Question

【題目】“千年大計、國家大事”，雄安新區無疑是今年最受矚目的地區。不過，近日媒體報道河北廊坊、天津等地存在超大規模的工業污水滲坑，給雄安新區的水環境帶來隱患，目前正采用多種方法對污水進行處理，改善水資源狀況。

（1）在微生物作用的條件下,廢水中的NH4+經過兩步反應氧化成NO3-，兩步反應的能量變化示意圖如下:

①第一步反應是______反應(選填“放熱”或“吸熱”)，判新依據是_________。1mol NH4+ (aq)全部氧化成NO3- (aq)的熱化學方程式為_____________。

②一定條件下,向廢水中加入CH3OH,將HNO3還原成N2。若該過程中CH3OH反應生成CO2,則參加反應的還原劑和氧化劑的物質的量之比為______.

（2）二氧化氯(ClO2)是一種黃綠色到橙黃色的氣體，是國際上公認為安全、無毒的綠色消毒劑,可以投入廢水中清除污染物。

①二氧化氯可以將廢水中的氰化物(CN-)氧化成兩種無污染氣體.寫出離子方程式________。

②廢水中的重金屬離子的危害性很大，二氧化氯能夠在弱酸性溶液中把二價錳離子氧化成不溶于水的二氧化錳(MnO2)，寫出反應的離子方程式_______________。

Answer 1

【答案】 放熱 △H=-273kJ/mol（或反應物的總能量大于生成物的總能量） NH4+(aq)+2O2(g)=2H+(aq)+NO3-(aq)+H2O(l) △H=-346kJ/mol 5:6 2ClO2+2CN-=2CO2+N2+2Cl- 2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2↓+12H++2Cl-

【解析】（1）①從圖中得到第一步反應的反應物的能量高于生成物的能量，所以是放熱反應。從左圖得到NH4+(aq)+3/2O2(g)=2H+(aq)+NO2-(aq)+H2O(l) △H=-273kJ/mol；從右圖得到NO2－(aq)+1/2O2(g) = NO3－(aq) △H=-73kJ/mol；兩個方程式相加得到：NH4+(aq)+2O2(g)=2H+(aq)+NO3-(aq)+H2O(l) △H=-346kJ/mol。

②明顯得到氧化劑為HNO3，還原劑為CH3OH。CH3OH中的C為-2價（有機物中一般默認H為+1價，O為-2價），生成的CO2中C為+4價，所以一個CH3OH在反應中失去6個電子。HNO3中N為+5價，反應后生成的N2中N為0價，所以一個HNO3得到5個電子。為保證得失電子守恒，還原劑（CH3OH）和氧化劑（HNO3）的物質的量之比為5：6。

（2）①二氧化氯可以將廢水中的氰化物(CN-)氧化成兩種無污染氣體，這兩種無污染的氣體只能是二氧化碳和氮氣，二氧化氯本身被還原的產物應該是氯離子。CN－中C為+2價，N 為-3價，所以CN－要升高2+3=5價，ClO2降低5價，根據化合價升降相等和原子個數守恒配平，得到：2ClO2+2CN-=2CO2+N2+2Cl-。

②二氧化氯能夠在弱酸性溶液中把二價錳離子氧化成不溶于水的二氧化錳(MnO2)，本身被還原轉化為氯離子，根據化合價升降相等和原子個數守恒配平，得到：2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2↓+12H++2Cl-。