题目内容
【题目】阅读下面科普短文。
生活中我们谈到“细菌”往往会心惊胆战。其实细菌不仅仅只有危险的一面,如果掌握了它们的特性,很多细菌也可以为我们服务。氧化亚铁硫杆菌(以下简称为T·f菌,见图左)是一种细菌,它被广泛应用于治理废气、废渣等有害物质。例如用T· f菌脱除工业废气中的一种有毒、有腐蚀性的气体——硫化氢(H2S)。其作用原理如图所示。
这个净化过程中,Fe2(SO4)3溶液在常温常压下就可以将废气中的H2S脱出,生成FeSO4 。FeSO4在酸性溶液中、在T· f菌的帮助之下,只需少量的氧气就又可以转化为Fe2(SO4)3 ,同时释放的能量还能供给T· f菌生长。用这种方法处理废气大大降低了治污的成本,脱除率达到99.97%,且无废物排出。但要达到高效的关键是要保证体系内FeSO4 浓度的稳定,一旦FeSO4 浓度降低,T· f菌就会像缺少食物一样逐渐失去活性。实际应用过程发现Fe2(SO4)3在pH=l.9时会发生一定的变化,生成了铁的沉淀物——黄铵铁矾〔NH4Fe3(SO4)2(OH)6〕,并在pH=3.2时沉淀完全,使得溶液中的总铁浓度下降。可见溶液的pH值对这个方法的效果有一定影响。实验测得30℃时,不同pH环境下T· f菌的活性不同,表现为FeSO4溶液转化为Fe2(SO4)3溶液的速率不同,如下表:
pH | 0.9 | 1.2 | 1.5 | 1.9 | 2.1 | 2.4 | 2.7 | 3.0 |
FeSO4溶液转化为Fe2(SO4)3速率/(gL﹣1h﹣1) | 4.5 | 5.3 | 6.2 | 6.8 | 7.0 | 6.6 | 6.2 | 5.6 |
回答下列问题:
(1)在环节①中化合价升高的元素是_____(填写元素符号)。
(2)环节②的反应原理为:4 F e S O4+ O2+ 2X2F e2(S O4)3+2H2O其中物质“X”的化学式为_____。
(3)黄铵铁矾〔NH4Fe3(SO4)2(OH)6〕中铁元素与硫元素的原子个数比为__________。
(4)用T·f菌脱除废气中的H2S气体的优点是_______(写出1点即可)
(5)请结合文中信息,判断工业用T·f菌脱硫应选择的最佳pH范围是_____<pH<__。
【答案】S H2SO4 3 : 2 成本低,脱除率达到99.97%,且无废物排出 1.5 1.9
【解析】
(1)由图可知,环节①是硫酸铁和硫化氢反应生成硫和硫酸亚铁,硫酸铁中铁元素为+3价,硫酸亚铁中铁元素为+2价,化合价降低,硫化氢中氢元素通常为+1价,设硫化氢中硫元素的化合价为x,根据化合物中,正、负化合价的代数和为零,可得:(+1)×2+x=0,x=-2,硫单质中硫元素化合价为0,故硫元素的化合价升高,故填:S;
(2)根据质量守恒定律,化学反应前后,原子的种类和数目不变,反应物中含4个铁原子、4个硫原子、18个氧原子,生成物中含4个铁原子、6个硫原子,4个氢原子、26个氧原子,故反应物中还应含有2个硫原子、4个氢原子,8个氧原子,故X的化学式为:H2SO4;
(3)由黄铵铁矾的化学式NH4Fe3(SO4)2(OH)6可知,黄铵铁矾中铁元素与硫元素的原子个数比为:3:2;
(4)由资料可知,用T·f菌脱除废气中的H2S气体的优点是:降低了治污的成本,脱除率达到99.97%,且无废物排出;
(5)由资料可知,Fe2(SO4)3在pH=l.9时会发生一定的变化,生成了铁的沉淀物——黄铵铁矾〔NH4Fe3(SO4)2(OH)6〕,并在pH=3.2时沉淀完全,使溶液中的总铁浓度下降,pH<1.5时,FeSO4溶液转化为Fe2(SO4)3速率减慢,说明T·f菌活性减小,反应速率减慢,故工业用T·f菌脱硫应选择的最佳pH范围是1.5<pH<1.9。