令和7年度 公害防止管理者 汚水処理特論 問16を解説｜脱窒のメタノール量

令和7年度 汚水処理特論 問16は、脱窒素反応に必要なメタノール量を求める計算問題です。硝酸の還元とメタノールの酸化の半反応式が与えられています。

この問題のポイント

脱窒は、硝酸イオン（NO₃⁻）を窒素ガス（N₂）に還元する反応で、その電子を供給する水素供与体としてメタノールが消費されます。この問題は「授受する電子の数を合わせる」だけで解けます。硝酸を還元する半反応式から「NO₃⁻ 1 molが受け取る電子数」を、メタノールの酸化の半反応式から「メタノール 1 molが出す電子数」を読み取り、受け取る電子の総数＝出す電子の総数となるようにメタノール量を決めます。有機物は細胞合成に使われず呼吸（電子供与）にのみ使う、という条件がこの単純化を許しています。

※ 問題文そのものは、産業環境管理協会が公開している公式サイトで確認できます。

正解：選択肢(4)

各選択肢の正誤

選択肢(4)のポイント（計算の手順）

与えられた半反応式から、1 molあたりの電子数を読み取ります。

• 硝酸の還元（電子を受け取る側）：半反応式は NO₃⁻ 1 molあたり電子5 molを受け取る形になっています（係数を整理すると 1/5 NO₃⁻ につき電子1 mol）。よって NO₃⁻ 1 molが受け取る電子は5 mol。
• 必要な電子の総数：NO₃⁻ 6 mol を還元するので、6 × 5 ＝ 30 molの電子が要ります。
• メタノールの酸化（電子を出す側）：半反応式は メタノール 1 molあたり電子6 molを放出する形になっています（1/6 CH₃OH につき電子1 mol）。よってメタノール 1 molが出す電子は6 mol。
• 必要なメタノール量：電子30 molを供給するには 30 ÷ 6 ＝ 5 mol。

NO₃⁻とメタノールを単純に1対1（6 mol対6 mol）と考えると選択肢(5)に引き込まれます。1分子あたりの電子数が違う（硝酸は5電子、メタノールは6電子）ことを押さえるのが核心です。

覚え方

• 酸化還元の計算は受け取る電子の総数＝出す電子の総数で合わせる。
• NO₃⁻→N₂ は1分子あたり5電子、CH₃OH の酸化は1分子あたり6電子。
• 物質のmol比でなく電子のmolでつり合わせる。1対1で考えない。

理解度チェック

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