Question

13．“細菌冶金”是利用某些細菌的特殊代謝功能開采金屬礦石．例如溶液中氧化亞鐵硫桿菌能利用空氣中的氧氣將黃鐵礦（主要成分為FeS₂）氧化為Fe₂（SO₄）₃，并使溶液酸性增強，其過程如圖：
（1）寫出過程（a）的化學反應方程式：4FeS₂+15O₂+2H₂O$\frac{\underline{\;細菌\;}}{\;}$2Fe₂（SO₄）₃+2H₂SO₄．
（2）人們還可利用特定的細菌，用Fe₂（SO₄）₃溶液作氧化劑溶解銅礦石（Cu₂S），得到透明的酸性溶液，再向溶液中加入足量鐵屑得到銅，請寫出整個過程中的離子反應方程式：
①Cu₂S+10Fe³⁺+4H₂O=2Cu²⁺+10Fe²⁺+8H⁺+SO₄^2-
②Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu
③Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑
（3）下列不屬于“細菌冶金”的優(yōu)點的是C（填寫字母）．
A、對貧礦、尾礦的開采更有價值
B、在細菌的作用下，副產(chǎn)物FeSO₄和S可再次被空氣氧化為Fe₂（SO₄）₃和H₂SO₄，F(xiàn)e₂（SO₄）₃可循環(huán)使用
C、所用細菌來源廣泛，很容易找到并大規(guī)模培養(yǎng)
D、能大大降低能源消耗，有利于減少污染
（4）工業(yè)上可利用粗銅（含Zn、Ag、Au等）經(jīng)電解制得純銅（電解銅）．電解過程中，粗銅接電源正極（填“正”或“負”），純銅上的電極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu．
（5）某工廠按上述（4）原理，平均每秒生產(chǎn)b mol純銅，（設阿伏加德羅常數(shù)為N，每個電子帶電量為e C）求電解槽中平均電流強度為2bNeA（用代數(shù)式表示）

Answer 1

分析 （1）在細菌作用下，硫化亞鐵被氧氣氧化生成硫酸鐵和硫酸；
（2）硫化亞銅和鐵離子在細菌作用下發(fā)生氧化還原反應生成亞鐵離子、銅離子、氫離子和硫酸根離子；
鐵還原銅離子生成銅和亞鐵離子，鐵和氫離子反應生成亞鐵離子和氫氣；
（3）A、細菌冶金對貧礦、尾礦的開采很有價值；
B、在細菌的作用下，副產(chǎn)物FeSO₄和S都具有還原性，能被空氣中氧氣氧化；
C、細菌冶煉使用的是具有特殊功能的細菌；
D、細菌冶煉能降低能源，且反應中對環(huán)境污染較小；
（4）粗銅冶煉時，粗銅作陽極、純銅作陰極；
（5）某工廠按上述（4）原理，平均每秒生產(chǎn)b mol純銅，則平均每秒轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為2bmol，轉(zhuǎn)移電子個數(shù)為2bN，每個電子的電量是e，每秒通過電子電量Q=2bNe，電流強度I=$\frac{Q}{t}$．

解答 解：（1）在細菌作用下，硫化亞鐵被氧氣氧化生成硫酸鐵和硫酸，反應方程式為4FeS₂+15O₂+2H₂O$\frac{\underline{\;細菌\;}}{\;}$2Fe₂（SO₄）₃+2H₂SO₄，
故答案為：4FeS₂+15O₂+2H₂O$\frac{\underline{\;細菌\;}}{\;}$2Fe₂（SO₄）₃+2H₂SO₄；
（2）硫化亞銅和鐵離子在細菌作用下發(fā)生氧化還原反應生成亞鐵離子、銅離子、氫離子和硫酸根離子；
鐵還原銅離子生成銅和亞鐵離子，鐵和氫離子反應生成亞鐵離子和氫氣，涉及的離子方程式為Cu₂S+10Fe³⁺+4H₂O=2Cu²⁺+10Fe²⁺+8H⁺+SO₄^2-、Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，
故答案為：Cu₂S+10Fe³⁺+4H₂O=2Cu²⁺+10Fe²⁺+8H⁺+SO₄^2-、Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（3）A、細菌冶金不需要富集礦物，所以對貧礦、尾礦的開采很有價值，故正確；
B、在細菌的作用下，副產(chǎn)物FeSO₄和S都具有還原性，易被空氣中氧氣氧化為Fe₂（SO₄）₃和H₂SO₄，且Fe₂（SO₄）₃可循環(huán)使用，故正確；
C、細菌冶煉使用的是具有特殊功能的細菌，并不是所有的細菌都有該功能，故錯誤；
D、細菌冶煉能降低能源，且反應中對環(huán)境污染較小，所以能大大降低能源消耗，有利于減少污染
，故正確；
故選C；
（4）粗銅冶煉時，粗銅作陽極、純銅作陰極，所以粗銅連接電源正極，陰極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案為：正；Cu²⁺+2e^-=Cu；
（5）某工廠按上述（4）原理，平均每秒生產(chǎn)b mol純銅，則平均每秒轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為2bmol，轉(zhuǎn)移電子個數(shù)為2bN，每個電子的電量是e，每秒通過電子電量Q=2bNe，電流強度I=$\frac{Q}{t}$=$\frac{2bNe}{1}$A=2bNeA，
故答案為：2bNe．

點評 本題以金屬冶煉為載體考查氧化還原反應、離子方程式的書寫等知識點，為高頻考點，明確物質(zhì)性質(zhì)及電解原理是解本題關鍵，難點是電流強度的計算．