【問題】
5. 次の各式に、 $e^-$ 、および必要であれば $\text{H}^+$ や $\text{H}_2\text{O}$ を書き加えて、酸化剤、還元剤の電子の授受を表す式を完成させよ。
(1) $\text{H}_2\text{S} \rightarrow \text{S}$ (2) $\text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+}$ (3) $\text{HNO}_3 \rightarrow \text{NO}$
【まずは自分の力で考えてみましょう】
「化学反応式は覚えるもの」と思っていませんか？ 特にこの問題のような「半反応式（電子 $e^-$ を含む式）」は、丸暗記しようとすると大変なことになります。
実はこれ、**「決まった4つの手順」**通りにパズルを組み立てるだけで、誰でも自動的に作れてしまうんです。 酸化数？ 電荷？ ちょっと自信がない…という人も大丈夫。
今から解説する手順を見ながら、まずは答えを見ずに手を動かしてみてください！
【解説】暗記不要！「半反応式」を作る4ステップ
こんにちは、スマスクの「先生」です。 今回は、化学基礎・化学で避けては通れない**「酸化剤・還元剤の半反応式の作り方」**を徹底解説します。
この式を作るには、以下の「魔法の4ステップ」を使います。これさえ覚えれば、どんな複雑な反応式も怖くありませんよ。
【半反応式作成の4ステップ】
- 【酸化数】 変化した分だけ、電子 $e^-$ を加える。
- 酸化数が増えた $\rightarrow$ 右辺に $e^-$ （電子を失った）
- 酸化数が減った $\rightarrow$ 左辺に $e^-$ （電子を受け取った）
- 【電荷】 両辺のプラスマイナスの合計を合わせるため、水素イオン $\text{H}^+$ を加える。
- 【原子数】 HとOの数を合わせるため、水 $\text{H}_2\text{O}$ を加える。
- 【確認】 原子の数と電荷が合っているかチェックして完成！
では、一問ずつ一緒に作っていきましょう。
(1) $\text{H}_2\text{S} \rightarrow \text{S}$
硫化水素が硫黄になる反応です。
-
Step 1（電子）: 硫黄（S）の酸化数を見てみましょう。 $\text{H}_2\text{S}$ 中の S は $-2$ 、単体の S は $0$ です。 $-2 \rightarrow 0$ と 2増えている ので、電子を2個放出したことになります。右辺に $2e^-$ を足します。 $$\text{H}_2\text{S} \rightarrow \text{S} + 2e^-$$
-
Step 2（電荷）: 左辺の電荷は $0$ 。 右辺は電子があるので $-2$ です。 バランスを取るために、右辺にプラスの電気を持つ水素イオン $2\text{H}^+$ を足してプラマイゼロにします。 $$\text{H}_2\text{S} \rightarrow \text{S} + 2\text{H}^+ + 2e^-$$
-
Step 3（原子数）: 左辺に H が2個、右辺にも H が2個。酸素 O は登場しません。 これですでに原子の数は合っていますね。
完成！
(2) $\text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+}$
鉄(II)イオンが鉄(III)イオンになる反応です。これはシンプル！
-
Step 1（電子）: 酸化数が $+2 \rightarrow +3$ に 1増えています。 電子を1個失ったので、右辺に $e^-$ を足します。 $$\text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} + e^-$$
-
Step 2（電荷）: 左辺は $+2$ 。 右辺は $+3$ と $-1$ ($e^-$) で、合計 $+2$ 。 すでに合っています！
完成！
(3) $\text{HNO}_3 \rightarrow \text{NO}$
さあ、これが一番の難関、希硝酸の反応です。でも手順通りやれば必ず解けます。
-
Step 1（電子）: 窒素（N）の酸化数を数えます。 $\text{HNO}_3$ の N は $+5$ 、 $\text{NO}$ の N は $+2$ です。 $+5 \rightarrow +2$ と 3減っています。 これは電子を3個受け取った（還元された）ということ。左辺に $3e^-$ を足します。 $$\text{HNO}_3 + 3e^- \rightarrow \text{NO}$$
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Step 2（電荷）: 左辺の電荷を見てみましょう。$\text{HNO}_3$ は $0$ 、電子が $-3$ なので、合計 $-3$ です。 右辺の電荷は $0$ です。 左辺を $0$ にするために、水素イオン $3\text{H}^+$ を左辺に足します。 $$\text{HNO}_3 + 3\text{H}^+ + 3e^- \rightarrow \text{NO}$$
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Step 3（原子数）: 最後に H と O の数を合わせます。 左辺：Hが $1+3=4$ 個、Oが $3$ 個。 右辺：NとOが $1$ 個ずつ。
足りないのは、Hが4個とOが2個です。 これはちょうど水分子 $2\text{H}_2\text{O}$ 分ですね！右辺に加えます。 $$\text{HNO}_3 + 3\text{H}^+ + 3e^- \rightarrow \text{NO} + 2\text{H}_2\text{O}$$
完成！
【解答】
(1)
$$ \text{H}_2\text{S} \rightarrow \text{S} + 2\text{H}^+ + 2e^- $$
(2)
$$ \text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} + e^- $$
(3)
$$ \text{HNO}_3 + 3\text{H}^+ + 3e^- \rightarrow \text{NO} + 2\text{H}_2\text{O} $$
【まとめ】半反応式は「手順」で解く！
今回のポイントを整理しましょう。
- 電子 $e^-$ ：酸化数の変化分だけ足す。（増えたら右、減ったら左）
- 水素イオン $\text{H}^+$ ：電荷のズレを埋めるために足す。
- 水 $\text{H}_2\text{O}$ ：原子の数（HとO）を合わせるために足す。
この3ステップは、化学の入試問題で何度も何度も使います。 特に(3)の硝酸の反応式は頻出中の頻出です！
【解き直しのすすめ】白紙で再現できますか？
解説を読んで「ふむふむ、わかった」で終わらせるのはもったいない！ 今すぐ、問題文だけを見て、白い紙に3つの式を書き出してみてください。
特に(3)番。「左辺に $3H^+$ 足して…右辺に $2H_2O$ 足して…」と、自分で理由を言いながら書けたら、もうテストで忘れることはありません。 この「再現する」作業こそが、点数アップへの最短ルートですよ！
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