Question

細(xì)菌冶金又稱微生物浸礦，是近代濕法冶金工業(yè)上的一種新工藝．它主要是應(yīng)用細(xì)菌法溶浸貧礦、廢礦、尾礦和大冶爐渣等，以回收某些貴重有色金屬和稀有金屬，達(dá)到防止礦產(chǎn)資源流失，最大限度地利用礦藏的一種冶金方法．例如氧化亞鐵硫桿菌在溶液中能將黃鐵礦氧化為Fe₂（SO₄）₃和H₂SO₄，且通過上述反應(yīng)，細(xì)菌得到了所需要的能量，而硫酸鐵可將礦石中的鐵或銅等轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄曰�合物而從礦石中溶解出來，其過程如下：

（1）人們利用①Fe₂（SO₄）₃作強(qiáng)氧化劑溶解銅礦石（Cu₂S），②收集浸出液加入鐵屑進(jìn)一步反應(yīng)得到粗銅，請你配平第①步的離子反應(yīng)方程式．□Cu₂S+□Fe³⁺+□H₂O

細(xì)菌  .

□Cu²⁺+□Fe²⁺+□H⁺+□SO₄^2-
（2）所得粗銅（含F(xiàn)e、Ag、Au等）再經(jīng)電解可制得精銅（電解銅）．若電解時(shí)，每1min在粗銅一極質(zhì)量改變ag，另一極質(zhì)量改變bg，用N_A表示阿伏加德羅常數(shù)的值，每個(gè)電子的電量為eC，則電解槽中平均電流強(qiáng)度為

 

．
（3）計(jì)算過程（a）中，每處理含F(xiàn)eS₂24%的黃鐵礦尾礦1萬噸，至少要消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氧氣的體積（m³）

Answer 1

考點(diǎn)：金屬的回收與環(huán)境、資源保護(hù),化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算

專題：

分析：（1）Cu₂S中Cu元素的化合價(jià)由+1升高為+2，S元素的化合價(jià)由-2升高為+6，F(xiàn)e元素的化合價(jià)由+3價(jià)降低為+2，以此配平離子反應(yīng)；
（2）在電解精煉銅時(shí)，陽極是粗銅，而粗銅中含有的一些比銅活潑的金屬也會放電，故ag是銅和比銅活潑的金屬的混合質(zhì)量；陰極上是Cu²⁺放電析出銅，故bg是金屬銅的質(zhì)量，則電解槽中的流經(jīng)的電量要根據(jù)bg來計(jì)算；
（3）根據(jù)黃鐵礦的質(zhì)量求出含有的FeS₂的質(zhì)量和物質(zhì)的量，然后根據(jù)FeS₂中的鐵元素由+2價(jià)被氧氣氧化為+3價(jià)，硫元素由-1價(jià)被氧化為+6價(jià)，即1molFeS₂失去15mol電子，而1molO₂被還原時(shí)得4mol電子，根據(jù)得失電子數(shù)守恒可知每當(dāng)氧化1molFeS₂需要

15

4

mol氧氣，據(jù)此得出需要的氧氣的物質(zhì)的量，繼而可以求出體積．

解答： 解：（1）Cu₂S中Cu元素的化合價(jià)由+1升高為+2，S元素的化合價(jià)由-2升高為+6，F(xiàn)e元素的化合價(jià)由+3價(jià)降低為+2，則該離子反應(yīng)為Cu₂S+10Fe³⁺+4H₂O

細(xì)菌  .

2Cu²⁺+10Fe²⁺+8H⁺+S0₄^2-，故答案為：1；10；4；2；10；8；1；
（2）在電解精煉銅時(shí)，陽極是粗銅，而粗銅中含有的一些比銅活潑的金屬也會放電，故ag是銅和比銅活潑的金屬的混合質(zhì)量，故無法根據(jù)ag來計(jì)算電解槽中的電量；
陰極上是Cu²⁺放電析出銅，故bg是金屬銅的質(zhì)量，則銅的物質(zhì)的量n=

m

M

=

bg

64g/mol

=

b

64

mol，而根據(jù)陰極反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu可知，每當(dāng)生成1mol銅時(shí)，流經(jīng)陰極2mol電子，現(xiàn)生成

b

64

mol銅，故流經(jīng)陰極的電子的物質(zhì)的量為

b

32

mol，即

b

32

N_A個(gè)，而每個(gè)電子的電量為eC，故流經(jīng)陰極的電量Q=

b

32

N_Ae C
而電流強(qiáng)度I=

Q

t

=

b 32 NAe

60s

=

NAbe

1920

A，故答案為：

NAbe

1920

A；
（3）黃鐵礦尾礦的質(zhì)量m=10000t=10¹⁰g
含有的FeS₂的質(zhì)量m=10¹⁰g×24%=2.4×10⁹g
FeS₂的物質(zhì)的量n=

m

M

=

2.4×109g

120g/mol

=2×10⁷mol
而FeS₂中的鐵元素由+2價(jià)被氧氣氧化為+3價(jià)，硫元素由-1價(jià)被氧化為+6價(jià)，即1molFeS₂失去15mol電子，而1molO₂被還原時(shí)得4mol電子，根據(jù)得失電子數(shù)守恒可知每當(dāng)氧化1molFeS₂需要

15

4

mol氧氣，
故氧化2×10⁷molFeS₂需要的氧氣的物質(zhì)的量n=2×10⁷mol×

15

4

=7.5×10⁷mol
在標(biāo)況下的體積V=n?Vm=7.5×10⁷mol×22.4L/mol=1.68×10⁹L=1.68×10⁶m³，
答：故至少要消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氧氣的體積為1.68×10⁶m³．

點(diǎn)評：本題考查了氧化還原反應(yīng)的配平和根據(jù)陰極質(zhì)量的變化求解流經(jīng)兩極的電量和電流強(qiáng)度等問題，綜合性較強(qiáng)．