题目内容

【题目】生物浸出是用细菌等微生物从固体中浸出金属离子,有速率快、浸出率高等特点。氧化亚铁硫杆菌是一类在酸性环境中加速 Fe2+氧化的细菌,培养后能提供 Fe3+, 控制反应条件可达细菌的最大活性,其生物浸矿机理如下图。

反应1 反应2

(1)氧化亚铁硫杆菌生物浸出 ZnS 矿。

①反应 2 中有 S 单质生成,离子方程式是__。

② 实验表明温度较高或酸性过强时金属离子的浸出率均偏低,原因可能是__。

(2)氧化亚铁硫杆菌生物浸出废旧锂离子电池中钴酸锂(LiCoO2)与上述浸出机理相似,发生反应1 和反应3:LiCoO2 +3Fe3+=Li++ Co2++3Fe2++O2↑

①在酸性环境中,LiCoO2 浸出 Co2+的总反应的离子方程式是__。

②研究表明氧化亚铁硫杆菌存在时,Ag+对钴浸出率有影响,实验研究 Ag+的作用。取 LiCoO2 粉末和氧化亚铁硫杆菌溶液于锥形瓶中,分别加入不同浓度 Ag+的溶液,钴浸出率(图 1)和溶液 pH(图 2)随时间变化曲线如下:

图1 不同浓度Ag+作用下钴浸出率变化曲线 图2 不同浓度Ag+作用下溶液中pH变化曲线

Ⅰ.由图 1 和其他实验可知,Ag+能催化浸出 Co2+,图 1 中的证据是__。

Ⅱ.Ag+是反应 3 的催化剂,催化过程可表示为: 反应 4:Ag++LiCoO2=AgCoO2+Li+

反应 5:……

反应 5 的离子方程式是__。

Ⅲ.由图 2 可知,第 3 天至第 7 天,加入 Ag+后的 pH 均比未加时大,结合反应解释其原因:__。

【答案】ZnS+2Fe3+=Zn2++S+2Fe2+ 细菌的活性降低或失去活性 4LiCoO2 +12H+ 4Li++4Co2++6H2O +O2↑ 加入Ag+明显提高了单位时间内钴浸出率,即提高了钴浸出速率 AgCoO2+3Fe3+=Ag++ Co2++3Fe2++O2↑ 加入Ag+催化了反应3,使LiCoO2浸出的总反应的化学反应速率加快,相同时间内消耗H+更多,故加入Ag+后的pH比未加时大

【解析】

(1)①由题给示意图可知,反应 2为Fe3+与ZnS发生氧化还原反应生成Zn2+、S和Fe2+,反应的离子方程式为ZnS+2Fe3+=Zn2++S+2Fe2+,故答案为:ZnS+2Fe3+=Zn2++S+2Fe2+;

② 细菌为蛋白质,温度较高或酸性过强时,蛋白质变性,细菌的活性降低,导致金属离子的浸出率均偏低,故答案为:细菌的活性降低或失去活性;

(2)①在酸性环境中,细菌做催化剂,使LiCoO2中+3价的Co元素将-2价O元素氧化,反应生成Li+、Co2+、O2和H2O,反应的离子方程式为4LiCoO2 +12H+ 4Li++4Co2++6H2O +O2↑,故答案为:4LiCoO2 +12H+ 4Li++4Co2++6H2O +O2↑;

②Ⅰ.由图1可知,加入Ag+明显提高了单位时间内钴浸出率,说明Ag+做催化剂,提高了钴浸出速率,故答案为:加入Ag+明显提高了单位时间内钴浸出率,即提高了钴浸出速率;

Ⅱ.由催化剂的催化机理可知,反应4中Ag+做反应物,则反应5中Ag+做生成物,即中间产物AgCoO2与Fe3+反应生成Ag+、Co2+、Fe2+和O2,反应的化学方程式为AgCoO2+3Fe3+=Ag++ Co2++3Fe2++O2↑,故答案为:AgCoO2+3Fe3+=Ag++ Co2++3Fe2++O2↑;

Ⅲ.由图 2 可知,第 3 天至第 7 天,加入 Ag+后的 pH 均比未加时大,原因是加入Ag+催化了反应3,使LiCoO2浸出的总反应的化学反应速率加快,相同时间内消耗H+更多,导致加入Ag+后的pH比未加时大,故答案为:加入Ag+催化了反应3,使LiCoO2浸出的总反应的化学反应速率加快,相同时间内消耗H+更多,故加入Ag+后的pH比未加时大。

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