例談“反萃取”原理在考題中的應用

反萃取（stripping或back-extraction）是萃取的逆過程，是一種重要的分離技術，具有操作簡單、效率高、易于回收萃取劑等優點.隨著科學技術的進步，反萃取技術在實際生產中具有廣泛的應用.反萃取在命題中出現，可以很好地考查學生的逆向思維和遷移能力.

1 概念與原理

1）概念：反萃取是指將被萃取到有機相中的物質轉移到水相中的操作，是用反萃取劑使被萃取物從負載有機相返回水相的過程.

2）原理：利用反萃取劑與被萃取物之間的化學反應或物理溶解作用，使被萃取物從有機相轉移到水相，

2 反萃取方法

1）單級反萃取：將有機相與反萃取劑按一定比例混合，充分攪拌后靜置分層，取下水相即可.

2）多級反萃取：將有機相與反萃取劑分批多次接 觸，以提高反萃取效率.

3）連續反萃取：將有機相連續不斷地與反萃取劑接觸，以達到完全反萃取的目的.

3 應用與實例

反萃取在化工、冶金、醫藥等行業都有廣泛的應用.例如，從石油中回收芳烴：利用堿性反萃取劑反萃取石油中的芳烴；從礦石中提取金屬：利用酸性反萃取劑反萃取礦石中的金屬離子；從抗生素中提取活性成分：利用中性萃取劑反萃取抗生素中的活性成分.

4注意事項

1）選擇反萃取劑：應根據被萃取物的性質選擇合適的反萃取劑.控制條件：反萃取操作的條件應根據被萃取物和反萃取劑的性質來確定，主要包括溫度、pH、攪拌速度等.

2）處理反萃取液：經過反萃取所得的反萃取液需要進一步處理，才能得到被分離物的成品.

3）效果：反萃取效果的好壞通常通過分配系數（K_D） 來衡量 K_D 是衡量化學物質在兩種溶劑之間分配的比率，它通常用于描述化學物質在水相和有機相之間的分配情況， K_D 值越大，表示被萃取物越容易從有機相轉移到水相.具體而言， K_D 定義為某物質在溶劑A中的濃度與其在溶劑B中濃度的比值.例如，如果將一種溶質加入水和互不相溶的有機物的混合物中， K_D 值就表示該溶質在水中的濃度與其在有機物中的濃度之比 .K_D 越大，說明該物質越傾向于溶解在溶劑A中，反之則傾向于溶解在溶劑B中.

5 考題分析

例1 （2022 年江蘇卷，節選）實驗室以二氧化鈰（ CeO₂ ）廢渣為原料制備 Cl^- 含量少的 Ce₂（CO₃）₃ ，其部分實驗過程如圖1所示.

（3）通過中和、萃取、反萃取、沉淀等過程，可制備Cl^- 含量少的 Ce₂（CO₃）₃ .已知 Ce³⁺ 能被有機萃取劑（簡稱HA）萃取，其萃取原理可表示為

Ce³⁺ （水層） +3HA （有機層） $$ Ce（A）₃ （有機層） +3H⁺ （水層）.

① 加氨水“中和”去除過量鹽酸，使溶液接近中性.去除過量鹽酸的目的是

② 反萃取的目的是將有機層 Ce³⁺ 轉移到水層.使 Ce³⁺ 盡可能多地發生上述轉移，應選擇的實驗條件或采取的實驗操作有 （填兩項）.

③ 與“反萃取”得到的水溶液比較，過濾Ce₂（CO₃）₃ 溶液的濾液中，物質的量減小的離子有（填化學式）

分析圖1可知，“萃取\"步加入萃取劑HA的目的是將水相中的 Ce³⁺ 萃取進入有機相，與其他離子進行分離.“反萃取”步加入稀硝酸，實現Ce³⁺ 再次進入水相.依據題干反萃取的目的，利用化學平衡移動原理，改變外界條件使萃取反應平衡逆向移動，從而實現反萃取.增大 H⁺ 濃度或進行多次萃取，均可以將有機層 Ce³⁺ 盡可能多地轉移到水層.所以應選擇的實驗條件是酸性條件，為了使 Ce³⁺ 盡可能多地發生上述轉移，可以采取多次萃取.答案： ① 降低溶液中 H⁺ 的濃度，有利于提高 Ce³⁺ 的萃取率； ② 適當增大硝酸的濃度、充分振蕩分液漏斗、用適量萃取劑分多次反萃取； ③Ce³⁺?H⁺ ·

例2 （2024年湖北卷，節選）鈹用于宇航器件的構筑.一種從其鋁硅酸鹽 [Be₃Al₂（SiO₃）₆] 中提取鈹的路徑如圖2所示.已知： （ HA）₂+ 2H⁺ .寫出反萃取生成 Na₂[Be（OH）₄] 的化學方程式

根據已給萃取反應方程式： Be²⁺+4HA BeA₂（HA）₂+2H⁺ ，結合圖2，反萃取時加人 ΔNaOH 溶液會使上述萃取反應逆向進行，從而使Be²⁺ 由有機相進入水相.Be在元素周期表中與A1為“對角線”關系，它們的性質相似，所以加入過量的NaOH溶液發生的反應為 BeA₂（HA）₂+6NaOH= （204號

例3 明朝宋應星所著的《天工開物》中記載了世界上最早的煉鋅技術：“罐中爐甘石熔化成團，冷定毀罐取出.每十耗去其二，即倭鉛（金屬鋅）也.\"這里爐甘石即菱鋅礦（含 85% （2 ZnCO₃ ，其余為 SiO₂ 、 Fe₃O₄ 、CuO，CaO 和 MgO 雜質）.硒化鋅是一種半導體材料，以菱鋅礦為原料制備硒化鋅的流程如圖3所示.

