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）教师版_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 答：分离钴和镍锂，富集Co2+，提高产物纯度。 分析：在“酸浸还原”中都能与硫酸反应，“水解净化”除铝，“氧化沉铁锰”除铁、锰，剩余钴、锂、镍在滤液中，后续萃取除去。 【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 学科网（北京）股份有限公司Ca2+(水层)+2HR(有机层)� CaR(有机层)+2H+(水层) 2 (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 答：(2)Ni2+与HR结合的能力大于Ca2+与HR结合的能力 (3)随着c(H+)的增大，平衡向逆反应方向移动，且NiR 转化为Ni2+的速率加 2 快，转化程度迅速增大 分析：“萃取”时用一定量的HR充分萃取，能实现Ni2+ 与Ca2+ 的分离，说明Ca2+与HR结合的能力小于Ni2+与HR结合的能力；“反 Ni2++2HR � NiR +2H+ 萃取”时，加入稀硫酸，溶液中氢离子浓度增大，反应 2 的平衡向逆反应方向移动，且反应速率加快，使 得NiR 转化为Ni2+的转化程度迅速增大。 2 【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) 答：HSO 2 4 分析：根据反萃取后产物形式，可知为加入硫酸，即可平衡逆移，得到CuSO 溶液。 4 【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。 答：分液 HNO 3 分析：萃取后得到有机相的操作方法是分液。反萃取即使萃取平衡逆向移动，此时可向体系中加酸，由于最终是获得硝酸铜，所以为 了不引入新杂质，最好选用HNO 。 3 【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 学科网（北京）股份有限公司为 。（操作名称） 答：多次萃取 分液 分析：为提高 Zn2+的萃取率，“萃取”时需要多次萃取；含锌有机相与含镍萃余液为互不相溶的液体混合物，分离含锌有机相和含镍 萃余液的操作为：分液。 【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)。 答：打开分液漏斗上口活塞(或使活塞上的凹槽对准漏斗口的小孔) 分析：分液时打开分液漏斗活塞放出下层液体前，应先打开分液漏斗上口活塞（或使活塞上的凹槽对准漏斗口的小孔）。 【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 答：增大有机溶剂与溶液的接触面积，提高Ni2+的萃取率 H SO 2 4 分析：①“萃取”时需充分振荡，目的是增大有机溶剂与溶液的接触面积，提高Ni2+ 的萃取率； ②“萃取”和“反萃取”可简单表示为：2HX+Ni2+���� 萃�取 ����� NiX 2 +2H+，在含NiSO 4 的有机层反萃取得到NiSO 4 溶液，故加入的 试剂1为H SO ； 2 4 学科网（北京）股份有限公司【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： 答：B 增大c(H+)，萃取反应逆向移动，使Cu2+进入水相。 分析：整个流程中用到的都是硫酸，根据萃取方程式，反萃取使平衡逆向移动，因此需要增大 c(H+)，不引入杂质，因此采用 HSO， 2 4 c ( H+) 故选B；a的作用为增大 ，萃取反应逆向移动，使Cu2+进入水相。 【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+ 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。 Ga(OH)  − NaGa(OH)      答：铁离子和镓离子萃取率相近，避免铁离子被萃取 4 或 4 分析：根据题中表格数据可知，Fe3+ 萃取率与Ga3+ 相近，为避免铁离子被萃取，所以将其还原为亚铁离子。Ga的性质与 Al相似， 学科网（北京）股份有限公司Ga(OH)  − NaGa(OH)      反萃取后水溶液中镓元素以 4 或 4 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． 答：c AD 反萃取时加入硝酸，调节pH使Ce3+从有机相转移到水相，生成Ce(NO) 溶液 3 3 分析：萃取剂X（结合萃取剂选择性，选Cyanex272）将Ce3+萃取到有机相；萃取的操作需要的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒和分液漏斗， 不需要锥形瓶和容量瓶；反萃取时加入硝酸，调节pH使Ce3+从有机相转移到水相，生成Ce(NO) 溶液。 