Question

13．利用某些细菌的特殊生物催化作用，可以使矿石中的金属在水溶液中溶解出来．例如氧化亚铁硫杆菌能利用空气中的氧气，在溶液中将黄铁矿（主要成分为FeS₂）氧化为Fe₂（SO₄）₃，并使溶液酸性增强，其过程如图：
（1）写出过程（a）的化学反应方程式：4FeS₂+15O₂+2H₂O$\frac{\underline{\;细菌\;}}{\;}$2Fe₂（SO₄）₃+2H₂SO₄．
（2）人们还可利用特定的细菌，用Fe₂（SO₄）₃溶液作氧化剂溶解铜矿石（Cu₂S），得到透明的酸性溶液，再向溶液中加入足量铁屑得到铜，请写出整个过程中的离子反应方程式：
①Cu₂S+10Fe³⁺+4H₂O=2Cu²⁺+10Fe²⁺+8H⁺+SO₄^2-②Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu    ③Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑
（3）下列不属于“细菌冶金”的优点的是C（填写字母）．
A、对贫矿、尾矿的开采更有价值
B、在细菌的作用下，副产物FeSO₄和S可再次被空气氧化为Fe₂（SO₄）₃和H₂SO₄，Fe₂（SO₄）₃可循环使用
C、所用细菌来源广泛，很容易找到并大规模培养
D、能大大降低能源消耗，有利于减少污染
（4）工业上可利用粗铜（含Zn、Ag、Au等）经电解制得纯铜（电解铜）．电解过程中，粗铜接电源正极（填“正”或“负”），纯铜上的电极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu．
（5）某工厂按上述（4）原理，平均每秒生产b mol纯铜，（设阿伏加德罗常数为N，每个电子带电量为e C）求电解槽中平均电流强度为2bNeA（用代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）在细菌作用下，硫化亚铁被氧气氧化生成硫酸铁和硫酸；
（2）硫化亚铜和铁离子在细菌作用下发生氧化还原反应生成亚铁离子、铜离子、氢离子和硫酸根离子；铁还原铜离子生成铜和亚铁离子；铁和氢离子反应生成亚铁离子和氢气；
（3）A、细菌冶金对贫矿、尾矿的开采很有价值；
B、在细菌的作用下，副产物FeSO₄和S都具有还原性，能被空气中氧气氧化；
C、细菌冶炼使用的是具有特殊功能的细菌；
D、细菌冶炼能降低能源，且反应中对环境污染较小；
（4）粗铜冶炼时，粗铜作阳极、纯铜作阴极；
（5）某工厂按上述（4）原理，平均每秒生产b mol纯铜，则平均每秒转移电子物质的量为2bmol，转移电子个数为2bN，每个电子的电量是e，每秒通过电子电量Q=2bNe，电流强度I=$\frac{Q}{t}$．

解答 解：（1）在细菌作用下，硫化亚铁被氧气氧化生成硫酸铁和硫酸，反应方程式为4FeS₂+15O₂+2H₂O$\frac{\underline{\;细菌\;}}{\;}$2Fe₂（SO₄）₃+2H₂SO₄，
故答案为：4FeS₂+15O₂+2H₂O$\frac{\underline{\;细菌\;}}{\;}$2Fe₂（SO₄）₃+2H₂SO₄；
（2）硫化亚铜和铁离子在细菌作用下发生氧化还原反应生成亚铁离子、铜离子、氢离子和硫酸根离子；铁还原铜离子生成铜和亚铁离子；铁和氢离子反应生成亚铁离子和氢气，涉及的离子方程式为Cu₂S+10Fe³⁺+4H₂O=2Cu²⁺+10Fe²⁺+8H⁺+SO₄^2-、Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，
故答案为：Cu₂S+10Fe³⁺+4H₂O=2Cu²⁺+10Fe²⁺+8H⁺+SO₄^2-、Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（3）A、细菌冶金不需要富集矿物，所以对贫矿、尾矿的开采很有价值，故A正确；
B、在细菌的作用下，副产物FeSO₄和S都具有还原性，易被空气中氧气氧化为Fe₂（SO₄）₃和H₂SO₄，且Fe₂（SO₄）₃可循环使用，故B正确；
C、细菌冶炼使用的是具有特殊功能的细菌，并不是所有的细菌都有该功能，故C错误；
D、细菌冶炼能降低能源，且反应中对环境污染较小，所以能大大降低能源消耗，有利于减少污染，故D正确；
故答案为：C；
（4）粗铜冶炼时，粗铜作阳极、纯铜作阴极，所以粗铜连接电源正极，阴极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案为：正；Cu²⁺+2e^-=Cu；
（5）某工厂按上述（4）原理，平均每秒生产b mol纯铜，则平均每秒转移电子物质的量为2bmol，转移电子个数为2bN，每个电子的电量是e，每秒通过电子电量Q=2bNe，电流强度I=$\frac{Q}{t}$=$\frac{2bNe}{1}$A=2bNeA，
故答案为：2bNe．

点评 本题以金属冶炼为载体考查氧化还原反应、离子方程式的书写等知识点，为高频考点，明确物质性质及电解原理是解本题关键，难点是电流强度的计算．