半反応式の作り方と塩基性の手順で電子と水を両辺に加える

半反応式の作り方と塩基性

化学基礎や農業化学の分野において、酸化還元反応の理解は避けて通れない重要なテーマです。特に「塩基性（アルカリ性）条件下での半反応式の作り方」は、酸性条件の場合と比べて手順が増えるため、多くの人がつまずきやすいポイントといえます。しかし、この反応原理は、単なる試験勉強の知識にとどまりません。

 

例えば、私たち農業従事者が日常的に扱う石灰資材による土壌酸度調整や、特定の農薬（ボルドー液など）の調合原理も、広義には酸と塩基、そして電子の授受が関わっています。塩基性条件下で物質がどのように変化するのかを論理的に整理することは、現場での薬剤管理の安全性を高めることにもつながるのです 。

 

参考）https://www.zennoh.or.jp/operation/hiryou/pdf/pamphlet.pdf
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ここでは、最も基本的な「酸性条件で作ってから塩基性に変換する」という確実な手法を用いて、半反応式の作り方を深掘りしていきます。

 

半反応式の作り方と塩基性の手順で水を補う

 

塩基性条件下での半反応式を作る際、最初から「OH⁻（水酸化物イオン）」を使って式を立てようとすると、酸素（O）と水素（H）の数合わせが非常に複雑になり、計算ミスの原因となります。最も確実で推奨される手順は、「一度、酸性条件の式（H⁺を使う式）を完成させてから、最後に塩基性に変換する」という方法です 。

 

参考）過マンガン酸カリウムの半反応式はこうやって作る! - キミノ…
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まず、基本的な半反応式の骨組みを作る以下のステップを確認しましょう。ここでは例として、強力な酸化剤である過マンガン酸カリウム（KMnO₄）の反応を例に挙げます。

 

1. 酸化剤・還元剤の変化を記述する

   反応物の過マンガン酸イオン（MnO₄⁻）が、何に変化するかを知っておく必要があります。中性・塩基性条件では、過マンガン酸イオンは「酸化マンガン（MnO₂）」に変化します。

    

   • 式：$\text{MnO}_4^- \rightarrow \text{MnO}_2$MnO4−→MnO2
     
   
   
2. 酸素（O）の数を水（H₂O）で合わせる
   左辺には酸素が4個、右辺には2個あります。右辺に酸素が2個不足しているため、水を2個加えます。
   
   
   
   
   • 式：$\text{MnO}_4^- \rightarrow \text{MnO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$MnO4−→MnO2+2H2O
     
   
   
3. 水素（H）の数を水素イオン（H⁺）で合わせる

   右辺に水足したことで、水素原子が4個（2×2）増えました。左辺に水素イオンを4個加えてバランスを取ります。

    

   • 式：$\text{MnO}_4^- + 4\text{H}^+ \rightarrow \text{MnO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$MnO4−+4H+→MnO2+2H2O
     
   
   

ここまでは酸性条件の手順と全く同じです。しかし、塩基性条件では溶液中に豊富なH⁺が存在しにくいため、このままでは化学的に不正確です。ここで重要なのが「水を補う」という考え方です。次項で解説する「OH⁻を加える」操作を行うと、計算上で水分子が発生します。

半反応式・酸化還元反応式の基礎的な作り方と5STEP解説（化学のグルメ）

（ここでは半反応式の基礎となる5つのステップが詳細に解説されており、酸性条件での基礎固めに役立ちます）
この「仮の酸性条件の式」を正しく作れるかどうかが、全体の8割を決まると言っても過言ではありません。いきなり塩基性の答えを書こうとせず、急がば回れでH⁺を使った式を完成させましょう 。

 

参考）半反応式の作り方を解説！酸化剤・還元剤の見分け方と一覧表も！…
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半反応式の作り方と塩基性で水素イオンを変化させる

仮の式が完成したら、いよいよ「塩基性条件」への変換を行います。このプロセスの核心は、「存在してはいけないH⁺を、OH⁻を使って水に変えてしまう」という点にあります。中和反応の原理（$\text{H}^+ + \text{OH}^- \rightarrow \text{H}_2\text{O}$H++OH−→H2O）を利用します 。

