化学の授業や試験で「二クロム酸カリウムと過酸化水素の反応式を書きなさい」という問題に出会ったとき、「どちらが酸化剤でどちらが還元剤なの？」「反応式はどうやって導けばいいの？」と戸惑った経験はないでしょうか。
二クロム酸カリウム（K₂Cr₂O₇）と過酸化水素（H₂O₂）の反応は、酸化還元反応の中でも特に入試頻出の重要テーマのひとつです。
この反応では、過酸化水素が酸化剤にも還元剤にもなり得るという特殊な性質が絡んでくるため、「どちらの役割を果たすのか」という判断が理解の鍵になります。
この記事では、二クロム酸カリウムと過酸化水素それぞれの酸化数の求め方から、半反応式の導き方、全体の反応式の完成手順、酸化剤・還元剤の見分け方、そして試験で役立つ覚え方のコツまでを体系的に解説します。
反応式を丸暗記するのではなく、原理から導ける力を身につけることを目標に、丁寧にわかりやすくご説明しますので、ぜひ最後までお読みください。
二クロム酸カリウムと過酸化水素の反応式とは？まず結論からおさえよう
それではまず、二クロム酸カリウムと過酸化水素の反応式について、結論からおさえていきます。
【反応式の結論】
K₂Cr₂O₇ ＋ 3H₂O₂ ＋ 4H₂SO₄ → K₂SO₄ ＋ Cr₂(SO₄)₃ ＋ 3O₂ ＋ 7H₂O
この反応では：
二クロム酸カリウム（K₂Cr₂O₇）→ 酸化剤として働く（Crの酸化数：＋6 → ＋3）
過酸化水素（H₂O₂）→ 還元剤として働く（Oの酸化数：－1 → 0）
この反応では過酸化水素が還元剤として働いている点が最大のポイントです。
過酸化水素は酸化剤にも還元剤にもなれる両面性を持っており、相手によってどちらの役割を果たすかが変わります。
二クロム酸カリウムのような強力な酸化剤と組み合わさると、過酸化水素は還元剤として働くのです。
以降では、この反応式がなぜこうなるのかを順を追って丁寧に解説していきましょう。
二クロム酸カリウム（K₂Cr₂O₇）の基本情報と酸化数
続いては、二クロム酸カリウムの基本情報と酸化数について確認していきます。
反応式を正しく書くためには、まず二クロム酸カリウムの性質と酸化数をしっかり把握しておくことが不可欠です。
二クロム酸カリウムの基本情報
二クロム酸カリウムは、化学式K₂Cr₂O₇で表されるクロムの化合物です。
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 化学式 | K₂Cr₂O₇ |
| 日本語名 | 二クロム酸カリウム |
| 英語名 | Potassium dichromate |
| 外観・色 | 橙赤色の結晶 |
| 性質 | 強力な酸化剤・水溶液は酸性 |
| 危険性 | 有毒・発がん性あり・取り扱い注意 |
二クロム酸カリウムは橙赤色の鮮やかな色が特徴的で、酸化剤として非常に強力に働く物質です。
水溶液は酸性を示し、酸性条件下で酸化力がより強くなる性質があります。
二クロム酸カリウム中のクロムの酸化数の求め方
K₂Cr₂O₇中のクロム（Cr）の酸化数を求めてみましょう。
K₂Cr₂O₇における酸化数の計算：
Kの酸化数＝＋1（アルカリ金属）→（＋1）×2＝＋2
Oの酸化数＝－2（通常の酸化物）→（－2）×7＝－14
化合物全体の合計＝0より：
（＋2）＋Cr×2＋（－14）＝0
Cr×2＝＋12
Cr＝＋6
このようにして、K₂Cr₂O₇中のクロムの酸化数は＋6と求まります。
クロムの酸化数＋6は非常に高い値であり、これが強力な酸化力の源となっているのです。
反応後のクロムの酸化数（Cr³⁺）
二クロム酸カリウムが酸化剤として働くと、クロムの酸化数は＋6から＋3に変化します。
