工业流程（分离提纯产物——萃取与反萃取）工业流程（分离提纯产物）学生版_2024-2026高三（6-6月题库）_2025年12月高三试卷

工业流程（分离提纯产物——萃取与反萃取） 【重点知识】 一、萃取与反萃取 （一）萃取：利用物质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同，将物质从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。如用CCl 萃取溴水中的 4 Br。（水相→有机相） 2 （二）反萃取：反萃取是利用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程，为萃取的逆过程。（有机相→水相） （三）原理：Mx++xRH⇋RxM+xH+ [例如：Ce3+(水层)+3HA(有机层)⇋Ce(A) 3 (有机层)+3H+(水层) ] ①金属离子的萃取：有机萃取剂将金属离子从水溶液中萃取出来，使其进入有机层：Mx++xRH→RxM+xH+ ②金属离子的反萃取：向有机层加入反萃取剂（HCl、HSO、HNO 等无机酸），使有机层中的金属离子转移到水层：RxM+xH+→Mx++xRH 2 4 3 （四）目的：除去杂质离子，富集主要元素xxx。 （五）装置： （六）提高萃取率的措施： ①适当增加萃取剂的量 ②分多次萃取 （七）萃取中的条件控制： 1. pH：若pH过高会生成xx（如水解），pH过低会使萃取平衡逆向移动，导致萃取率下降。 2. 温度：低于xx℃时，xx的萃取率不高；高于xx℃时，xx的萃取率提高不明显，（另一个）yy的萃取率增大。 （八）萃取中的循环物质：萃取剂 （九）萃取率计算：分配系数Kd=c(有机相）/c(水相） 萃取率= c(有机相）·V(萃取剂)×100% c(有机相）·V(萃取剂)+c(水相）·V(溶液) 残留率= c(水相）·V(溶液)×100% c(有机相）·V(萃取剂)+c(水相）·V(溶液) 【典例1】某锂离子二次电池的正极材料主要为LiCoO，还含有少量Al、Fe、Mn、Ni的化合物。通过如下流程利用废旧锂离子电池制 2 取CoO。该工艺设计萃取、反萃取的目的是___________________________________. 3 4 【典例2】以粗NiSO 溶液(含Cu2+、Ca2+等杂质)为原料制备NiSO·6HO的部分过程如下： 4 4 2 已知：Ni2+、Ca2+能被有机萃取剂(简称HR)萃取，其萃取原理： Ni2+(水层)+2HR(有机层)� NiR(有机层)+2H+(水层) 2 Ca2+(水层)+2HR(有机层)� CaR(有机层)+2H+(水层) 2 学科网（北京）股份有限公司(2)“萃取”时，用一定量的HR充分萃取，能实现Ni2+与Ca2+的分离，原因是 。 (3)“反萃取”时，加入稀HSO，水层中Ni2+物质的量迅速增多的原因是 。 2 4 【典例3】萃取Cu2+后，为进行“反萃取”应往有机相中加入___________(填化学式) 【典例4】一种阳极泥的主要成分为Cu、Ag、Pt、Au、Ag Se和Cu S，从中回收Se和贵重金属的工艺流程如下图所示。 2 2 (4)萃取后得到有机相的操作方法是 （填操作名称），“反萃取剂”最好选用 （填化学式）溶液。 【典例5】浸-反萃取-电积法是一种高效、环保的湿法冶金工艺，广泛应用于从低品位锌矿中提取锌。用该方法从锌矿(主要成分为ZnS， 含有FeS 、CuS、NiS、SiO 等杂质)中获得锌的流程如下图所示： 2 2 (4) 为提高Zn2+ 的萃取率，“萃取”时需要 (填“一次萃取”或“多次萃取”)，分离含锌有机相和含镍萃余液的操作 为 。（操作名称） 【典例6】稀土是一种重要的战略资源，铈是地壳中含量最多的稀土元素。