参考）【還元剤】アルデヒドの半反応式の作り方を徹底解説！塩基性条件…
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具体的な操作手順は以下の通りです。

 

• 手順1：両辺に同じ数のOH⁻を加える

  先ほど作った式の左辺には $4\text{H}^+$4H+ があります。これを消すために、$4\text{OH}^-$4OH− を左辺に加えます。数学の等式と同じルールで、左辺だけに加えることはできないため、右辺にも同じ数（4個）のOH⁻を加えます。
  
  

  
  
  • 式：$\text{MnO}_4^- + 4\text{H}^+ + \mathbf{4OH^-} \rightarrow \text{MnO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + \mathbf{4OH^-}$MnO4−+4H++4OH−→MnO2+2H2O+4OH−
    
  
  
• 手順2：H⁺とOH⁻を結合させて水にする
  左辺の $4\text{H}^+$4H+ と $4\text{OH}^-$4OH− が反応し、$4\text{H}_2\text{O}$4H2O に変化します。
  
  
  
  
  • 式：$\text{MnO}_4^- + \mathbf{4\text{H}_2\text{O}} \rightarrow \text{MnO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + 4\text{OH}^-$MnO4−+4H2O→MnO2+2H2O+4OH−
    
  
  
• 手順3：両辺にある水（H₂O）を相殺（キャンセル）する
  左辺に水が4個、右辺に水が2個ある状態です。両辺から少ない方（2個分）を引いて整理します。
  
  
  
  
  • 左辺：$4\text{H}_2\text{O} - 2\text{H}_2\text{O} = 2\text{H}_2\text{O}$4H2O−2H2O=2H2O
    
  • 右辺：水は消滅
    
  • 整理後の式：$\text{MnO}_4^- + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{MnO}_2 + 4\text{OH}^-$MnO4−+2H2O→MnO2+4OH−
    
  
  このように、水素イオンを水酸化物イオンで中和して水に変え、さらに余分な水を消去するというプロセスを経ることで、塩基性条件下での正しい物質収支が得られます。この操作は慣れれば機械的に行えますが、意味を理解していないと「なぜ両辺にOH⁻を足すのか？」「なぜ水が減るのか？」と混乱してしまいます。
  
  【動画解説】酸化剤の半反応式の作り方とイオンの処理（Try IT）

  （映像授業で、実際に式を変形させていく過程を確認できます。視覚的に理解したい場合に最適です）
  特に間違いやすいのが、OH⁻を片方の辺にだけ足してしまうミスです。化学反応式は数学の方程式（等式）と同じ性質を持つため、「左辺に足したら右辺にも足す」を徹底してください 。

   

  半反応式の作り方と塩基性の例題で電子を消す

  物質のバランス（原子の数）が整ったら、最後に電荷のバランス（電気的なプラスマイナスの釣り合い）を整えます。酸化還元反応の本質は「電子（e⁻）の授受」にあるため、このステップが最終的な仕上げとなります。

   

  先ほどの過マンガン酸カリウムの例を続けます。

   

  • 現在の式：$\text{MnO}_4^- + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{MnO}_2 + 4\text{OH}^-$MnO4−+2H2O→MnO2+4OH−
    
  
  左右の電荷を確認しましょう：
  
  
  
  • 左辺（左側）：
    
    
    
    • $\text{MnO}_4^-$MnO4−：-1
      
    • $\text{H}_2\text{O}$H2O：0（電荷なし）
      
    • 合計：-1
      
    
    
  • 右辺（右側）：
    
    
    
    • $\text{MnO}_2$MnO2：0（電荷なし）
      
    • $4\text{OH}^-$4OH−：-1 × 4 = -4
      
    • 合計：-4
      
    
    左辺が「-1」、右辺が「-4」です。これらを等しくするために、電子（e⁻、電荷は-1）を加えます。電子はマイナスの電荷を持つため、数値が大きい方（プラス寄りまたはマイナスが小さい方）に加えることで、数値を下げて釣り合わせます。
    
