＋ MnO4^- のMnの酸化数は
　　　7価になることはよろしいと思います。
　　　Kは酸化還元に直接かんけいないので、関係ある
　　　部分をとりだすと、質問者さんのような式になり
　　　これをイオン式と言います。
　　　式から左辺のMnは7価で右辺のMnは相手を酸化
　　　したため自身は還元されて2価になります。
　　 つまり、酸化相手から電子を5個もらい
　Mn^+7＋5e→Mn^+2となります。
　　　あいては当然電子を5個放出して酸化されます。

No.2 回答者： Tacosan 回答日時： 2012/03/15 17:07

電荷の釣り合いを考える方がいいかも.