問題 2

酸性溶液中での過マンガン酸イオンと過酸化水素の反応はMn(II)を生じ、酸素を発生する。4つの式が提案された：(1)

2\ce{MnO4-} + 1\ce{H2O2} + 6\ce{H+} -> 2\ce{Mn^{2+}} + 3\ce{O2} + 4\ce{H2O}

; (2)

2\ce{MnO4-} + 3\ce{H2O2} + 6\ce{H+} -> 2\ce{Mn^{2+}} + 4\ce{O2} + 6\ce{H2O}

; (3)

2\ce{MnO4-} + 5\ce{H2O2} + 6\ce{H+} -> 2\ce{Mn^{2+}} + 5\ce{O2} + 8\ce{H2O}

; (4)

2\ce{MnO4-} + 7\ce{H2O2} + 6\ce{H+} -> 2\ce{Mn^{2+}} + 6\ce{O2} + 10\ce{H2O}

。(a) 実際の反応を表すものはどれか？電子移動に基づいて説明せよ。(b) 酸化剤と還元剤はどれか。(c) 酸性下で過剰の

\ce{H2O2}

からSTPで112 cm

^3

の酸素を発生させるのに必要な過マンガン酸カリウムの質量（g）はいくらか？（

M(\ce{KMnO4}) = 158.04

g mol

^{-1}

）

ステップ 1/3: 電子収支による式3の選択

\ce{Mn^{VII} + 5e- -> Mn^{II}}, \quad (\ce{O2})^{-II} - 2e^- -> \ce{O2^0} \Rightarrow 2\ce{Mn^{VII}} + 5(\ce{O2})^{-II} -> 2\ce{Mn^{II}} + 5\ce{O2^0}

分析

マンガンは+7から+2へ還元され（5電子受容）、ペルオキソ酸素は-1から0へ酸化される（ $\ce{H2O2}$ 1分子あたり2電子供与）。5と2の最小公倍数は10であり、 $\ce{MnO4-}$ 2個に対して $\ce{H2O2}$ 5個が必要——式3のみが正しい。