Question

【題目】閱讀下面科普短文。

生活中我們談到“細菌”往往會心驚膽戰。其實細菌不僅僅只有危險的一面，如果掌握了它們的特性，很多細菌也可以為我們服務。氧化亞鐵硫桿菌（以下簡稱為T·f菌，見圖左）是一種細菌，它被廣泛應用于治理廢氣、廢渣等有害物質。例如用T· f菌脫除工業廢氣中的一種有毒、有腐蝕性的氣體——硫化氫（H2S）。其作用原理如圖所示。

這個凈化過程中，Fe2(SO4)3溶液在常溫常壓下就可以將廢氣中的H2S脫出，生成FeSO4 。FeSO4在酸性溶液中、在T· f菌的幫助之下，只需少量的氧氣就又可以轉化為Fe2(SO4)3 ，同時釋放的能量還能供給T· f菌生長。用這種方法處理廢氣大大降低了治污的成本，脫除率達到99.97%，且無廢物排出。但要達到高效的關鍵是要保證體系內FeSO4 濃度的穩定，一旦FeSO4 濃度降低，T· f菌就會像缺少食物一樣逐漸失去活性。實際應用過程發現Fe2(SO4)3在pH＝l.9時會發生一定的變化，生成了鐵的沉淀物——黃銨鐵礬〔NH4Fe3(SO4)2(OH)6〕，并在pH＝3.2時沉淀完全，使得溶液中的總鐵濃度下降。可見溶液的pH值對這個方法的效果有一定影響。實驗測得30℃時，不同pH環境下T· f菌的活性不同，表現為FeSO4溶液轉化為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溶液轉化為Fe2(SO4)3速率/（gL﹣1h﹣1）	4.5	5.3	6.2	6.8	7.0	6.6	6.2	5.6

回答下列問題：

（1）在環節①中化合價升高的元素是_____（填寫元素符號）。

（2）環節②的反應原理為：4 F e S O4＋ O2＋ 2X2F e2(S O4)3＋2H2O其中物質“X”的化學式為_____。

（3）黃銨鐵礬〔NH4Fe3(SO4)2(OH)6〕中鐵元素與硫元素的原子個數比為__________。

（4）用T·f菌脫除廢氣中的H2S氣體的優點是_______（寫出1點即可）

（5）請結合文中信息，判斷工業用T·f菌脫硫應選擇的最佳pH范圍是_____＜pH＜__。

Answer 1

【答案】S H2SO4 3 : 2 成本低，脫除率達到99.97%，且無廢物排出 1.5 1.9

【解析】

（1）由圖可知，環節①是硫酸鐵和硫化氫反應生成硫和硫酸亞鐵，硫酸鐵中鐵元素為+3價，硫酸亞鐵中鐵元素為+2價，化合價降低，硫化氫中氫元素通常為+1價，設硫化氫中硫元素的化合價為x，根據化合物中，正、負化合價的代數和為零，可得：（+1）×2+x=0，x=-2，硫單質中硫元素化合價為0，故硫元素的化合價升高，故填：S；

（2）根據質量守恒定律，化學反應前后，原子的種類和數目不變，反應物中含4個鐵原子、4個硫原子、18個氧原子，生成物中含4個鐵原子、6個硫原子，4個氫原子、26個氧原子，故反應物中還應含有2個硫原子、4個氫原子，8個氧原子，故X的化學式為：H2SO4；

（3）由黃銨鐵礬的化學式NH4Fe3(SO4)2(OH)6可知，黃銨鐵礬中鐵元素與硫元素的原子個數比為：3:2；

（4）由資料可知，用T·f菌脫除廢氣中的H2S氣體的優點是：降低了治污的成本，脫除率達到99.97%，且無廢物排出；

（5）由資料可知，Fe2(SO4)3在pH＝l.9時會發生一定的變化，生成了鐵的沉淀物——黃銨鐵礬〔NH4Fe3(SO4)2(OH)6〕，并在pH＝3.2時沉淀完全，使溶液中的總鐵濃度下降，pH＜1.5時，FeSO4溶液轉化為Fe2(SO4)3速率減慢，說明T·f菌活性減小，反應速率減慢，故工業用T·f菌脫硫應選擇的最佳pH范圍是1.5＜pH＜1.9。