Question

【題目】生物浸出是用細菌等微生物從固體中浸出金屬離子，有速率快、浸出率高等特點。氧化亞鐵硫桿菌是一類在酸性環境中加速 Fe2+氧化的細菌，培養后能提供 Fe3+， 控制反應條件可達細菌的最大活性，其生物浸礦機理如下圖。

反應1 反應2

（1）氧化亞鐵硫桿菌生物浸出 ZnS 礦。

①反應 2 中有 S 單質生成，離子方程式是__。

② 實驗表明溫度較高或酸性過強時金屬離子的浸出率均偏低，原因可能是__。

（2）氧化亞鐵硫桿菌生物浸出廢舊鋰離子電池中鈷酸鋰（LiCoO2）與上述浸出機理相似，發生反應1 和反應3：LiCoO2 +3Fe3+=Li++ Co2++3Fe2++O2↑

①在酸性環境中，LiCoO2 浸出 Co2+的總反應的離子方程式是__。

②研究表明氧化亞鐵硫桿菌存在時，Ag+對鈷浸出率有影響，實驗研究 Ag+的作用。取 LiCoO2 粉末和氧化亞鐵硫桿菌溶液于錐形瓶中，分別加入不同濃度 Ag+的溶液，鈷浸出率（圖 1）和溶液 pH（圖 2）隨時間變化曲線如下：

圖1 不同濃度Ag+作用下鈷浸出率變化曲線 圖2 不同濃度Ag+作用下溶液中pH變化曲線

Ⅰ．由圖 1 和其他實驗可知，Ag+能催化浸出 Co2+，圖 1 中的證據是__。

Ⅱ．Ag+是反應 3 的催化劑，催化過程可表示為： 反應 4：Ag++LiCoO2=AgCoO2+Li+

反應 5：……

反應 5 的離子方程式是__。

Ⅲ．由圖 2 可知，第 3 天至第 7 天，加入 Ag+后的 pH 均比未加時大，結合反應解釋其原因：__。

Answer 1

【答案】ZnS+2Fe3+=Zn2++S+2Fe2+ 細菌的活性降低或失去活性 4LiCoO2 +12H+ 4Li++4Co2++6H2O +O2↑ 加入Ag+明顯提高了單位時間內鈷浸出率，即提高了鈷浸出速率 AgCoO2+3Fe3+=Ag++ Co2++3Fe2++O2↑ 加入Ag+催化了反應3，使LiCoO2浸出的總反應的化學反應速率加快，相同時間內消耗H+更多，故加入Ag+后的pH比未加時大

【解析】

（1）①由題給示意圖可知，反應 2為Fe3+與ZnS發生氧化還原反應生成Zn2+、S和Fe2+，反應的離子方程式為ZnS+2Fe3+=Zn2++S+2Fe2+，故答案為：ZnS+2Fe3+=Zn2++S+2Fe2+；

② 細菌為蛋白質，溫度較高或酸性過強時，蛋白質變性，細菌的活性降低，導致金屬離子的浸出率均偏低，故答案為：細菌的活性降低或失去活性；

（2）①在酸性環境中，細菌做催化劑，使LiCoO2中+3價的Co元素將-2價O元素氧化，反應生成Li+、Co2+、O2和H2O，反應的離子方程式為4LiCoO2 +12H+ 4Li++4Co2++6H2O +O2↑，故答案為：4LiCoO2 +12H+ 4Li++4Co2++6H2O +O2↑；

②Ⅰ．由圖1可知，加入Ag+明顯提高了單位時間內鈷浸出率，說明Ag+做催化劑，提高了鈷浸出速率，故答案為：加入Ag+明顯提高了單位時間內鈷浸出率，即提高了鈷浸出速率；

Ⅱ．由催化劑的催化機理可知，反應4中Ag+做反應物，則反應5中Ag+做生成物，即中間產物AgCoO2與Fe3+反應生成Ag+、Co2+、Fe2+和O2，反應的化學方程式為AgCoO2+3Fe3+=Ag++ Co2++3Fe2++O2↑，故答案為：AgCoO2+3Fe3+=Ag++ Co2++3Fe2++O2↑；

Ⅲ．由圖 2 可知，第 3 天至第 7 天，加入 Ag+后的 pH 均比未加時大，原因是加入Ag+催化了反應3，使LiCoO2浸出的總反應的化學反應速率加快，相同時間內消耗H+更多，導致加入Ag+后的pH比未加時大，故答案為：加入Ag+催化了反應3，使LiCoO2浸出的總反應的化學反應速率加快，相同時間內消耗H+更多，故加入Ag+后的pH比未加時大。