3 3 【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 学科网（北京）股份有限公司分液后得到含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 。 答：将有机溶液注入分液漏斗中，加入较浓的硫酸，振荡后静置，分液 分析：由有机溶液重新得到含VO+的水溶液，使VO+ +HA� VO A+H+平衡逆向移动，则应增大c ( H+) ，故反萃取操作为将 2 2 2 有机溶液注入分液漏斗中，加入较浓的硫酸，振荡后静置，分液。 【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。 (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 答：P0 A 2 4 分析：取和反萃取是为了分离出Sc3+离子，P204萃取剂的萃取率一直很高，因此选用P204，根据图示信息适宜的pH在0.5时已经很 高，因此选用A。 【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 学科网（北京）股份有限公司(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 。 答：富集In元素并除去杂质 pH小， c ( H+) 大，不利于萃取正向进行，萃取率减小，pH过大，In3+ 会转化为 In(OH) 3沉淀，萃取 率减小 【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)。 Cu2++2HA(有机相)� CuA (有机相)+2H+ 答：“萃取”时发生的反应： 2 ，反萃取时加入稀硫酸的目的是使平衡逆移，生成铜离 子 +2价 ①②③④ 分析：“萃取”时发生的反应：Cu2++2HA(有机相)⇌CuA 2 (有机相)+2H+，反萃取时加入稀硫酸的目的是使平衡逆移，生成铜离子；有机 萃取剂M萃取 Cu2+ 后生成N，则N中Cu元素的化合价为+2价，该配合物中，与Cu2+直接相连的氮、氧原子均含有孤电子对，Cu2+有空 轨道，所以提供孤电子对与Cu2+ 形成配位键的原子有①②③④。 【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 学科网（北京）股份有限公司已知：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 答：(6)温度升高促进 BiCl3 6 − 水解，导致溶液中Cl− 浓度增大，使 BiCl 6 3−+nTBP� BiCl 3 ⋅nTBP+3Cl− 平衡逆向移动，萃取效率 下降 (7) a 分析：由已知消息可知， BiCl3 6 - 易水解，故温度升高促进 BiCl3 6 − 水解，导致溶液中 Cl− 浓度增大，使萃取反应 BiCl3−+nTBP� BiCl ⋅nTBP+3Cl− Bi (C O ) ⋅7H O 6 3 的平衡逆向移动，萃取效率下降。“沉淀反萃取”时生成 2 2 4 3 2 晶体，为得 到含Cl− 较少的草酸铋晶体，需要高浓度的 C 2 O 4 2− 先与Bi3+ 生成 Bi 2 (C 2 O 4 ) 3 ⋅7H 2 O 晶体来抑制生成 BiCl 3，则需要将有机相溶液 滴加到草酸溶液中来实现转化。 【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 答：上口倒出 pH高于2.5时，Ge4+水解程度增强， pH低于2.5时，酸性太强，“沉锗”反应平衡逆移，沉锗率下降 分析：“萃取”分液时使用的煤油作萃取剂，煤油密度比水小，故上层为有机相、下层为水相，分液漏斗使用要求是下层液体从下口 放出、上层液体从上口倒出，故“有机相”从分液漏斗的上口倒出；Ge4+易水解溶液显酸性，pH高于2.5时，溶液中c(H+)减小，水解 平衡正移，Ge4+水解程度增大，生成 GeO 沉淀，使 GeR 产率低，pH低于 2.5时，溶液中c(H+)较大，使“沉锗”反应平衡逆移，沉锗 2 2 学科网（北京）股份有限公司率降低。 【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 答：利用硫酸对有机相进行反萃取，再对水相进一步萃取，反复进行多次 分析：由图像可知，Co元素有一部分进入有机相，要提高CoSO 的产量，可对“有机相”进行的操作是利用硫酸对有机相进行反萃 4 取，再对水相进一步萃取，反复进行多次。 