酸化還元のモル計算・酸化還元滴定をわかりやすく解説【高校化学】

📖

【前回の記事】【解答・解説】酸化還元の化学反応式練習問題5問
化学反応式の作り方をまだ確認していない方はこちらから！
▶ 前回の記事を読む

酸化還元反応の化学反応式が書けるようになったら、次はモル計算です。「酸化剤が受け取るe⁻のmol数」と「還元剤が渡すe⁻のmol数」は必ず等しくなります。この関係を使えば、濃度・体積・質量などを求める計算問題が解けるようになります！

📌 この記事でわかること

酸化還元反応のモル計算の基本（e⁻のmol数が等しい）
酸化還元滴定とは何か
例題①：KMnO₄によるシュウ酸の滴定
例題②：KMnO₄による過酸化水素の定量
例題③：K₂Cr₂O₇によるFe²⁺の定量
練習問題5問

酸化還元反応のモル計算の基本

酸化還元反応では、酸化剤が受け取るe⁻のmol数と還元剤が渡すe⁻のmol数は必ず等しいという関係が成り立ちます。

【モル計算の基本式】

酸化剤が受け取るe⁻のmol数＝還元剤が渡すe⁻のmol数

酸化剤のmol数 × 1molあたりのe⁻数＝還元剤のmol数 × 1molあたりのe⁻数

各物質が1molあたり何molのe⁻を授受するかは、半反応式から読み取ります。

物質	役割	半反応式	1molあたりのe⁻
KMnO₄（酸性）	酸化剤	MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O	5 mol
K₂Cr₂O₇	酸化剤	Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O	6 mol
H₂O₂（酸化剤）	酸化剤	H₂O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → 2H₂O	2 mol
(COOH)₂	還元剤	(COOH)₂ → 2CO₂ + 2H⁺ + 2e⁻	2 mol
H₂O₂（還元剤）	還元剤	H₂O₂ → O₂ + 2H⁺ + 2e⁻	2 mol
Fe²⁺	還元剤	Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻	1 mol
(COOH)₂	還元剤	(COOH)₂ → 2CO₂ + 2H⁺ + 2e⁻	2 mol

酸化還元滴定とは

酸化還元滴定とは、酸化剤または還元剤の水溶液を使って、未知の濃度を求める操作のことです。酸塩基滴定と同様に、ビュレットを使って滴下します。

📋 酸化還元滴定の手順

試料（濃度未知）をコニカルビーカーに入れる
硫酸を加えて酸性にする（KMnO₄滴定の場合）
ビュレットから標準溶液（濃度既知）を滴下する
終点（色の変化）を確認する
e⁻のmol数が等しい関係から濃度を計算する

⚠️ KMnO₄滴定の終点の見分け方

KMnO₄（過マンガン酸カリウム）は濃い赤紫色です。
反応中はMn²⁺（ほぼ無色）に変化するため、溶液は無色のままです。
終点では過剰のKMnO₄が残り、溶液が薄い赤紫色に変わった時点が終点です。
指示薬は不要です！

例題①：KMnO₄によるシュウ酸の滴定

問題：シュウ酸（(COOH)₂）水溶液10.0 mLに硫酸を加えた後、0.020 mol/LのKMnO₄水溶液で滴定したところ、8.0 mLを要した。シュウ酸水溶液の濃度を求めよ。

STEP 1：半反応式からe⁻のmol数を確認

KMnO₄（酸化剤）：MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O
→ KMnO₄ 1mol が 5mol のe⁻を受け取る

(COOH)₂（還元剤）：(COOH)₂ → 2CO₂ + 2H⁺ + 2e⁻
→ (COOH)₂ 1mol が 2mol のe⁻を渡す

STEP 2：KMnO₄のmol数を求める

KMnO₄のmol数＝ 0.020 mol/L × 8.0/1000 L ＝ 1.6 × 10⁻⁴ mol

STEP 3：e⁻のmol数が等しい関係を立てる

(COOH)₂のmol数を x mol とすると：
KMnO₄のe⁻ ＝ (COOH)₂のe⁻
1.6 × 10⁻⁴ × 5 ＝ x × 2

STEP 4：濃度を求める

x ＝ (1.6 × 10⁻⁴ × 5) ÷ 2 ＝ 4.0 × 10⁻⁴ mol

濃度＝ 4.0 × 10⁻⁴ mol ÷ 10.0/1000 L ＝ 0.040 mol/L

【答え】

シュウ酸水溶液の濃度：0.040 mol/L

例題②：KMnO₄による過酸化水素の定量

問題：H₂O₂水溶液20.0 mLに希硫酸を加えた後、0.050 mol/LのKMnO₄水溶液で滴定したところ、20.0 mLを要した。H₂O₂水溶液の濃度を求めよ。

STEP 1：半反応式からe⁻のmol数を確認

KMnO₄（酸化剤）：1molあたり 5mol のe⁻を受け取る
H₂O₂（還元剤）：H₂O₂ → O₂ + 2H⁺ + 2e⁻
→ H₂O₂ 1mol が 2mol のe⁻を渡す

STEP 2：KMnO₄のmol数を求める

KMnO₄のmol数＝ 0.050 × 20.0/1000 ＝ 1.0 × 10⁻³ mol

STEP 3：e⁻のmol数が等しい関係を立てる

H₂O₂のmol数を x mol とすると：
1.0 × 10⁻³ × 5 ＝ x × 2
x ＝ 2.5 × 10⁻³ mol

STEP 4：濃度を求める

濃度＝ 2.5 × 10⁻³ ÷ 20.0/1000 ＝ 0.125 mol/L

【答え】

H₂O₂水溶液の濃度：0.125 mol/L

例題③：K₂Cr₂O₇によるFe²⁺の定量

問題：Fe²⁺を含む水溶液25.0 mLに希硫酸を加えた後、0.010 mol/LのK₂Cr₂O₇水溶液で滴定したところ、15.0 mLを要した。Fe²⁺の濃度を求めよ。

STEP 1：半反応式からe⁻のmol数を確認

K₂Cr₂O₇（酸化剤）：Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O
→ K₂Cr₂O₇ 1mol が 6mol のe⁻を受け取る

Fe²⁺（還元剤）：Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻
→ Fe²⁺ 1mol が 1mol のe⁻を渡す

STEP 2：K₂Cr₂O₇のmol数を求める

K₂Cr₂O₇のmol数＝ 0.010 × 15.0/1000 ＝ 1.5 × 10⁻⁴ mol

STEP 3：e⁻のmol数が等しい関係を立てる

Fe²⁺のmol数を x mol とすると：
1.5 × 10⁻⁴ × 6 ＝ x × 1
x ＝ 9.0 × 10⁻⁴ mol

STEP 4：濃度を求める

濃度＝ 9.0 × 10⁻⁴ ÷ 25.0/1000 ＝ 0.036 mol/L

【答え】

Fe²⁺の濃度：0.036 mol/L

📝 この記事のまとめ