反応後の生成物はCr³⁺イオンであり、これが硫酸と結合してCr₂(SO₄)₃（硫酸クロム(Ⅲ)）を形成します。
溶液の色も変化し、橙赤色から緑色に変わることが視覚的な確認ポイントになるでしょう。
Crの酸化数変化：＋6 → ＋3（3減少）
Crが3減少 → 電子を3個受け取った → 還元された → 酸化剤として働いた
Cr₂が2個あるため、合計で電子6個を受け取る
過酸化水素（H₂O₂）の基本情報と酸化数
続いては、過酸化水素の基本情報と酸化数について確認していきます。
過酸化水素は酸化還元反応において特に重要な物質であり、その両面的な性質をしっかり理解しておくことが大切です。
過酸化水素の基本情報
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 化学式 | H₂O₂ |
| 日本語名 | 過酸化水素 |
| 英語名 | Hydrogen peroxide |
| 外観 | 無色透明の液体 |
| 性質 | 酸化剤にも還元剤にもなる両面性 |
| 身近な例 | オキシドール（3%水溶液）として消毒に使用 |
過酸化水素中の酸素の酸化数の求め方
H₂O₂は過酸化物であるため、酸素の酸化数が通常の－2ではなく例外的な値になります。
H₂O₂における酸素の酸化数の計算：
Hの酸化数＝＋1（2個分）→（＋1）×2＝＋2
化合物全体の合計＝0より：
（＋2）＋O×2＝0
O×2＝－2
O＝－1
H₂O₂の酸素の酸化数は－1（過酸化物の例外）であることを必ず覚えておきましょう。
この－1という値が、過酸化水素が酸化剤にも還元剤にもなれる理由の核心です。
過酸化水素が還元剤として働くときの酸化数変化
二クロム酸カリウムとの反応では、過酸化水素は還元剤として働きます。
このとき、酸素の酸化数は－1から0へと変化します。
還元剤として働くとき（今回の反応）：
H₂O₂のOの酸化数：－1 → 0（O₂として放出）
酸化数が1増加 → 酸化された → 還元剤として働いた
H₂O₂ → O₂ ＋ 2H⁺ ＋ 2e⁻
過酸化水素が酸化剤として働くときとの違い
過酸化水素が酸化剤として働く場合（例：ヨウ化カリウムとの反応）は、酸素の酸化数が－1から－2へと変化します。
| 役割 | 反応相手の例 | Oの酸化数変化 | 生成物 |
|---|---|---|---|
| 酸化剤 | ヨウ化カリウム（KI）など | －1 → －2 | H₂O（水） |
| 還元剤 | 二クロム酸カリウムなど | －1 → 0 | O₂（酸素） |
酸化剤として働くと水が生成し、還元剤として働くと酸素が発生するという違いを覚えておくとよいでしょう。
二クロム酸カリウムの半反応式の書き方
続いては、二クロム酸カリウムの半反応式の書き方を確認していきます。
半反応式を正確に書けることが、全体の反応式を導き出すための第一歩です。
半反応式を書く手順（酸化剤側）
二クロム酸カリウムは酸化剤であるため、電子を受け取る側の半反応式を書きます。
【二クロム酸カリウムの半反応式の導き方・5ステップ】
Step1：主要な原子（Cr）の変化を書く
Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺
Step2：酸化数変化から電子数を決める
Cr：＋6 → ＋3（3減少）× 2個＝電子6個受け取る
Cr₂O₇²⁻ ＋ 6e⁻ → 2Cr³⁺
Step3：両辺の電荷を合わせるためH⁺を加える
左辺の電荷：－2＋（－6）＝－8 右辺の電荷：＋6
差＝14なのでH⁺を14個左辺に加える
Cr₂O₇²⁻ ＋ 14H⁺ ＋ 6e⁻ → 2Cr³⁺
Step4：O原子を合わせるためH₂Oを加える