【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 答：B端 变小 有机层和水层乳化难以分离 分析：①锌离子是带电离子，可以结合有极性的一端，即萃取剂P2O4进入水相与Zn2+ 结合的是B端； 由于P2O4的磷酸基团释放出 氢离子进入水相，使得水相中氢离子浓度增大，则萃取后，水相中的pH变小； ②加入萃取剂PO 过多，则有机层和水层乳化难以分离，从而导致Zn2+ 的萃取率明显下降，故答案为：有机层和水层乳化难以分离。 2 4 学科网（北京）股份有限公司【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 。 答：(1)3d5 6Fe2++ClO-+6H+=6Fe3++Cl-+3H O (2) 3 2 (3)氨水或氢氧化钠 SO2- (4)硫酸浓度过低，不利于萃取平衡逆向移动获得Ni2+；硫酸浓度过高，H+会与Ni2+竞争萃取剂HX导致NiX 稳定性下降，且 4 可能 2 与Ni2+形成络合物降低Ni2+浓度 2HX+Ni2+ � NiX +2H+ 分析：“萃取”和“反萃取”可表示为 2 。在萃取过程中为了提高萃取率，需促使平衡正向移动，可加入 适量氨水或氢氧化钠。反萃取时，常加入硫酸，使平衡逆向移动，但硫酸的浓度需在一定范围内，其原因是：硫酸浓度过低，不利于 SO2- 萃取平衡逆向移动获得Ni2+；硫酸浓度过高，H+会与Ni2+竞争萃取剂HX导致NiX 稳定性下降，且 4 可能与Ni2+形成络合物降低Ni2+ 2 浓度。 【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 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 学科网（北京）股份有限公司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)。 答：(3)随着硫酸根浓度增大，Ce4+ 与硫酸根结合生成 [CeSO 4 ]2+ ，氢离子浓度增大，萃取平衡逆向移动 2Ce4+ +H O =2Ce2+ +2H+ +O ↑ (4) 2 2 2 有利于加快反应速率，还可以防止双氧水分解 (5)83.3 增大D(调节 pH 或更换萃取剂)、增大有机相体积或者多级萃取（合理即可） 分析：(3)随着硫酸根浓度增大，Ce4+ 与硫酸根结合生成 [CeSO 4 ]2+ ，氢离子浓度增大，萃取平衡逆向移动，导致萃取率降低。（4） 步骤IV 加入 H 2 O 2，将Ce4+ 转化为Ce3+ 进入水层，发生反应的离子方程式为： 2Ce4+ +H 2 O 2 =2Ce3+ +O 2 ↑+2H+ 。过氧化氢受 热易分解，反应时控制温度为40−50℃ 之间既有利于加快反应速率，又可以防止温度过高导致双氧水分解。 （5）根据题给公式整 D?V 10×500 E= 有机 ×100%= ×100%=83.3% 理得萃取率 D?V 有机 +V 水 10×500+1000 。若要提高萃取率，需优化的工艺条件为增大D(调节 pH 或更换萃取剂)、增大有机相体积或者多级萃取。 【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）。 学科网（北京）股份有限公司D ×100% 答：D+2 n (Sc) DV 500D D 有机物 ×100%= 有机物 ×100%= ×100%= ×100% n (Sc) DV +1×V 500D+1000 D+2 分析：萃取率= 总 有机物 水 。 【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： 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 。 4 4 3 若“中和除砷、铁”后的溶液pH=2.0，c ( Cu2+) =0.01001mol⋅L−1，多次萃取后水相中c ( H+) 为0.0300mol⋅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 答：(4) <6.3 99.90 (5)AC AsO3- 10-6mol⋅L-1 c ( AsO3-) =10-6mol⋅L-1 分 析 ： （ 4 ） 欲 使 4 完 全 沉 淀 ， 其 最 大 浓 度 为 ， 若 4 ， 此 时 c ( Fe3+) = K s c p ( ( A Fe s A O s 3- O ) 4 ) = 5× 1 1 0 0 -6 -21 mol⋅L-1=5×10-15mol⋅L-1 c ( OH-) =3 K sp c   F ( F e e (O 3+ H ) ) 3   =3 5 4 × × 1 1 0 0 - - 1 3 5 8 =2×10-8mol⋅L-1 4 ， ， 则 pH=6.3 pH<6.3 pH=2.0 c ( H+) =0.01mol⋅L-1 c ( Cu2+) =0.01001mol⋅L-1 ，所以应控制 ；“中和除砷、铁”后的溶液 ，则 ， ，多 c ( H+) =0.0300mol⋅L-1 c ( H+) 0.0200mol⋅L-1 Cu2++2HR������ R Cu+2H+ 次萃取后水相中 ，则溶液中 增大了 ，根据 2 得除去的 c ( Cu2+) = 1 ×0.0200mol⋅L-1=0.0100mol⋅L-1 0.01mol⋅L-1 ×100%≈99.90% 2 ，则铜的萃取率为 0.01001mol⋅L-1 ； （5）A．