令和7年度 I-4-1

解説

この問題で問われていること

5つの物質・イオンについて、下線を付けた原子(S、Mn、Cr、N、N)それぞれの酸化数を計算し、最も酸化数が大きいものを選ぶ問題。

解き方

① H=+1、O=−2、酸化数の合計=全体の電荷(分子は0、MnO₄⁻は−1、Cr₂O₇²⁻は−2)
② S: 2+S−8=0→+6、Mn: Mn−8=−1→+7、Cr: 2Cr−14=−2→+6、N(HNO₃): 1+N−6=0→+5、N(NO₂): N−4=0→+4
③ 最大はMnの+7(②)

正解が正しい理由

各原子の酸化数は、Hを+1、Oを-2とし、分子全体またはイオン全体の電荷とつり合うように計算する。①H2SO4: 2×(+1)+S+4×(-2)=0よりS=+6。②MnO4⁻: Mn+4×(-2)=-1よりMn=+7。③Cr2O7²⁻: 2Cr+7×(-2)=-2より2Cr=+12、Cr=+6。④HNO3: (+1)+N+3×(-2)=0よりN=+5。⑤NO2: N+2×(-2)=0よりN=+4。これらを比較すると、②のMnO4⁻におけるMnの酸化数+7が最大であり、これが正答。

この問題で必要な基礎

■ 化学式の読み方
・右下の小さい数字(H₂SO₄の「2」「4」など)は、その原子の個数です。酸化数を合計するときは、この個数を掛けます(例: O₄なら(−2)×4=−8)。
・右上の記号(MnO₄⁻の「−」、Cr₂O₇²⁻の「2−」)は、そのイオン全体の電荷です。MnO₄⁻は全体で−1、Cr₂O₇²⁻は全体で−2なので、酸化数の合計がそれぞれ−1、−2になるように計算します。何も付いていない物質(H₂SO₄など)は電荷0なので、合計を0にします。

各選択肢について

• ① H2SO4のSの酸化数は+6であり、②のMn(+7)より小さいため最大ではない。
• ② MnO4⁻のMnの酸化数は+7であり、5つの中で最大であるため、これが正答。
• ③ Cr2O7²⁻のCrの酸化数は+6であり、②のMn(+7)より小さいため最大ではない。
• ④ HNO3のNの酸化数は+5であり、②のMn(+7)より小さいため最大ではない。
• ⑤ NO2のNの酸化数は+4であり、5つの中で最も小さく、最大ではない。

覚えるべきポイント

酸化数の計算は、H=+1、O=-2を基準とし、分子は電荷0、多原子イオンはそのイオンの価数と等しくなるように残りの原子の酸化数を求める。過マンガン酸イオン(MnO4⁻)のMnが+7になる点は頻出なので覚えておくとよい。