左辺にO原子7個→右辺に7H₂Oを加える
Step5：完成した半反応式を確認する
Cr₂O₇²⁻ ＋ 14H⁺ ＋ 6e⁻ → 2Cr³⁺ ＋ 7H₂O
完成した半反応式の確認ポイント
半反応式が正しく書けているかどうかを確認するポイントは以下の通りです。
Cr₂O₇²⁻ ＋ 14H⁺ ＋ 6e⁻ → 2Cr³⁺ ＋ 7H₂O の確認：
原子数の確認：
Cr：左辺2個、右辺2個 ✓
O：左辺7個、右辺7個（7H₂O）✓
H：左辺14個、右辺14個（7H₂O）✓
電荷の確認：
左辺：（－2）＋（＋14）＋（－6）＝＋6
右辺：（＋6）＋0＝＋6 ✓
原子数と電荷がすべて一致していれば、半反応式は正しく書けています。
半反応式の覚え方のコツ
二クロム酸カリウムの半反応式は試験で頻出のため、手順を覚えてその場で導けるようにしておくことが重要です。
【二クロム酸カリウム半反応式の覚え方のコツ】
①「Crは＋6から＋3へ→電子6個」と最初に電子数を確定させる
②「H⁺で電荷を合わせ、H₂Oで酸素を補う」という手順を体で覚える
③完成形「Cr₂O₇²⁻＋14H⁺＋6e⁻→2Cr³⁺＋7H₂O」を何度も書いて手に覚えさせる
過酸化水素の半反応式の書き方（還元剤として）
続いては、過酸化水素が還元剤として働くときの半反応式の書き方を確認していきます。
過酸化水素の半反応式は、酸化剤として働く場合と還元剤として働く場合でまったく異なる式になるため、どちらの役割かを先に確定させることが重要です。
過酸化水素（還元剤）の半反応式の導き方
【過酸化水素（還元剤）の半反応式の導き方】
Step1：主要な変化を書く
H₂O₂ → O₂（酸素が発生する）
Step2：酸化数変化から電子数を決める
O：－1 → 0（1増加）× 2個＝電子2個失う
H₂O₂ → O₂ ＋ 2e⁻
Step3：両辺の電荷を合わせるためH⁺を加える
左辺の電荷：0 右辺の電荷：0＋（－2）＝－2
差＝2なのでH⁺を2個右辺に加える
H₂O₂ → O₂ ＋ 2H⁺ ＋ 2e⁻
Step4：原子数・電荷の確認
H：左辺2個、右辺2個（2H⁺）✓
O：左辺2個、右辺2個（O₂）✓
電荷：左辺0、右辺（＋2）＋（－2）＝0 ✓
完成：H₂O₂ → O₂ ＋ 2H⁺ ＋ 2e⁻
過酸化水素の半反応式（酸化剤の場合）との比較
過酸化水素が酸化剤として働く場合の半反応式は以下の通りです。
| 役割 | 半反応式 | Oの酸化数変化 | 生成物 |
|---|---|---|---|
| 酸化剤 | H₂O₂ ＋ 2H⁺ ＋ 2e⁻ → 2H₂O | －1 → －2（減少） | 水（H₂O） |
| 還元剤 | H₂O₂ → O₂ ＋ 2H⁺ ＋ 2e⁻ | －1 → 0（増加） | 酸素（O₂） |
2つの半反応式の違いは明確で、酸化剤のときはe⁻が左辺、還元剤のときはe⁻が右辺にあることが大きな特徴です。
電子を受け取る（左辺にe⁻）が酸化剤、電子を放出する（右辺にe⁻）が還元剤と覚えておくとよいでしょう。
過酸化水素の半反応式の覚え方のコツ
【過酸化水素の半反応式の覚え方】
酸化剤：「H₂O₂が水になる→H₂O₂＋2H⁺＋2e⁻→2H₂O」
→「過酸化水素が水に変わる＝e⁻を受け取る側＝酸化剤」
還元剤：「H₂O₂が酸素を出す→H₂O₂→O₂＋2H⁺＋2e⁻」
→「酸素ガスがぶくぶく発生する＝e⁻を出す側＝還元剤」
全体の反応式の導き方と完成
続いては、2つの半反応式を組み合わせて全体の反応式を導く手順を確認していきます。
半反応式が正確に書けたら、あとは電子の数を揃えて足し合わせるだけで全体の反応式が完成します。
電子の数を揃える
2つの半反応式を確認しましょう。