    
    
    
    • 左辺（-1）に電子を3個（-3分）加えると、合計-4になり、右辺と釣り合います。
      
    • 完成した半反応式。
      $\text{MnO}_4^- + 2\text{H}_2\text{O} + \mathbf{3e^-} \rightarrow \text{MnO}_2 + 4\text{OH}^-$MnO4−+2H2O+3e−→MnO2+4OH−
      
    
    これで過マンガン酸イオンの塩基性条件での半反応式が完成しました。
    
    もう一つの頻出例題：過酸化水素（H₂O₂）
    過酸化水素は酸化剤としても還元剤としても働きますが、ここでは酸化剤としての反応を見てみましょう。
    
    
    
    
    1. 変化： $\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\text{OH}^-$H2O2→2OH− （生成物を覚えている場合）
       
       
       
       • ※もし生成物を覚えていない場合は、酸性条件 $\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$H2O2→2H2O から作って変換します。
         
       
       
    2. 酸性条件で作る場合：
       
       
       
       • $\text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{H}^+ + 2\text{e}^- \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$H2O2+2H++2e−→2H2O
         
       
       
    3. 塩基性へ変換（両辺に2OH⁻を加える）：
       
       
       
       • $\text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + 2\text{e}^- \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} + 2\text{OH}^-$H2O2+2H2O+2e−→2H2O+2OH−
         
       
       
    4. 水をキャンセル：
       
       
       
       • 両辺に $2\text{H}_2\text{O}$2H2O があるので、すべて消えます。
         
       • 完成式：$\text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{e}^- \rightarrow 2\text{OH}^-$H2O2+2e−→2OH−
         
       
       
    
    このように、例題を通して手順を反復することで、「酸性で作って塩基性に直す」という流れが自然と身につきます。
    
    過酸化水素の半反応式の作り方と酸性・中性・塩基性の違い

    （過酸化水素が条件によってどう振る舞いを変えるか、詳細なパターン分けが掲載されています）

    半反応式の作り方と塩基性の酸化剤を両辺で考える

    ここまでの説明で手順は理解できたかと思いますが、なぜ「酸性」と「中性・塩基性」で生成物が変わる物質があるのか、少し深掘りしておきましょう。特に過マンガン酸カリウム（KMnO₄）は、液性（pH）によって酸化剤としての「強さ」と「生成物」が劇的に変わる代表的な物質です 。

     

    参考）酸化還元反応の酸性条件と中性・塩基性条件で何が変わる？
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    液性	反応前の物質	生成される物質	色の変化	電子の受取数
    酸性	$\text{MnO}_4^-$MnO4−	$\text{Mn}^{2+}$Mn2+	赤紫 → 無色（淡桃）	5個（5e⁻）
    中性・塩基性	$\text{MnO}_4^-$MnO4−	$\text{MnO}_2$MnO2	赤紫 → 黒色沈殿	3個（3e⁻）

    
    この表からわかるように、酸性条件の方がより多くの電子（5個）を奪うことができるため、酸化剤としての力は強力です。一方、中性・塩基性条件では奪える電子が3個に減り、生成物も水に溶けない黒色の沈殿（二酸化マンガン）になります。
    
    作り方のコツとしての「両辺の酸化数」確認
    半反応式が正しく作れたかどうかを確認する最強の方法は、マンガン原子（Mn）の酸化数をチェックすることです。
    
    
    
    
    • 酸性の場合：
      
      
      
      • 左辺 $\text{MnO}_4^-$MnO4−：Mnの酸化数は+7
        
      • 右辺 $\text{Mn}^{2+}$Mn2+：Mnの酸化数は+2
        
      • 差は5なので、5e⁻が必要（正解）。
        
      
      
    • 塩基性の場合：
      
      
      
      • 左辺 $\text{MnO}_4^-$MnO4−：Mnの酸化数は+7
        
      • 右辺 $\text{MnO}_2$MnO2：Mnの酸化数は+4
        
      • 差は3なので、3e⁻が必要（正解）。
        
      
      もし、塩基性の式を作っている最中に計算ミスをして、電子の数が「5e⁻」や「4e⁻」になってしまった場合、この酸化数のチェックを行えば「あれ？酸化数の変化と合わないぞ」と即座に気づくことができます。酸化剤の変化を両辺で確認することは、ケアレスミスを防ぐ命綱となります 。
      
