【共通テスト対策】酸化数の求め方｜文系のための高校化学基礎
酸化還元の単元がよくわからない…
テスト対策・共通テスト対策をしたいけど何からすればよいのか…
このような方にまず会得してもらいたいのが
「酸化数」の求め方。
酸化数は簡単なルールと解法の手順を身に付けることで、
簡単に求められるようになります。
さらに、酸化数が求められるようになると、
それに連動して酸化還元の様々な問題が解けるようになるので、
習得のコスパ◎です！
酸化数って何？
酸化数って何に使う？
酸化数を求めるためのルールは？
実際に酸化数を算出する
この記事では「酸化数の計算方法」を、
化学が苦手な文系の高校生にもわかりやすく解説をします。
化学基礎の定期テスト・共通テストの突破を目指して、
この記事で酸化数を完ぺきにしましょう！
酸化数って何？（詳しく説明｜初見はスルーOK！）
酸化数が何なのか気になる人はここから読んでください。
とりあえず最短で化学基礎をおさえたい方は、次の見出しからでOKです！
酸化数とは、
その原子が電子をどれだけ失った（または受け取った）かを表す数
です。
その原子が電子を１つ失うと酸化数は１増えて、
電子を一つ受け取ると酸化数は１減ります。
ところで、酸化還元と電子の関係は覚えていますか？
電子を失うとその原子は酸化、電子を受け取ると還元される。
これが酸化還元と電子の関係です！
「酸化数の定義」と「酸化還元と電子の関係」を組み合わせると…
酸化数が増えるとその原子は酸化、酸化数が減るとその原子は還元される。
という関係を導くことができます。
酸化数って何に使う？（初見はここから！）
これから酸化数の計算方法を学習する前に、
まずは酸化数について学ぶメリットを見ておきましょう。
酸化数の役割は、
反応の前後でその物質が酸化・還元されたかを判定することです。
反応の前後で酸化数が増えていたら、その物質は酸化されている。
このように、酸化還元のチェッカーとして酸化数を使います。
例）
この反応について、酸化数を計算してみると…
よって
よって
このように、酸化数はその物質が酸化・還元されたかをチェックするために使います。
酸化数の実践的な使用方法はまた別の記事で詳しく説明します。
この記事ではまずは土台として、酸化数の計算方法について学習しましょう。
酸化数の計算のために覚えるルール
■ 酸化数の計算の前提
酸化数は単体・化合物の各元素について数値です。
NH₃ について考える場合は、
NH₃ のN の酸化数は○○で、Hの酸化数は○○だ！
のように一つ一つの元素について数値を求めます。
この「一つ一つの元素について」というところを頭に入れて先に進んでください!
ではここから「酸化数を計算するためのルール」を解説します。
まずは単体・化合物・イオンの全体の酸化数について説明します。
これはおそらく感覚とも一致するはずです。
気楽に３つ覚えましょう！
■ ルール① 単体の酸化数は0
- H₂ → （Hの酸化数）＝０
- O₂ →（ Oの酸化数）＝０
■ ルール② 化合物全体の酸化数の和は０
H₂O → （Hの酸化数）×２＋（Oの酸化数）＝０
NH₃→（Nの酸化数）＋（Hの酸化数）×３＝０
H₂O はHが２粒でOが１粒、というように考えてください！
■ ルール③ イオンの酸化数は「電荷と一致」
例：
- SO₄²⁻ → （Sの酸化数）＋（Oの酸化数）×４＝ー２
- NH₄⁺ → （Nの酸化数）＋（Hの酸化数）×４＝＋１
ルール①～③について、あえて雑な説明をすると…
ひとつのかたまり（単体・化合物・イオン）について、
各元素の酸化数の和＝かたまりの右上に書いてある数
と思ってくれればOKです！
MnO₄⁻ であれば （Mnの酸化数）＋（Oの酸化数）×４＝ー１
このように考えます！
ここまでは分かるけど、でもこれじゃあ各元素の酸化数が分からない…
そのために、ここから先は元素ごとのルールを覚えます！
これらは一つ一つ暗記しましょう！
■ ルール④ 化合物中のH（水素）は原則＋１
化合物中のH（水素）の酸化数は原則＋１です。
例：
- H₂O → （水素の酸化数）＝＋１
- HCl →（水素の酸化数）＝＋１
例外：
- NaH → （水素の酸化数）＝－１
- CaH₂→ （水素の酸化数）＝－１
金属と結合する場合は、水素の酸化数はー１です。
このような例外も覚えておきましょう。
■ ルール⑤ 化合物中のO（酸素）は原則ー２
化合物中のO（酸素）の酸化数は原則－２です。
例：
- H₂O → （Oの酸化数）＝－２
- CO₂ → （Oの酸化数）＝－２
例外：
- H₂O₂ → （Oの酸化数）＝－１
- BaO₂ → （Oの酸化数）＝－１
O₂²⁻（過酸化物イオン）を含む場合は −1 です。
特に過酸化水素（H₂O₂ ）は定期テストでも頻出なので覚えておきましょう。