酸化剤（二クロム酸イオン）：Cr₂O₇²⁻ ＋ 14H⁺ ＋ 6e⁻ → 2Cr³⁺ ＋ 7H₂O …①
還元剤（過酸化水素）：H₂O₂ → O₂ ＋ 2H⁺ ＋ 2e⁻ …②
①では電子6個を受け取り、②では電子2個を放出する
電子の数を揃えるため②×3：
3H₂O₂ → 3O₂ ＋ 6H⁺ ＋ 6e⁻ …②’
2つの式を足し合わせて整理する
①＋②’：
Cr₂O₇²⁻ ＋ 14H⁺ ＋ 6e⁻ ＋ 3H₂O₂ → 2Cr³⁺ ＋ 7H₂O ＋ 3O₂ ＋ 6H⁺ ＋ 6e⁻
両辺のe⁻（6個）とH⁺（6個）を消去：
Cr₂O₇²⁻ ＋ 8H⁺ ＋ 3H₂O₂ → 2Cr³⁺ ＋ 7H₂O ＋ 3O₂
カリウムイオンと硫酸を加えて完全な反応式にする
上の式はイオン反応式ですが、実際の試験では分子式で書くことも求められます。
K₂Cr₂O₇と硫酸（H₂SO₄）を使った反応式に変換します。
【完全な反応式】
K₂Cr₂O₇ ＋ 3H₂O₂ ＋ 4H₂SO₄ → K₂SO₄ ＋ Cr₂(SO₄)₃ ＋ 3O₂ ＋ 7H₂O
確認ポイント：
・K：左辺2個、右辺2個（K₂SO₄）✓
・Cr：左辺2個、右辺2個（Cr₂(SO₄)₃）✓
・O：左辺7＋6＋16＝29個、右辺4＋12＋6＋7＝29個 ✓
・H：左辺6＋8＝14個、右辺14個（7H₂O）✓
反応式の導き方のまとめ
| ステップ | 内容 |
|---|---|
| ① | 二クロム酸カリウムの半反応式を書く（電子6個受け取る） |
| ② | 過酸化水素の半反応式（還元剤）を書く（電子2個放出） |
| ③ | 電子の数を揃える（②×3） |
| ④ | 2式を足し合わせてe⁻とH⁺を消去する |
| ⑤ | K⁺とSO₄²⁻を加えて分子式の反応式に変換する |
| ⑥ | 原子数・電荷の確認をして完成 |
過酸化水素が還元剤として働く理由と見分け方
続いては、この反応で過酸化水素が還元剤として働く理由と、その見分け方を確認していきます。
「なぜ今回は還元剤なのか」という疑問を持った方は多いでしょう。
過酸化水素の両面性のしくみ
過酸化水素の酸素の酸化数は－1という中間的な値を持っています。
この中間的な酸化数こそが、酸化剤にも還元剤にもなれる理由の核心です。
酸素の酸化数の範囲：
最大値（最も酸化された状態）：0（O₂単体）
過酸化水素：－1（中間の値）
最小値（最も還元された状態）：－2（H₂O、通常の酸化物）
→ H₂O₂の酸素（－1）は増えることも（→0、酸化）減ることも（→－2、還元）できる
相手の強さで役割が決まる
過酸化水素がどちらの役割を果たすかは、反応相手の酸化力・還元力の強さによって決まります。
二クロム酸カリウムは非常に強力な酸化剤であるため、過酸化水素よりも強く電子を引き寄せます。
その結果、過酸化水素は相対的に「電子を渡す側」、つまり還元剤として振る舞うことになるのです。
| 反応相手 | 過酸化水素の役割 | 理由 |
|---|---|---|
| 二クロム酸カリウム（強酸化剤） | 還元剤 | 相手の酸化力が強く、H₂O₂が電子を渡す側になる |
| 過マンガン酸カリウム（強酸化剤） | 還元剤 | 同様に相手の酸化力が強い |
| ヨウ化カリウム（還元剤） | 酸化剤 | 相手が還元剤なので、H₂O₂が電子を受け取る側になる |
| 硫化水素（還元剤） | 酸化剤 | 同様に相手が還元剤 |
見分けるコツ：生成物で判断する方法
試験では「どちらの役割か」を生成物から判断する方法も有効です。
【過酸化水素の役割の見分け方】
生成物がO₂（酸素）→ H₂O₂は還元剤として働いた（Oが0に酸化）
生成物がH₂O（水）→ H₂O₂は酸化剤として働いた（Oが－2に還元）
