中学理科中学2年生化学

酸化と還元｜質量の比（銅:酸素＝4:1）の計算をやさしく【中2理科】

中2理科の「酸化と還元」を図と計算でやさしく。酸化（酸素と結びつく）と還元（酸素を取り除く）が同時に起こるしくみ、酸化銅の還元、金属と酸素が一定の質量比（銅:酸素＝4:1）で結びつくこと、グラフの読み方と計算まで。質量保存・比例とつなげて理解できます。

「銅 $4$ g を加熱したら、なぜぴったり酸化銅 $5$ g になるの？」——その答えが、酸化と還元、そして質量の比です。中2理科でつまずきやすい単元ですが、計算の正体は「金属と酸素は決まった比で結びつく」という算数の比そのもの。図と質量保存でつなげれば、丸暗記なしで解けます。

酸化と還元——酸素がつくか、はなれるか

化学変化のうち、酸素が結びつくか酸素がはなれるかで、名前が決まります。

たとえば銅を加熱すると、空気中の酸素と結びついて黒い酸化銅になります。

$2\mathrm{Cu} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{CuO}$

逆に、酸化銅から酸素を取り除いて銅にもどすのが還元です。「酸化＝酸素がつく／還元＝酸素がとれる」と、酸素の出入りで覚えるのがいちばんシンプルです。

酸化と還元は「同時」に起こる

酸化銅から酸素を取るには、酸素をほしがる相手が必要です。そこで炭素を混ぜて加熱します。

$2\mathrm{CuO} + \mathrm{C} \rightarrow 2\mathrm{Cu} + \mathrm{CO_2}$

酸化銅の酸素が炭素へ移ります。すると、酸化銅は酸素をうばわれて還元され（銅になる）、炭素は酸素をもらって酸化されます（二酸化炭素になる）。つまり、酸化と還元はいつもペアで同時に起こるのです。

セナ

片方が酸化で、もう片方が還元？ どうやって見分けるの？

ホクト先生

「酸素をもらった方が酸化、うばわれた方が還元」だよ。この反応では、酸素は酸化銅から炭素へ動いた。だから炭素は酸素をもらって酸化、酸化銅は酸素をうばわれて還元。酸素の引っぱり合いで、炭素のほうが強かったってこと。炭素は酸素と結びつきやすいから、金属の酸化物から酸素をうばえるんだ。

質量の比——金属と酸素は決まった比で結びつく

金属を加熱して酸化させると、結びつく酸素の質量は金属の質量に比例します。しかも、その比は物質ごとに決まっています。

これは、結びつく相手の量がいつも一定の比になるという決まりです。グラフにすると、**原点を通る直線（比例）**になります。

銅 $4$ g に酸素 $1$ g、銅 $8$ g なら酸素 $2$ g…と、比 $4:1$ がずっと一定。だから、金属の質量が決まれば、結びつく酸素も酸化物の質量も比で求められます。これは算数の比と比例の力がそのまま使えるところです。

酸化物・酸素の質量を計算する

質量保存の法則より、金属の質量 ＋ 結びついた酸素の質量 ＝ 酸化物の質量です。比と合わせれば、いろいろな量が求められます。

よくある間違い

やってみよう（練習問題）

酸素がつけば酸化、とれれば還元。そしていつも一定の比で結びつく。——この見方と算数の比があれば、酸化・還元の問題は、見分けも計算もまとめて解けるようになります。