グレード11
  1. 化学の基本概念  1.1. 化学の重要性  1.2. 化学の性質と範囲  1.3. 化学結合の法則  1.3.1. 質量保存の法則  1.3.2. 定比例の法則  1.3.3. 倍数比例の法則  1.3.4. 気体の体積法則  1.3.5. アボガドロの法則  1.4. ドルトンの原子論  1.5. モル概念とモル質量  1.6. 質量百分率  1.7. 経験式と分子式  1.8. Stoichiometry and Stoichiometric Calculations  1.9. 制限試薬の概念
  2. 原子の構造  2.1. Discovery of the electron, proton, and neutron  2.2. 原子モデル  2.2.1. トムソンのモデル  2.2.2. ラザフォードモデル  2.2.3. ボーアモデル  2.3. 原子の量子力学モデル  2.4. 物質と放射の二重性  2.5. ハイゼンベルクの不確定性原理  2.6. 量子数  2.7. 原子軌道とその形状  2.8. 元素の電子配置  2.9. Aufbau principle  2.10. パウリの排他原理  2.11. フントの最大多重度の法則  2.12. de Broglie's hypothesis  2.13. 光電効果
  3. 元素の分類と性質の周期性  3.1. 周期表の歴史的発展  3.2. 現代の周期律と周期表  3.3. 性質の周期的な傾向  3.3.1. 原子半径とイオン半径  3.3.2. イオン化エンタルピー  3.3.3. 電子親和力  3.3.4. 電気陰性度  3.3.5. 原子価  3.3.6. 金属および非金属の特性  3.3.7. 酸化状態  3.4. 最初の元素の異常な特性
  4. 化学結合と分子構造  4.1. ケッセル・ルイスの化学結合アプローチ  4.2. イオン結合または電気価結合  4.3. 共有結合とその特徴  4.4. ボンドパラメータ  4.5. VSEPR理論  4.6. 結合価理論  4.7. 混成とその種類  4.8. 分子軌道理論  4.8.1. 結合次数と安定性  4.9. 水素結合
  5. 物質の状態  5.1. 分子間力  5.2. ガス法則  5.2.1. ボイルの法則  5.2.2. シャルルの法則  5.2.3. アボガドロの法則  5.2.4. ドルトンの部分圧の法則  5.2.5. グラハムの拡散の法則  5.3. 理想気体の方程式とその応用  5.4. 実在気体と理想的な挙動からの逸脱  5.5. 気体の運動分子理論  5.6. ガスの液化  5.7. 液体の特性  5.8. 表面張力と粘度
  6. 熱力学  6.1. システムと環境  6.2. 熱力学のシステムの種類  6.3. 手続きの種類  6.4. 熱力学第一法則  6.5. 内部エネルギーとエンタルピー  6.6. 熱容量と比熱  6.7. ヘスの法則（一定熱量の総和の法則）  6.8. 結合解離エンタルピー  6.9. 生成エンタルピーと燃焼エンタルピー  6.10. 溶解熱と中和熱  6.11. 自発性と熱力学第二法則  6.12. ギブス自由エネルギーとその応用
  7. バランス  7.1. 均衡の概念  7.2. 平衡定数とその応用  7.3. ル・シャトリエの原理  7.4. 溶液中のイオン平衡  7.5. 酸と塩基の理論  7.5.1. Arrhenius concept  7.5.2. ブレンステッド・ローリーの概念  7.5.3. ルイス概念  7.6. pHスケールとpOH  7.7. 共通イオン効果  7.8. 塩の加水分解  7.9. 緩衝溶液とその作用機構  7.10. ほとんど溶けない塩の溶解平衡
  8. 酸化還元反応  8.1. 酸化と還元の概念  8.2. 酸化数とその応用  8.3. 電子移動による酸化還元反応  8.4. 酸化数法とイオン電子法による酸化還元反応のバランス調整  8.5. 酸化還元反応の種類  8.6. 電気化学電池と酸化還元反応
  9. 水素  9.1. 周期表における水素の位置  9.2. 水素の同位体  9.3. 水素の調製  9.4. 水素の特性  9.5. 水素化物とその分類  9.6. 水と重水  9.7. 過酸化水素とその特性  9.8. 水素とその化合物の用途
  10. Sブロック元素（アルカリ金属およびアルカリ土類金属）  10.1. 第1族元素 - 性質と傾向  10.2. 第2族元素 - 性質と傾向  10.3. Unusual properties of lithium and beryllium  10.4. ナトリウムの重要な化合物とその用途  10.5. マグネシウムとカルシウムの重要な化合物
  11. いくつかのpブロック元素  11.1. pブロック元素の一般的な紹介  11.2. Group 13 Elements  11.2.1. ホウ素とその化合物  11.3. 第14族元素  11.3.1. 炭素とその同素体  11.3.2. 炭素とシリコンの重要化合物
  12. 有機化学 - 基本原理と技術  12.1. 有機化合物の分類と命名法  12.2. 有機化合物の構造表現  12.3. 有機反応の分類  12.4. 有機化学における電子効果  12.4.1. 誘導効果  12.4.2. 共鳴効果  12.4.3. ヒペルコンジュゲーション  12.5. 反応機構と中間種  12.6. 有機化合物の精製と定性分析
  13. 炭化水素  13.1. 炭化水素  13.1.1. Preparation and Properties of Alkenes  13.2. アルケン  13.2.1. アルケンの製造と特性  13.2.2. 求電子付加反応  13.3. アルキン  13.3.1. アルキンの合成と特性  13.4. 芳香族炭化水素  13.4.1. ベンゼンの構造と特性  13.4.2. ベンゼンの求電子置換反応
  14. 環境化学  14.1. 環境汚染  14.2. 大気汚染と温室効果  14.3. 水の汚染と処理方法  14.4. 土壌汚染とその影響  14.5. 産業廃棄物とその処理  14.6. 汚染制御の戦略

