Question

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：__。

Answer

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。