由氟碳铈矿(主要成分CeFCO ，含少量SiO、Fe O、CaF 3 2 2 3 2 等杂质)提取铈的一种工艺流程如下： (3)已知有机物HR能将Ce3+从水溶液中萃取出来，该过程可表示为：Ce3+(水层)+3HR(有机层)� CeR (有机层)+3H+(水层)。 3 在分离有机相和水相时，打开分液漏斗活塞放出下层液体前，应先 (填具体操作)。 学科网（北京）股份有限公司【典例7】利用稀有金属镍、钴制造的合金是航天领域重要材料之一、以含镍废料(主要成分为NiO，含少量FeO、Fe O 、CoO、BaO 2 3 和SiO )为原料制备Ni和Co(OH) 的工艺流程如下。 2 2 (4)“萃取”和“反萃取”可简单表示为：2HX+Ni2+���� 萃�取 ����� NiX +2H+。 2 ①“萃取”时需充分振荡，目的 。 ②“反萃取”后水层为NiSO 溶液，需要往有机层中加入的试剂1为 (填化学式)。 4 【典例8】从某铜镍矿(主要含有Cu、Ni单质，还含有Fe O 、FeO、MgO、CuO等杂质)资源中提取Cu和Ni的一种工艺流程如下： 2 3 (3)“萃取”时发生反应：Cu2++2HR � CuR +2H+，“反萃取”时使用的试剂a最合适的为 。 2 A．NaOH B．H SO C．HCl 2 4 从平衡角度解释试剂a的作用： 【典例9】利用炼锌矿渣获得3种金属盐，并进一步利用镓盐制备氮化镓(GaN)，已知矿渣主要含铁酸镓Ga (Fe O ) 、铁酸锌ZnFe O 、 2 2 4 3 2 4 二氧化硅等，部分工艺流程如下： 常温下，浸出液中各离子形成氢氧化物沉淀的pH和金属离子在该工艺条件下萃取率(进入有机层中金属离子的百分数)如下表： 金属离子 Fe2+ Fe3+ Zn2+ Ga3+ 学科网（北京）股份有限公司开始沉淀pH 8.0 1.7 5.5 3.0 沉淀完全pH 9.6 3.2 8.0 4.9 萃取率(%) 0 99 0 97～98.5 (3)“萃取”前加入铁粉还原Fe3+的作用是 ，Ga性质与Al相似，反萃取后水溶液中镓元素以 形式存在。 【典例10】CeO 常作汽车尾气处理的催化剂、玻璃脱色剂、陶瓷添加剂等。某小组以含铈废料(主要成分CeO、FeO、AlO 及少量CaCO 2 2 2 3 2 3 3 和SiO 等杂质)为原料提取高纯度CeO 的流程如下： 2 2 ②各类萃取剂及相关信息如表所示。 萃取剂 适用pH范围 有机相的选择性 Lix84-1 2.0～3.0 Ce3+：Fe3+：Al3+=100：1：0.1 P507 1.5～2.5 Ce3+：Fe3+：Al3+=50：10：0.5 Cyanex272 2.5～4.0 Ce3+：Fe3+：Al3+=200：0.1：0.01 ③萃取原理：Ce3+(aq)+3HA(l)� CeA (l)+3H+(aq) 。 3 (4)宜选择萃取剂X为 (填标号)。 a．Lix84-1 b．P507 c．Cyanex272 (5)“萃取”操作不需要选用的玻璃仪器有_______(多选，填标号)；“反萃取”中添加硝酸的目的是_______。 A． B． C． D． 【典例11】钒钛磁铁矿(主要含VO 、TiO 、FeO和Fe O )与钛白废酸(主要含H SO 和TiOSO )为原料联合提取铁、钛和钒， 2 5 2 2 3 2 4 4 流程示意图如下。 (4)溶液D中加入NaClO后，VO2+被氧化为VO+，萃取得到富钒溶液。用HA萃取钒时发生反应：VO+ +HA� VO A+H+， 2 2 2 分液后得到含VO A的有机溶液。由有机溶液重新得到含VO+的水溶液的操作是 2 2 。 【典例12】钪(Sc)是一种高度分散的微量元素，赤泥(主要成分为Al O、SiO、Fe O 、CaO、Na O、Sc O 等)是提取这类稀有 2 3 2 2 3 2 2 3 贵金属的潜在资源。