Question

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/（g•L^﹣^1•h^﹣^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＜__。

Answer

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。