已知部分信息如下： ① 常溫下，幾種離子形成氫氧化物的 pH 如表1所示.

表1

② 鋅的性質和鋁、銅相似，如 Z_n（OH）₂ 是兩性氫氧化物， Z_n（OH）₂ 溶于氨水形成 [Zn（NH₃）₄]²⁺ ：

“反萃取”中稀硫酸的主要作用是在流程中，菱鎂礦中的主要成分 ZnCO₃ 在‘解析“酸溶”時以 Zn＋的形式進人溶液，加人P204萃取劑實現 Zn²⁺ 與 Mg²⁺ 的分離，加入稀硫酸進行反萃取，從而實現 Zn²⁺ 的提純.P204從高濃度含Zn²⁺ 的溶液中萃取 Zn²⁺ 的機理主要是通過聯合萃取和離子交換兩種方式實現的.在聯合萃取中，P204與Zn²⁺ 形成有機配合物，同時P204分子中羥基中的氫以 H⁺ 的形式進入水相，從而實現離子交換.所以在“反萃取\"中，稀硫酸是增大 H⁺ 濃度的，使萃取反應逆向進行， Zn²⁺ 從有機層再次進人水層，則稀硫酸的主要作用是：促進有機層和水層分離（或促進 Zn²⁺ 進人水層）.

例4錸（Re）廣泛應用于噴氣式發動機和火箭發動機，是重要的戰略貴金屬，可以通過還原劑在高溫條件下還原其氧化物制取.

實驗室以富錸渣（主要成分 ReS₂ ）為原料制備高純高酸銨 （NH₄ReO₄ ），其部分實驗過程如圖4所示.萃取原理可表示為

2R₃N+H⁺+ReO₄^-（R₃N）₂?HReO₄.

通過萃取與反萃取可實現Re元素的富集.

（1）萃取劑應具有的性質 （填序號）.

A.密度大于水

B. ReO₄^- 在萃取劑中的溶解度大于水中的

C.不溶于水

（2）在反萃取時，加人氨水、水的目的是分析流程可知，“酸浸”是在酸性條件下，析 HO2將富錸渣中的主要成分 ReS氧化為ReO₄^- ，實現了核心元素的轉化，同時為后續的“萃取”提供選擇性的離子.“反萃取\"步加入氨水、水，都有利于萃取反應平衡逆向移動，從而實現反萃取.（1）作為萃取劑應滿足以下條件：與原溶劑互不反應、互不相溶；與溶質互不反應；溶質在所選萃取劑中的溶解度要大.通過萃取與反萃取可知， ReO₄^- 在萃取劑中的溶解度大于在水中的，萃取劑不能溶于水，所以選項B、C符合題意.（2）在反萃取時，加人氨水、水的目的是將 （R₃N）₂?HReO₄ 轉化為 NH₄ReO₄ ，使Re元素從有機相中轉移至水中，生成 NH₄ReO₄ 溶液.

例5利用鋅灰（主要成分為 Z_nO ，含有CdO、PbO、 SiO₂ 、FeO、 Fe₂O₃ 等雜質）制備高純 Z_nO 的工藝流程如圖5所示.溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的 pH 如表2所示（溶液中粒子濃度小于 10^-5 （204號mol?L^-1 時，可以認為該離子已沉淀完全）.

表2

萃取過程中用到的玻璃儀器主要是 .有機物（HR）萃取 Zn²⁺ 產物表示為 ZnR₂ ，反萃取的反應原理為 ZnR₂+2H⁺Zn²⁺+2HR ，向有機相中加入鹽酸能進行反萃取的原因是 （用化學平衡移動原理解釋）.

分析流程圖可知，“酸浸”是將鋅灰中的主要成分 Z_nO 溶解為 Zn²⁺ 而進人溶液，同時除去雜質元素Si和Pb.“氧化”“除鐵\"要依據表2信息調節溶液的 pH 為 3.1～5.5 ，從而除去雜質元素鐵.“萃取”“反萃取”實現了 Zn²⁺ 和 Cd²⁺ 的分離.萃取實驗用到的主要玻璃儀器是分液漏斗和燒杯.根據題干信息反萃取的原理為 ZnR₂+2H⁺Zn²⁺+2HR ，依據平衡移動原理可知，增大 H⁺ 濃度可以使平衡正向移動，從而使 Zn²⁺ 脫離有機相，更多地進入水相，實現反萃取. （完）