反応式に関する頻出問題と覚え方のコツ総まとめ
続いては、試験で頻出の問題パターンと覚え方のコツを総まとめとして確認していきます。
反応式を導く手順を体系的に覚えることで、試験本番でも迷わず対応できるようになるでしょう。
頻出問題パターンと対策
| 問題パターン | ポイント | 対策 |
|---|---|---|
| Crの酸化数を求める | K₂Cr₂O₇中のCrは＋6 | 計算手順を暗記 |
| H₂O₂の役割を答える | 今回は還元剤（O₂発生） | 生成物で判断する |
| 半反応式を書く | 電子数→H⁺→H₂Oの順 | 5ステップの手順を反復練習 |
| 全体の反応式を書く | 電子の数を揃えて合算 | e⁻とH⁺の消去を確認 |
| 溶液の色変化を答える | 橙赤色 → 緑色 | 「Cr⁶⁺橙赤・Cr³⁺緑」と覚える |
反応式を素早く書くための覚え方のコツ
【覚え方のコツ・総まとめ】
①「K₂Cr₂O₇のCrは＋6、反応後のCr³⁺は＋3→電子6個受け取る」を最初に確定
②「H₂O₂は今回還元剤→O₂発生→電子2個放出」と役割を先に決める
③「電子の数を合わせる：②×3で電子6個に揃える」
④「足し合わせてe⁻とH⁺を消去→イオン反応式完成」
⑤「色の変化：橙赤色（K₂Cr₂O₇）→緑色（Cr³⁺）」を視覚的イメージとして覚える
関連する酸化還元反応との比較
二クロム酸カリウムは過酸化水素以外にも様々な物質と反応します。
比較して覚えることで記憶が整理されやすくなるでしょう。
| 反応相手 | Crの酸化数変化 | 相手の変化 | 特徴 |
|---|---|---|---|
| 過酸化水素（H₂O₂） | ＋6 → ＋3 | O：－1 → 0（O₂発生） | H₂O₂が還元剤 |
| 硫化水素（H₂S） | ＋6 → ＋3 | S：－2 → 0（S析出） | H₂Sが還元剤 |
| シュウ酸（H₂C₂O₄） | ＋6 → ＋3 | C：＋3 → ＋4（CO₂発生） | シュウ酸が還元剤 |
| 鉄（Ⅱ）イオン（Fe²⁺） | ＋6 → ＋3 | Fe：＋2 → ＋3 | Fe²⁺が還元剤 |
二クロム酸カリウムはどの反応でもCrの酸化数が＋6から＋3に変化するという点が共通しています。
この一貫したパターンを覚えておくと、どの還元剤との組み合わせでも半反応式が素早く書けるようになるでしょう。
まとめ
この記事では、二クロム酸カリウムと過酸化水素の反応式について、酸化数の求め方・半反応式の書き方・全体の反応式の導き方・覚え方のコツまでを徹底的に解説してきました。
【最重要まとめ】
反応式：K₂Cr₂O₇ ＋ 3H₂O₂ ＋ 4H₂SO₄ → K₂SO₄ ＋ Cr₂(SO₄)₃ ＋ 3O₂ ＋ 7H₂O
二クロム酸カリウム→酸化剤（Cr：＋6 → ＋3、電子6個受け取る）
過酸化水素→還元剤（O：－1 → 0、O₂発生、電子2個放出）
半反応式の手順：電子数→H⁺で電荷調整→H₂Oで原子数調整
溶液の色変化：橙赤色 → 緑色（Cr⁶⁺ → Cr³⁺）
過酸化水素の役割の見分け方：O₂が出れば還元剤、H₂Oができれば酸化剤
反応式を丸暗記するのではなく、酸化数の変化から半反応式を導き、電子の数を揃えて合算するという手順を繰り返し練習することが最も効果的な学習方法です。
過酸化水素の両面性（酸化剤にも還元剤にもなれる）という特殊な性質は、試験で非常によく問われるテーマですので、しっかりと理解を深めておくとよいでしょう。
この記事が化学の学習と試験対策のお役に立てれば幸いです。
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