例えば，過酸化水素$\mrm{H_2O_2}$の半反応式を考えるとき，溶液が酸性の場合には
\begin{align*}\mrm{H_2O_2 + 2H^+ + 2e^- \to 2H_2O}\end{align*}
の半反応式が起こり，溶液が中性または塩基性の場合には
\begin{align*}\mrm{H_2O_2 + 2e^- \to 2OH^-}\end{align*}
の半反応式が起こります．
このように，同じ物質でも溶液が酸性のときと中性・塩基性のときで，半反応式が異なっているものがあります．
その典型的なものとして
- 過酸化水素$\mrm{H_2O_2}$
- 過マンガン酸カリウム$\mrm{KMnO_4}$
があります．
この記事では
- 酸性条件と中性・塩基性条件で半反応式が変わる理由
- 酸性条件と中性・塩基性条件の具体例
を順に説明します．
「酸化還元反応」の一連の記事
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酸性条件と中性・塩基性条件で半反応式が変わる理由
前回の記事で酸化剤・還元剤の半反応式を一覧で紹介しましたが，この記事でも
- 過酸化水素$\mrm{H_2O_2}$
- 過マンガン酸カリウム$\mrm{KMnO_4}$
の半反応式を見てみましょう．
| 物質/化学式（条件） | 半反応式 |
|---|---|
| 過酸化水素$\mrm{H_2O_2}$ （酸性） |
$\mrm{H_2O_2 + 2H^+ + 2e^- \to 2H_2O}$ |
| 過酸化水素$\mrm{H_2O_2}$ （中性・塩基性） |
$\mrm{H_2O_2 + 2e^- \to 2OH^-}$ |
| 過マンガン酸カリウム$\mrm{KMnO_4}$ （酸性） |
$\mrm{MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \to Mn^{2+} + 4H_2O}$ |
| 過マンガン酸カリウム$\mrm{KMnO_4}$ （中性・塩基性） |
$\mrm{MnO_4^- + 2H_2O + 3e^- \to MnO_2 + 4OH^-}$ |
過酸化水素$\mrm{H_2O_2}$や過マンガン酸カリウム$\mrm{KMnO_4}$の半反応式は，酸性のときと中性・塩基性ときで異なっていますね．
酸性条件
化学反応の中には，硫酸$\mrm{H_2SO_4}$などの酸性溶液中で考えるものがあります．
酸性溶液中には水素イオン$\mrm{H^+}$が多く含まれているため，酸性溶液中の化学反応では水素イオン$\mrm{H^+}$をたくさん与えることができます．
実際，酸性条件下の過酸化水素$\mrm{H_2O_2}$, 過マンガン酸カリウム$\mrm{KMnO_4}$の半反応式はそれぞれ
\begin{align*}&\mrm{H_2O_2 + 2H^+ + 2e^- \to 2H_2O},
\\&\mrm{MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \to Mn^{2+} + 4H_2O}\end{align*}
であり，確かに左辺に水素イオン$\mrm{H^+}$が与えられていますね．
このように「水素イオン$\mrm{H^+}$の多い酸性溶液中で考える」というのが酸性条件の意味です．
中性・塩基性条件
一方で，中性溶液中や塩基性溶液中で化学反応を考えることもあります．
中性溶液中，塩基性溶液中には水素イオン$\mrm{H^+}$は微量しか含まれていいないため，酸性溶液中のように水素イオン$\mrm{H^+}$を与えることができません．
実際，酸性条件下の過酸化水素$\mrm{H_2O_2}$, 過マンガン酸カリウム$\mrm{KMnO_4}$の半反応式はそれぞれ
\begin{align*}&\mrm{H_2O_2 + 2e^- \to 2OH^-},
\\&\mrm{MnO_4^- + 2H_2O + 3e^- \to MnO_2 + 4OH^-}\end{align*}
であり，確かに左辺に水素イオン$\mrm{H^+}$はありませんね．
このように「水素イオン$\mrm{H^+}$の少ない中性・塩基性溶液中で考える」というのが中性・塩基性条件の意味です．
酸性条件と中性・塩基性条件の具体例
それでは具体例を考えてみましょう．
酸性条件下での半反応式
問題に「硫酸酸性下」などと書いてあると，「硫酸を使わないといけないのかな？」と思ってしまいそうですが，酸化還元反応自体に硫酸は登場しません．
しかし，硫酸が存在することにより溶液は酸性となるため，この問題では酸性条件下での過マンガン酸カリウム$\mrm{KMnO_4}$の半反応式を使うわけですね．
酸性条件下で過マンガン酸カリウム$\mrm{KMnO_4}$の半反応式は
\begin{align*}\mrm{MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \to Mn^{2+} + 4H_2O}\end{align*}
であり，シュウ酸$\mrm{(COOH)_2}$の半反応式は
\begin{align*}\mrm{(COOH)_2 \to 2CO_2 + 2H^+ + 2e^-}\end{align*}
である．よって，
として酸化還元反応が生じる．
これらを併せると
\begin{align*}&\mrm{2KMnO_4 + 5(COOH)_2 + 3H_2SO_4}
\\&\mrm{\to 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 10CO_2 + 8H_2O}\end{align*}
となりますが，どのようにこの化学反応式を導くかは次の記事で解説しています．
「硫酸酸性」という条件は「半反応式の左辺で水素イオン$\mrm{H^+}$を使え」というヒントになっているということが大切です．
なお，硫酸が「水素イオン$\mrm{H^+}$を強く押し付ける性質」を持つことは当たり前にしておいてください．
中性・塩基性条件下での半反応式
中性条件の過酸化水素水にヨウ化カリウム水溶液を加えると，それぞれどのような半反応式に従うか？
溶液が中性なので，この問題では中性・塩基性条件下での過酸化水素$\mrm{H_2O_2}$の半反応式を使うわけですね．
中性・塩基性条件下で過酸化水素$\mrm{H_2O_2}$の半反応式は
\begin{align*}\mrm{H_2O_2 + 2e^- \to 2OH^-}\end{align*}
であり，ヨウ化カリウム$\mrm{KI}$の半反応式は
\begin{align*}\mrm{2I^- \to I_2 + 2e^-}\end{align*}
である．よって，
として酸化還元反応が生じる．
これらを併せると
\begin{align*}\mrm{H_2O_2 + 2KI \to I_2 + 2KOH}\end{align*}
となりますが，どのようにこの化学反応式を導くかは次の記事で解説しています．
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