从赤泥中回收钪元素的流程图如下，回答下列问题。 学科网（北京）股份有限公司(4)如图是不同pH条件下P204和P507两种萃取剂对不同元素的萃取率，流程中选用的萃取剂最好是 ，根据该萃取剂，应 选择的适宜的pH为 (填字母)。 A．0.5 B．1.5 C．2.5 【典例13】铟(In)是制造低熔点合金、电光源等的重要原料。从铅烟灰(主要含有In O 、In S 、PbO和SiO 等)中回收铟的生产工 2 3 2 3 2 艺流程如图所示。 已知：①“萃取”时发生反应：In (SO ) +6(HA) (有机层)� 2In(HA ) (有机层)+3H SO ； 2 4 3 2 2 3 2 4 ②“反萃取”时发生反应：In(HA ) (有机层)+4HCl� 3(HA) (有机层)+HInCl 。 2 3 2 4 (5)“萃取”和“反萃取”的目的是 ；“萃取”时，控制溶液的pH为1.5，铟萃取率最大，原因是 。 【典例14】某矿石中富含Cu (OH) CO 和Ni(OH) ，还含有Fe、Al、Si、Ca的氧化物。以该矿石为原料制备 2 2 3 2 Ni(OH) ?2NiCO ?nH O的流程如图所示，请回答下列问题： 2 3 2 (3)“萃取”时发生的反应为Cu2++2HA(有机相)� CuA (有机相)+2H+，“反萃取”时加入稀硫酸的目的是 。一种有 2 机萃取剂M及萃取Cu2+后生成的N的结构如图所示，N结构中Cu元素的化合价为 价，N结构中提供孤电子对形成配位键的原 子有 (填标号)。 学科网（北京）股份有限公司【典例15】BiOCl是一种新型的高档环保珠光材料。某工厂以辉铋矿(主要成分为Bi S ，含有FeS 、SiO 杂质)和软锰矿(主要成 2 3 2 2 分为MnO )为原料，制取氯氧化铋和超细氧化铋的工艺流程如下： 2 已知：Bi3+易与Cl- 形成 BiCl3 6 - ， pH 大于2时， BiCl3 6 - 易水解。 (6)“萃取”时，铋离子能被有机萃取剂TBP萃取，其萃取原理可表示为：BiCl 6 3-+nTBP⇋BiCl 3 ·nTBP+3Cl-，萃取温度对铋、铁萃取 率的影响如图所示，Bi的萃取率随萃取温度的升高而降低的原因可能是 。 (7)“沉淀反萃取”时生成Bi (C O ) ⋅7H O晶体，为得到含Cl-较少的草酸铋晶体，应边搅拌边 。(填字母) 2 2 4 3 2 a．将有机相溶液滴加到草酸溶液中 b．将草酸溶液滴加到有机相溶液中 【典例16】锗在现代通信技术中发挥着桥梁作用。从某冶锌工厂的工业废料[含ZnO和少量Fe O ，还含有铟(In)、铋(Bi)、锗(Ge) 2 3 的氧化物]中回收几种金属的单质或化合物的工业流程如下图。 (4)“萃取”分液时，“有机相”从分液漏斗的 (填“下口放出”或“上口倒出”)。“沉锗”的反应原理为 Ge4+ +2H R � GeR ↓+4H+，该操作中需调节pH为2.5，不能过高或过低，原因是 。 2 2 学科网（北京）股份有限公司【典例17】钴是一种重要的战略金属，用途广泛。从硫钴精矿(含有Co S 和CuFeS 及少量铝、钙、镁和硅的氧化物)中提取钴的工 3 4 2 艺流程如图所示： 已知： ①Cu2+(水相)＋2HA(有机相)� CuA (有机相)+2H+(水相) 2 (7)“萃原液pH”对铜、钴萃取分离效果的影响如图所示。为了提高CoSO 的产量，可对“有机相”进行的操作是 。 4 【典例18】磷酸铁是锂离子电池正极材料的前驱体。利用磷化渣［主要含Zn Fe(PO ) 等］制备电池级磷酸铁的流程如下： 3 4 3 (2)萃取。碱浸后的滤液中加入含萃取剂P 2 O 4 (结构如图)的有机溶剂(煤油等)，进一步除去滤液中大部分Zn2+。萃取时P 2 O 4 与水相、 有机相界面处的Zn2+结合后进入有机溶剂。 ①萃取剂P 2 O 4 进入水相与Zn2+结合的是 (选填“A端”或“B端”)；萃取后，水相中的pH (选填“变大”或 “变小”)。 ②加入萃取剂PO 过多，Zn2+ 的萃取率明显下降，其原因可能是 。 2 4 【典例19】钴、镍及其化合物在新能源材料、化工合成领域有着重要的作用。以含镍废料(主要成分为NiO，含少量FeO、FeO、CoO、 2 3 BaO和SiO)为原料制备CoCO 和NiSO·6HO的工艺流程如下。 2 3 4 2 回答下列问题： (1)基态Fe3+的价层电子排布式为 。 (2)“氧化”过程发生反应的离子方程式为 。 (3)“萃取”时一般选择有机萃取剂P204，“萃取”和“反萃取”可表示为2HX+Ni2+ � NiX +2H+。在萃取过程中为了提高萃取 2 率可加入适量 (填写试剂名称)，然后往有机层中加入另一物质进行反萃取。 (4)反萃取时，硫酸的浓度需在一定范围内，其原因是 。 【典例20】稀土是一种重要的战略资源，我国稀土出口量世界第一。铈(Ce)是一种典型的稀土元素，工业上利用某种含氟碳铈矿(主 要成分为CeFCO ，还含少量BaO，SiO 等)制取金属铈的一种工艺流程如图。回答下列问题： 3 2 学科网（北京）股份有限公司已知：①硫酸体系中，Ce4+在 (HA) 中的溶解度大于其在水中的溶解度，Ce3+与之相反，Ce4+能与SO2−结合成[CeSO ]2+ ； 2 4 4 c (Ce) D= 有机相 c (Ce) ②常温下，两相平衡体系中，被萃取物在有机层和水层中的物质的量浓度之比称为分配比(D)，如 水相 ，Ce 的萃取率 n (Ce) E= 有机相 ×100% n (Ce) 总 (3)步骤III萃取时存在反应Ce4+ +n(HA) � Ce⋅(H A )+4H+，萃取Ce4+最适宜的条件：温度为75~85℃，硫酸浓度为 2 2n−4 2n 2.5mol⋅L−1;当硫酸浓度过大时，萃取率降低的原因是 。 (4)步骤IV反萃取中，在稀硫酸和H O 的作用下Ce4+转化为Ce3+，反应的离子方程式为 。该步骤通常控制温度为40~50℃ 2 2 的原因是 。 (5)某工厂取1000L含Ce4+ 浓度为 50mg⋅L−1 的溶液，加入500L某萃取剂，若D=10，则单次萃取率E= %(保留一位小数)。 若要提高萃取率，需优化的工艺条件为 (写一条即可)。 【典例21】钪（Sc）是一种在国防、航空航天、核能等领域具有重要作用的稀土元素。以钛白酸性废水（主要含TiO2＋、Fe3＋、Sc3＋） 为原料制备Sc及TiO 的工艺流程如图所示。 2 K Fe(OH) =2.8×10-39，K Sc(OH) =1.0×10-30 已知：①25℃时， sp 3  sp 3  c (Sc) (5)常温下，两相平衡体系中，被萃取物在有机层和水层中的物质的量浓度之比称为分配比（D），D= 有机物 ，Sc的萃取率＝ c (Sc) 水相 n (Sc) 有机物 ×100%。某工厂取1000L含Sc3＋的废酸溶液，加入500L某有机萃取剂进行萃取，则单次萃取率为 （用含D的式子 n (Sc) 总 表示）。 【典例22】从工业废渣［含CuSO 、CuO、CuS、Fe (SO ) 、FeS、Fe O 、As O 等］中回收砷和铜，能节约生产成本。工艺流 4 2 4 3 2 3 2 3 程如下： 学科网（北京）股份有限公司已知：①有机萃取剂的萃取反应为2RH+M2+ � R M+2H+； 2 10−6mol⋅L−1 ②当溶液中离子浓度小于或等于 时，认为该离子沉淀完全； ③ FeAsO 4、 Fe(OH) 3的 K sp分别为5×10−21 、4×10−38 ，取 lg2=0.3 。 (4)“中和除砷、铁”过程生成FeAsO 沉淀。