酸化還元反応の酸性条件と中性・塩基性条件で何が変わる？

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

   

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

   

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．

酸性条件と中性・塩基性条件での半反応式

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）	$\mrm{MnO_4^- + 2H_2O + 3e^- \to MnO_2 + 4OH^-}$

この表から明らかなように，過酸化水素$\mrm{H_2O_2}$や過マンガン酸カリウム$\mrm{KMnO_4}$は「酸性」のときと，「中性・塩基性」ときで半反応式が変わっていますね．

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

   

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

   

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」に硫酸は関係しません．

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．

大切なことは「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ことです．

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

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．