■ ルール⑥ 電離したときの価数＝酸化数
H, O 以外にも覚える覚えるべき元素が多く存在するのですが、
これらは、「電離したときの価数＝酸化数」と覚えればOKです！
アルカリ金属元素
化合物中のLi, Na, K などは、
共通テスト範囲では化合物中で必ず ＋１です！
ハロゲン元素
化合物中のF, Cl, Br, I は
基本的に ー１です！
（※酸素と結合する場合などの例外は発展内容）
酸・塩基
- HNO₃ → H⁺ ＋ NO₃⁻
（Hの酸化数）＝＋１、（NO₃ 全体の酸化数）＝ー１
- Al₂(SO₄)₃ → ２Al ³⁺＋ ３SO₄²⁻
（Alの酸化数）＝＋３、（SO₄²⁻ 全体の酸化数）＝ー２
問題のレベルが上がってくると硫酸イオン（SO₄²⁻）などの酸化数も問われるので、
そのようなときはこのように電離の式を思い出しましょう！
以上が酸化数の計算のために覚えるべきルールです！
周期表や酸・塩基の単元がバッチリな方にとってはかなり覚えやすいルールではないでしょうか。
化学基礎は前後の単元が今の単元に干渉してくる科目です。
そのため、今習っている単元以外（特にこれより前の単元）に穴があると、
どうしても高得点の確保は難しくなります…
周期表や酸・塩基があいまいな方は、
一度それらを復習して、再度ここに戻ってくることをおすすめします！
ここから先は、今覚えたルールを使って、
実際に各元素の酸化数を計算してみましょう！
分子・多原子イオン中の原子の酸化数の求め方
実際の試験では、ルール④～⑥で登場した元素以外について、
その酸化数を問われることが多いです。
それらの元素については、
個別に数値を暗記するのではなく、今から紹介する計算で酸化数を求めます！
- 問われている元素の酸化数を x と置く
- 酸化数が分かるものを埋める
（H・O・アルカリ金属など） - 全体の和＝0（または電荷）で式を立てる
- 方程式を解く
この手順を用いてNH₃, NO₃⁻ 中の窒素原子の酸化数を求めてみましょう。
NH₃のNの酸化数を求める
- 問われている元素の酸化数を x と置く
- 酸化数が分かるものを埋める
（H・O・アルカリ金属など） - 全体の和＝0（または電荷）で式を立てる
- 方程式を解く
この手順に従って実際に求めます。
問われている元素をｘと置く・分かるものを埋める
手順１と２は分離するとかえってややこしいので、まとめてしまいます。
今回はN について問われているので、Nの真下にｘを書きます。
Hの酸化数は原則＋１なので、Hの真下に＋１を書きます。
このように、
かたまり（単体・化合物・イオン）の各元素の真下にｘや数値を書きこみましょう！
全体の和＝0（または電荷）で式を立てる
（NH₃全体の酸化数）＝０
ここから方程式が立てられます。
方程式を解く
この方程式を解くと
よって、NH₃中のNの酸化数は－３です。
NO₃⁻ のNの酸化数の求め方
- 問われている元素の酸化数を x と置く
- 酸化数が分かるものを埋める
（H・O・アルカリ金属など） - 全体の和＝0（または電荷）で式を立てる
- 方程式を解く
この手順に従って実際に求めます。
問われている元素をｘと置く・分かるものを埋める
問われているNの酸化数をｘとおきます。
酸素の酸化数は原則ー２なので、それを用いましょう。
全体の和＝0（または電荷）で式を立てる
（NO₃⁻の酸化数の和）＝－１なので
ここから方程式が立てられます。
方程式を解く
この方程式を解くと
よって、NO₃⁻中のNの酸化数は＋５です。
まとめ
酸化数の計算方法はうまくつかめましたか？
まずは計算のためのルールをしっかりと覚える！
ルールを覚えたら、今度は数値を書き込んで方程式を立てて計算。
化学の試験は時間との勝負です。
酸化数の計算はスムーズに解けるまで繰り返し演習をしましょう！
酸化数の計算は、繰り返し練習してスムーズにこなせるようにしましょう。
実際に自分の手を動かして、例題や学校ワークの問題をよく練習してください！
次に読むべき記事
酸化数が理解できたら、次にやるべきことは1つです。
酸化還元反応の見抜き方です。
「この反応は酸化還元反応である。〇か×か」
酸化数を実際に活用する単元へと進みましょう！
酸化数の特定のためには、
周期表や酸・塩基の知識がかなり重要でしたね。
化学基礎は前後の単元が今の単元に干渉してくる科目です。
そのため、今習っている単元以外（特にこれより前の単元）に穴があると、
どうしても高得点の確保は難しくなります…
周期表や酸・塩基があいまいな方は、
一度それらを復習して、再度ここに戻ってくることをおすすめします！
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