Question

“千年大计、国家大事”，雄安新区无疑是今年最受瞩目的地区。不过，近日媒体报道河北廊坊、天津等地存在超大规模的工业污水渗坑，给雄安新区的水环境带来隐患，目前正采用多种方法对污水进行处理，改善水资源状况。

（1）在微生物作用的条件下,废水中的NH₄⁺经过两步反应氧化成NO₃^-，两步反应的能量变化示意图如下:

①第一步反应是______反应(选填“放热”或“吸热”)，判新依据是_________。1mol NH₄⁺ (aq)全部氧化成NO₃^- (aq)的热化学方程式为_____________。

②一定条件下,向废水中加入CH₃OH,将HNO₃还原成N₂。若该过程中CH₃OH反应生成CO₂,则参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比为______.

（2）二氧化氯(ClO₂)是一种黄绿色到橙黄色的气体，是国际上公认为安全、无毒的绿色消毒剂,可以投入废水中清除污染物。

①二氧化氯可以将废水中的氰化物(CN^-)氧化成两种无污染气体.写出离子方程式________。

②废水中的重金属离子的危害性很大，二氧化氯能够在弱酸性溶液中把二价锰离子氧化成不溶于水的二氧化锰(MnO₂)，写出反应的离子方程式_______________。

Answer

放热 △H=-273kJ/mol（或反应物的总能量大于生成物的总能量） 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从图中得到第一步反应的反应物的能量高于生成物的能量，所以是放热反应。从左图得到NH4+(aq)+3/2O2(g)=2H+(aq)+NO2-(aq)+H2O(l) △H=-273kJ/mol；从右图得到NO2－(aq)+1/2O2(g) = NO3－(aq) △H=-73kJ/mol；两个方程式相加得到：NH4+(aq)+2O2(g)=2H+(aq)+NO3-(aq)+H2O(l) △H=-346kJ/mol。

②明显得到氧化剂为HNO3，还原剂为CH3OH。CH3OH中的C为-2价（有机物中一般默认H为+1价，O为-2价），生成的CO2中C为+4价，所以一个CH3OH在反应中失去6个电子。HNO3中N为+5价，反应后生成的N2中N为0价，所以一个HNO3得到5个电子。为保证得失电子守恒，还原剂（CH3OH）和氧化剂（HNO3）的物质的量之比为5：6。

（2）①二氧化氯可以将废水中的氰化物(CN-)氧化成两种无污染气体，这两种无污染的气体只能是二氧化碳和氮气，二氧化氯本身被还原的产物应该是氯离子。CN－中C为+2价，N 为-3价，所以CN－要升高2+3=5价，ClO2降低5价，根据化合价升降相等和原子个数守恒配平，得到：2ClO2+2CN-=2CO2+N2+2Cl-。

②二氧化氯能够在弱酸性溶液中把二价锰离子氧化成不溶于水的二氧化锰(MnO2)，本身被还原转化为氯离子，根据化合价升降相等和原子个数守恒配平，得到：2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2↓+12H++2Cl-。