常温下，欲使溶液中AsO3−完全沉淀，且不产生Fe(OH) 沉淀，应控制pH为 。 若“中和除砷、铁”后的溶液pH=2.0， 4 c ( Cu2+) =0.01001mol⋅L−1，多 4 次萃取后水相中c ( H+) 为0.03 3 00mol⋅L−1，则铜的萃取率 为 %（结果保留两位小数，溶液体积变化忽略不计）。 (5)反萃取中，下列说法正确的是 （填字母）。 A．分液漏斗使用前有两处需检查是否漏液 B．经几次振荡并放气后，手持分液漏斗静置分层 C．反萃取后，Cu2+被转移至水相 【典例23】利用水钴矿(主要成分为CoO，含少量SiO、FeO、FeO、MnO)制备二次电池添加剂β−Co(OH) 的流程如下。 2 3 2 2 3 2 2 (3)萃取剂对Co2+、Mn2+萃取率随pH的影响如图，应选择萃取剂 (填“M”或“N”)。若萃取剂萃取某金属离子的分配系数 K=18[分配系数K=c(有机相)/c(水相)]，用10mL萃取剂萃取20mL水溶液中的该金属离子，则萃取率= (萃取率=某离子被 萃取的量/该离子总量×100%)。 【典例24】某工业矿渣中主要含有GeO ⋅Fe O 及少量ZnO⋅Fe O 、SiO 等物质，利用如下工艺流程回收金属Ge。 2 2 3 2 3 2 已知：①不同pH下Ge(Ⅳ)的存在形式如表。 pH pH < 2 2 < pH < 7 7 < pH < 11 pH > 11 学科网（北京）股份有限公司存在形式 Ge4+ H GeO HGeO− GeO2− 2 3 3 3 ②CaGeO 在水中溶解度很小。 3 (4)采用萃取操作可对溶液中的金属离子进行富集与分离，在一定温度、一定压强下，一种物质在两种互不相溶的溶剂A、B中的分配 c(A) 浓度之比是一个常数(分配系数k)，c(A) 、c(B) 分别表示溶质在A、B两种溶剂中的浓度，k= 。 c(B) ①Ge4+(水相)+4HR(有机相)� GeR (有机相)+4H+(水相)，有机层中加入 (写化学式)可以使萃取剂再生。 4 ②萃取Ge的过程中，“一次萃取”与“三次萃取”的过程如图所示。 n (X) 已知：萃取率有机相总= 有机相 ×100%，用20mL萃取剂萃取时每一次萃取率为60%。 n (X) 总 加入60mL萃取剂“一次萃取”时Ge的萃取率为 %(保留整数)，有机相1比有机相2中Ge的残留率 (填“高”或“低”) %。 【典例25】以铟砷烟灰（含In O 、In S 、As O 、PbO等）为主要原料提取铟的流程如下： 2 3 2 3 2 3 已知：I．水相中含有强电解质FeS O 。 4 6 II．H A 在酸性溶液中只萃取三价金属离子，3H A +M3+ � M+(HA ) +3H+。 2 2 2 2 2 3 III．常温下，FeAsO 难溶于水，K [ In(OH) ]=1.0×10−34。 4 sp 3 (3)反萃取后得到含[InCl ]− 的溶液，X的化学式为 。置换前需先中和再加入Zn粉，已知常温下反萃取后溶液中In3+的浓度 4 为0.0115g⋅L−1，则中和时可调节溶液pH的最大值为 。 【典例26】废弃电池电极材料的再利用可缓解全球对锂、钴等重要金属的供需矛盾。以废钴酸锂正极材料（主要含LiCoO 和Al）和 2 废磷酸亚铁锂正极材料（主要含LiFePO 和Al）为原料联合提取钴和锂的一种流程示意图如下： 4 学科网（北京）股份有限公司(4)萃取过程中使用的P507用HR表示，发生萃取的反应可表示为Co2+ +2HR CoR +2H+。 2 ①若滤液F中c ( Co2+) =0.011mol/L，多次萃取后水相c ( H+) =0.036mol/L，则Co的萃取率为 （保留两位有效数字， 10−1.8 ≈0.016）。 ②为回收Co，可用一定浓度的硫酸将有机相中的Co反萃取到水相中，其原理是 。 学科网（北京）股份有限公司