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酸化数法とイオン電子法による酸化還元反応のバランス調整


酸化還元反応、または還元・酸化反応は、化学反応の重要なクラスです。それらは2つの物質間の電子の移動を伴います。簡単に酸化還元反応を認識する方法は、原子の酸化状態に変化があることです。これらの反応のバランスは、電子の移動の仕方を理解する上で重要です。

酸化と還元の理解

バランス調整の方法に入る前に、酸化と還元の概念を理解することが重要です。

  • 酸化:は電子の喪失を指します。元素が電子を失うと、その酸化状態は増加します。
  • 還元:は電子の獲得を指します。元素が電子を獲得すると、その酸化状態は減少します。

よく使われる覚え方としてはOil Rig: Oxidation is loss, reduction is gainがあります。

酸化還元反応のバランス調整方法

酸化還元反応をバランスさせる方法は主に2つあります。酸化数法とイオン電子法（半反応法とも呼ばれる）です。それぞれの方法を詳しく見ていきましょう。

酸化数法

酸化数法は反応をバランスさせるために酸化数の変化を追跡するものです。以下のステップがあります。

  1. 酸化数を割り当てる:未バランスの方程式のすべての原子の酸化数を決定します。
  2. 酸化還元ペアを識別する:どの元素が酸化され、どの元素が還元されるかを特定します。
  3. 変化を書く:酸化数の増減を書きます。
  4. 酸化数の変化をバランスさせる:酸化数の増減を等しくするために係数を使用します。
  5. 残りの原子と電荷をバランスさせる:原子と電荷がバランスするように式のバランスを完了します。

酸化数法の例

亜鉛と塩酸の反応を考えてみましょう。

Zn + HCl → ZnCl2 + H2
  1. 酸化数を指定する:
    Zn: 0, H: +1, Cl: -1 Zn in ZnCl2: +2, Cl in ZnCl2: -1, H in H2: 0
  2. 酸化還元ペアを識別する:
    Zn is oxidized from 0 to +2 H is reduced from +1 to 0
  3. 酸化数の変化を書く:
    Zn: 0 → +2 (酸化) H: +1 → 0 (還元)
  4. 酸化数の変化の平衡:
    2電子がZnによって失われ、2電子が2Hによって得られる
  5. 残りの原子と電荷をバランスさせる:
    Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

イオン電子法（半反応法）

イオン電子法では反応を2つの半反応に分割します: 一方は酸化、他方は還元です。以下のように行います。

  1. 半反応に分割する:全体の酸化還元反応を2つの半反応に分割します。
  2. OとH以外の原子をバランスさせる:酸素と水素以外のすべての元素をバランスさせます。
  3. 酸素原子をバランスさせる:水（H2O）分子を追加して行います。
  4. 水素原子をバランスさせる:水素イオン（H+）を使用して水素をバランスさせます。
  5. 電荷をバランスさせる:各半反応の電荷差をバランスさせるために電子を使用します。
  6. 電子交換を等しくする:半反応を適切な係数で乗じて、失われた電子数と得られた電子数が等しくなるようにします。
  7. 半反応を結合する:共通の項を消去しながら半反応を元に戻します。
  8. バランスを確認する:質量と電荷の両方がバランスされていることを確認します。

イオン電子法の例

過マンガン酸カリウムと硫酸鉄(II)の反応をバランスさせましょう。

KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O
  1. 半反応に分割する:
    MnO4- → Mn2+ Fe2+ → Fe3+
  2. MnとFeのバランス:
    MnO4- → Mn2+ Fe2+ → Fe3+
  3. H2Oを追加して酸素をバランスさせる:
    MnO4- + 8H+ → Mn2+ + 4H2O
  4. H+を追加して水素をバランスさせる:
    前のステップで既にバランスされています。
  5. 電子を使用して電荷をバランスさせる:
    MnO4- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O Fe2+ → Fe3+ + e-
  6. 電子交換を等しくする:
    Feの半反応を5倍する: 5Fe2+ → 5Fe3+ + 5e-
  7. 結合して共通単語をキャンセル:
    MnO4- + 8H+ + 5Fe2+ → Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
  8. 質量と電荷の両方がバランスされているか確認します。

結論

酸化還元反応のバランスを取ることは練習とともに向上するスキルです。酸化数法かイオン電子法を使用する場合でも、電子の移動を理解することが重要です。系統的なステップを踏むことで、どんな酸化還元反応もバランスを取ることができ、質量と電荷の両方が保存されていることを保証します。

酸化還元反応は実験室に限らず、腐食や燃焼、生体内の生物学的システムなど、私たちの身の回りですべてのプロセスにも見られます。


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酸化数法とイオン電子法による酸化還元反応のバランス調整

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