      参考）酸化還元反応の仕組みを酸化数から理解しよう！│受験メモ

      ​
      特に農業現場で試薬を使う際や、土壌分析の実験などで酸化還元滴定を行う場合、液性の調整を間違えると反応が途中で止まったり（黒色沈殿が生じて滴定の終点がわからなくなるなど）、意図しない結果を招くことになります。化学反応式上の違いは、実際のビーカーの中で起こる現象の違い（色が消えるか、濁るか）として現れるのです。

       

      半反応式の作り方と塩基性の知識を農薬管理に応用する

      最後に、独自の視点として、この「半反応式の作り方（特に酸性から塩基性への変換プロセス）」の考え方が、農業現場での農薬調合や資材管理にどう活きるかを考察します。

       

      半反応式の作成プロセスで、私たちは「$\text{H}^+$H+ と $\text{OH}^-$OH− が出会うと水になって中和される」という現象を数式上で操作しました。これは、実際の農業現場における「混用禁止」のルールと密接に関係しています。
      
      1. 酸性資材とアルカリ性資材の混合リスク
      半反応式で見たように、酸性条件（H⁺が豊富）と塩基性条件（OH⁻が豊富）では、物質の化学的な挙動や生成物が全く異なります。
      
      例えば、代表的な殺菌剤である「石灰硫黄合剤」や「ボルドー液」は強アルカリ性（塩基性）です。これらと、酸性の薬剤（多くの有機リン系殺虫剤など）を混ぜるとどうなるでしょうか？
      半反応式の作成過程で「H⁺をOH⁻で打ち消した」ように、実際のタンク内でも中和反応が起き、薬剤の有効成分が分解されたり（加水分解）、難溶性の沈殿物ができて薬効が消失したり、最悪の場合は薬害（作物の葉焼けなど）を引き起こします 。

       

      参考）https://www.pref.aomori.lg.jp/soshiki/nourin/noen/files/kaitei_gijyutumanyuaru02.pdf
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      2. 土壌pHと微量要素の吸収
      また、過マンガン酸カリウムがpHによって溶け方（イオン化するか沈殿するか）が変わったのと同様に、土壌中のミネラル（微量要素）もpHによって植物が吸収できる形（イオン）か、吸収できない形（不溶化）かが変わります。

       

      • 酸性土壌： アルミニウムやマンガンが溶け出しやすく（$\text{Mn}^{2+}$Mn2+になりやすい）、過剰害が出やすい。
        
      • 塩基性土壌： マンガンや鉄が酸化物や水酸化物として沈殿しやすく（$\text{MnO}_2$MnO2や$\text{Fe(OH)}_3$Fe(OH)3になりやすい）、欠乏症になりやすい。
        
      
      私たちが机上で書いている半反応式の「右辺」に何が来るか（イオンか、沈殿物か）という違いは、そのまま「作物が根から吸えるか、吸えないか」という現場の現象とリンクしています 。
      
      参考）https://www.jstage.jst.go.jp/article/dojo/73/5/73_KJ00000888789/_pdf

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      「半反応式の作り方」を学ぶことは、単にテストの点数を取るためだけではありません。「液性（pH）が変われば、物質の存在形態が変わり、反応の進み方も変わる」という化学的直感を養う訓練でもあります。この直感こそが、肥料の配合ミスや農薬の混用事故を未然に防ぐ、プロフェッショナルな農業者の知恵となるのです。

       

      土づくり肥料・資材の適材適所とは（JA全農）
      （土壌のpHと塩基バランス、各資材の化学的な特性について、農業実務の観点から解説された資料です）
      化学反応式の一行一行には、自然界の法則が凝縮されています。ぜひ、この塩基性の半反応式の手順をマスターして、見えないイオンの動きをイメージできる農業者を目指してください。

       

       

      
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