分液漏斗使用前，上口塞子和活塞处需检查是否漏液，A正确； B．经几次振荡并放气后，分液漏斗应放置在铁架台上静置分层，B错误； C．萃取是将Cu2+ 转移至有机相，反萃取后Cu2+ 被转移至水相，C正确；故答案选AC； 学科网（北京）股份有限公司【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%)。 答：N 90% 分析：由图可知，相同pH选用萃取剂 N时，锰离子的萃取率远大于亚钴离子的萃取率，而选用萃取剂M时，锰离子的萃取率和亚钴 n(有机相) c(有机相)V(萃取剂) 10 = =18× =9 n(水相) c(水相)V(水相) 20 离子的萃取率都很大，且相差不大，所以萃取时应选择萃取剂N；由题意可知， ， 9 ×100%=90% 则离子的萃取率为9+1 ，故答案为：N；90%。 【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 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。 学科网（北京）股份有限公司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”) %。 答： HSO 82 高 24 2 4 � 分析：①Ge4+(水相)+4HR(有机相) GeR (有机相)+4H+(水相)，原来水相中就含有硫酸，为使萃取剂再生，可使平衡逆向移动，则有 4 机层中加入HSO 可以使萃取剂再生。 2 4 nmol×60% ②设100 mL含锗溶液中Ge的总物质的量为n mol，用20 mL萃取剂第一次萃取时萃取率是60%，有机相中c(Ge)= 0.02L =30n mol/L， nmol×40% 30nmol/L 水相中c(Ge)= 0.1L =4n mol/L，则分配系数k= 4nmol/L =7.5。一次萃取中，设有机相中Ge的浓度为7.5 mol/L，则水相 60×7.5mol/L ×100% 中Ge的浓度为1 mol/L，加入60 mL萃取剂“一次萃取”时萃取率为60×7.5mol/L+100×1mol/L ≈82%。有机相1中Ge 的残留率为1-60%=40%，有机相2中Ge的残留率为40%(1-60%)=16%，故有机相1中Ge的残留率比有机相2中Ge的残留率高40%-16%=24%。 【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 。 答：HCl 4 3H A +M3+ � M+(HA ) +3H+ 分析：根据信息 2 2 2 3 ，上述平衡逆向移动可提高铟的反萃取率，故需引入氢离子，为防止引入杂质， 则 X 的化学式为 HCl 。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+ 的浓度为 0.0115g⋅L−1 ，即 0.0115g⋅L−1 K [ In(OH) ] =10−4mol⋅L−1 c(OH-)= 3 sp 3 =1.0×10−10 115g⋅mol−1 c(In3+) c(H+)=1.0×10−4 pH ， ，则 ，故中和时可调节溶液 的最大值 学科网（北京）股份有限公司为4。 【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 (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 。 答： 91% 加入硫酸， c(H+) 增大，使萃取反应 Co2++2HR � CoR 2 +2H+ 平衡逆向移动， CoR 2转化为Co2+ 进入水相； 分 析 ： 已 知 滤 液 F 的 PH≈1.8 ， 滤 液 F 中 的 c(H+)=10-1.8mol/L≈0.016mol/L ， 则 生 成 的 c(H+) =(0.036-0.016)mol/L=0.020mol/L Co2++2HR � CoR +2H+ 生成 ， 由 萃 取 反 应 2 ， 消 耗 1 0.020mol/L 0.010 c(Co2+)= c(H+) = =0.010mol/L η= ×100%≈91% 2 生成 2 ，萃取率 0.011 ；加入硫酸， c(H+) 增大，使萃取反应 Co2++2HR � CoR 2 +2H+ 平衡逆向移动， CoR 2转化为Co2+ 进入水相。 学科网（北京）股份有限公司