酸化と還元をわかりやすく｜化学反応式と質量の比（銅4:1・マグネシウム3:2）
この記事の要点
- 酸化：物質が酸素と結びつく化学変化／還元：酸化物から酸素をうばう化学変化
- 酸化と還元は同時に起こる
- 質量の比 銅：酸素 ＝ 4：1（銅：酸化銅 ＝ 4：5）
- 質量の比 マグネシウム：酸素 ＝ 3：2（マグネシウム：酸化マグネシウム ＝ 3：5）
酸化とは
物質が酸素と結びつく化学変化を酸化といい、できた物質を酸化物といいます。
酸化のうち、熱や光を出しながら激しく進むものを、とくに燃焼といいます。
| 例 | 反応 | 種類 |
|---|---|---|
| マグネシウムを加熱 | 強い光を出して燃え、白い酸化マグネシウムになる | 燃焼 |
| 銅を加熱 | 表面が黒くなり、酸化銅になる（光は出さない） | おだやかな酸化 |
| 鉄がさびる | ゆっくり酸素と結びつく | おだやかな酸化 |
化学反応式
- 銅の酸化：2Cu ＋ O₂ → 2CuO（酸化銅は黒色）
- マグネシウムの燃焼：2Mg ＋ O₂ → 2MgO（酸化マグネシウムは白色）
- 炭素の燃焼：C ＋ O₂ → CO₂
- 水素の燃焼：2H₂ ＋ O₂ → 2H₂O
酸化と質量の関係
金属を加熱すると、結びついた酸素の分だけ質量が増えます。ただし、加熱をくり返すとある量でそれ以上増えなくなります（すべての金属が酸化したため）。
結びつく金属と酸素の質量の比は、いつも一定です。
- 銅：酸素 ＝ 4：1 → 銅 4 g から酸化銅 5 g ができる
- マグネシウム：酸素 ＝ 3：2 → マグネシウム 3 g から酸化マグネシウム 5 g ができる
覚え方：どちらも「できる酸化物は 5」。銅は 4 → 5、マグネシウムは 3 → 5。
計算のしかた
例：銅 2.0 g を完全に酸化させると、酸化銅は何 g できるか。
銅：酸化銅 ＝ 4：5 なので、2.0 × 5/4 ＝ 2.5 g（結びついた酸素は 0.5 g）
還元とは
酸化物から酸素をうばう化学変化を還元といいます。
炭素による酸化銅の還元
酸化銅と炭素の粉末を混ぜて加熱すると、次の反応が起こります。
2CuO ＋ C → 2Cu ＋ CO₂
- 酸化銅は酸素をうばわれて銅になる（還元された）→ 赤色の物質ができ、こすると金属光沢が出る
- 炭素は酸素と結びついて二酸化炭素になる（酸化された）→ 石灰水が白くにごる
このように、酸化と還元は同時に起こります。
実験の注意点
- 加熱をやめる前に、石灰水からガラス管をぬく（石灰水が逆流して試験管が割れるのを防ぐ）
- 火を止めたらピンチコックでゴム管をとじる（できた銅が空気中の酸素とふたたび結びつくのを防ぐ）
水素による還元
酸化銅を水素の中で加熱すると、CuO ＋ H₂ → Cu ＋ H₂O となり、銅と水ができます。
確認問題
物質が酸素と結びつく化学変化のうち、熱や光を出して激しく進むものを何といいますか。
燃焼
自己採点
酸化物から酸素をうばう化学変化を何といいますか。
還元
自己採点
銅の粉末を加熱するとできる物質の名前と色を答えなさい。
酸化銅で、色は黒色。
自己採点
銅を加熱したときの化学変化を化学反応式で書きなさい。
2Cu ＋ O₂ → 2CuO
自己採点
銅 1.2 g を完全に酸化させると、酸化銅は何 g できますか。
銅：酸化銅 ＝ 4：5 より、1.2 × 5/4 ＝ 1.5 g
自己採点
マグネシウム 1.2 g を完全に燃焼させると、酸化マグネシウムは何 g できますか。
マグネシウム：酸化マグネシウム ＝ 3：5 より、1.2 × 5/3 ＝ 2.0 g
自己採点
金属の粉末の加熱をくり返すと、ある量でそれ以上質量が増えなくなりました。それはなぜですか。
金属が**すべて酸素と結びついた（すべて酸化した）**ため、それ以上結びつく酸素がないから。
自己採点
銅の粉末を加熱したところ、質量が 3.0 g から 3.5 g になりました。まだ酸化していない銅は何 g ですか。
結びついた酸素は 0.5 g。銅：酸素 ＝ 4：1 より、酸化した銅は 0.5 × 4 ＝ 2.0 g。まだ酸化していない銅は 3.0 − 2.0 ＝ 1.0 g
自己採点
酸化銅と炭素を加熱したとき、還元された物質と酸化された物質をそれぞれ答えなさい。
還元された物質：酸化銅（銅になった）、酸化された物質：炭素（二酸化炭素になった）
自己採点
酸化銅と炭素を加熱する実験で、火を止める前に石灰水からガラス管をぬくのはなぜですか。
石灰水が逆流して、加熱した試験管が割れるのを防ぐため。
自己採点