Question

【題目】金屬釔(Y)具有重要的國防價(jià)值，但因過度開采已瀕臨枯竭。通過硫酸浸泡深海磷灰石礦，可以得到Y3+的浸出液：

表1 浸出液成分

	Al3+	Fe3+	Ca2+	PO43-	Mg2+	Mn2+	Y3+
濃度/(mgL-1)	7670	9460	550	640	5600	1500	70.2

（1）浸出液可用有機(jī)溶劑（HR）進(jìn)行萃取，實(shí)現(xiàn)Y3+的富集（已知：Y3+與Fe3+性質(zhì)相似），原理如下：Fe3+ + 3HR FeR3 + 3H+ Y3+ + 3HR YR3 + 3H+ （已知：FeR3、YR3均易溶于HR）

浸出液在不同pH下萃取的結(jié)果如圖1。

①用化學(xué)平衡原理解釋，隨pH增大，Y3+萃取率增大的原因________。

②結(jié)合圖1解釋，工業(yè)上萃取Y3+之前，應(yīng)首先除去Fe3+的原因是________。

（2）采用“中和沉淀法”和“磷酸法”可以除鐵。

表2 Fe3+、Y3+去除率

終點(diǎn)pH	去除率/%
	Fe3+	Y3+
3.0	87.84	19.86
3.5	92.33	23.63
4.5	99.99	44.52
5.0	99.99	89.04

中和沉淀法：向浸出液中加入NaOH除Fe3+，去除率如表2所示。

①該實(shí)驗(yàn)條件下，Fe3+去除率比Y3+大的可能原因________。

磷酸法：將磷酸（H3PO4：三元弱酸）加入到浸出液中，再加入Na2CO3溶液，調(diào)pH為2.5，過濾除去磷酸鐵沉淀（FePO4），濾液中剩余的Fe3+、Y3+濃度如表3。

表3 濾液中Fe3+、Y3+的濃度

	Fe3+	Y3+
濃度/(mgL-1)	508	68.9

② 配平“磷酸法”除鐵過程中的離子方程式

Fe3+ + + = FePO4↓+ CO2↑+ ，___________________

③ 綜合分析表1、表2、表3，工業(yè)上采用“磷酸法”除鐵的原因________。

（3）經(jīng)“磷酸法”除鐵后，用有機(jī)溶劑HR萃取Y3+，可通過________（填操作）收集含Y3+的有機(jī)溶液。

（4）綜合分析以上材料，下列說法合理的是________。

a. 分析圖1可知，pH在0.2～2.0范圍內(nèi)，有機(jī)溶劑中的Fe3+多于水溶液中的Fe3+

b. 表2中 Y3+損失率在20%左右的原因可能是生成的Fe(OH)3對Y3+的吸附

c. 表2中 pH在4.5～5.0范圍內(nèi)，Y3+損失率變大的可能原因：Y3+ + 3OH- = Y（OH）3↓

d. 有機(jī)溶劑萃取Y3+的優(yōu)點(diǎn)是Ca2+、Mg2+、Mn2+等金屬離子萃取率極低

Answer 1

【答案】 Y3+在溶液中存在平衡：Y3++3HRYR3+3H+，pH增大，c(H+) 減小（或c(OH-)增大），平衡右移，Y3+萃取率提高 Fe3+和Y3+萃取存在競爭性，Fe3+對Y3+萃取干擾較大 KSP[Fe(OH) 3]小于KSP[Y(OH) 3]或Fe(OH) 3的溶解度小于Y(OH) 3或c（Fe 3+）遠(yuǎn)大于c（Y3+） 2Fe 3++2 H3PO4+ 3CO32-= 2FePO4↓+ 3CO 2↑+3H2O 磷酸法除鐵率較高同時(shí)Y3+損失率較小 分液 bcd

【解析】考查化學(xué)反應(yīng)原理的綜合運(yùn)用，（1）①Y3＋的溶液中存在：Y3++3HRYR3+3H+，pH增大，c(H＋)減小，根據(jù)勒夏特列原理，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，Y3＋的轉(zhuǎn)化率增大，即Y3＋萃取率提高；②根據(jù)Fe3+ + 3HR FeR3 + 3H+，Y3+ + 3HR YR3 + 3H+ ，F(xiàn)e3+和Y3+萃取存在競爭性，Fe3+對Y3+萃取干擾較大，因此萃取Y3＋之前，應(yīng)除去Fe3＋，防止對Y3＋萃取產(chǎn)生干擾；（2）①表2采用的是中和沉淀法，通過條件pH，F(xiàn)e3＋去除率高，其原因可能是KSO[Fe(OH)3]<Ksp[Y(OH)3]，或者Fe(OH)3的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Y(OH)3溶解度；②根據(jù)原理，加入的物質(zhì)Fe3＋、H3PO4、Na2CO3，生成了FePO4和CO2，沒有化合價(jià)的變化，因此離子反應(yīng)是Fe3＋＋H3PO4＋CO32－→FePO4↓＋CO2↑，H3PO4中H轉(zhuǎn)化成H2O，F(xiàn)e3＋＋H3PO4＋CO32－→FePO4↓＋CO2↑＋H2O，根據(jù)電荷守恒和原子守恒進(jìn)行配平，即2Fe 3++2 H3PO4＋ 3CO32－= 2FePO4↓+ 3CO 2↑+3H2O；③根據(jù)表1、2、3中的數(shù)據(jù)，得出磷酸法除鐵率較高同時(shí)Y3+損失率較�。�（3）有機(jī)溶劑為萃取劑，不溶于水，因此采用分液方法進(jìn)行分離；（4）a、根據(jù)Fe3+ + 3HR FeR3 + 3H+，pH越大，Fe3＋萃取率提高，但有機(jī)溶劑中不含有Fe3＋而是FeR3，pH在0.2～2.0范圍內(nèi)，有機(jī)溶劑中的Fe3＋小于水溶液中的Fe3＋ ，故a錯(cuò)誤；b、表2中 Y3＋損失率在20%左右的原因可能是生成的Fe(OH)3對Y3＋的吸附，氫氧化鐵表面積大，能夠吸附微粒，故b正確；c、表2中 pH在4.5～5.0范圍內(nèi)，Y3+損失率變大的可能原因：Y3+ + 3OH- = Y（OH）3↓，故c正確；d、有機(jī)溶劑萃取Y3+的優(yōu)點(diǎn)是Ca2+、Mg2+、Mn2+等金屬離子萃取率極低，故d正確。