题目内容

【题目】金属钇(Y)具有重要的国防价值,但因过度开采已濒临枯竭。通过硫酸浸泡深海磷灰石矿,可以得到Y3+的浸出液:

1 浸出液成分

Al3+

Fe3+

Ca2+

PO43-

Mg2+

Mn2+

Y3+

浓度/(mgL-1)

7670

9460

550

640

5600

1500

70.2

(1)浸出液可用有机溶剂(HR)进行萃取,实现Y3+的富集(已知:Y3+Fe3+性质相似),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下萃取的结果如图1。

①用化学平衡原理解释,随pH增大,Y3+萃取率增大的原因________

②结合图1解释,工业上萃取Y3+之前,应首先除去Fe3+的原因是________

(2)采用中和沉淀法磷酸法可以除铁。

2 Fe3+、Y3+去除率

终点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NaOHFe3+,去除率如表2所示。

①该实验条件下,Fe3+去除率比Y3+大的可能原因________

磷酸法:将磷酸(H3PO4:三元弱酸)加入到浸出液中,再加入Na2CO3溶液,调pH2.5,过滤除去磷酸铁沉淀(FePO4),滤液中剩余的Fe3+、Y3+浓度如表3。

3 滤液中Fe3+、Y3+的浓度

Fe3+

Y3+

浓度/(mgL-1)

508

68.9

配平磷酸法除铁过程中的离子方程式

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

综合分析表1、表2、表3,工业上采用磷酸法除铁的原因________

(3)磷酸法除铁后,用有机溶剂HR萃取Y3+,可通过________(填操作)收集含Y3+的有机溶液。

(4)综合分析以上材料,下列说法合理的是________

a. 分析1可知,pH0.2~2.0范围内,有机溶剂中的Fe3+多于水溶液中的Fe3+

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

c. 2 pH4.5~5.0范围内,Y3+损失率变大的可能原因:Y3+ + 3OH- = Y(OH)3

d. 有机溶剂萃取Y3+的优点是Ca2+、Mg2+、Mn2+等金属离子萃取率极低

【答案】 Y3+在溶液中存在平衡:Y3++3HRYR3+3H+,pH增大,c(H+) 减小(或c(OH-)增大,平衡右移,Y3+萃取率提高 Fe3+Y3+萃取存在竞争性,Fe3+Y3+萃取干扰较大 KSP[Fe(OH) 3]小于KSP[Y(OH) 3]Fe(OH) 3的溶解度小于Y(OH) 3c(Fe 3+)远大于c(Y3+ 2Fe 3++2 H3PO4+ 3CO32-= 2FePO4↓+ 3CO 2↑+3H2O 磷酸法除铁率较高同时Y3+损失率较小 分液 bcd

【解析】考查化学反应原理的综合运用,(1)①Y3+的溶液中存在:Y3++3HRYR3+3H+,pH增大,c(H)减小,根据勒夏特列原理,平衡向正反应方向移动,Y3+的转化率增大,即Y3+萃取率提高;②根据Fe3+ + 3HR FeR3 + 3H+,Y3+ + 3HR YR3 + 3H+ ,Fe3+Y3+萃取存在竞争性,Fe3+Y3+萃取干扰较大,因此萃取Y3之前,应除去Fe3,防止对Y3萃取产生干扰;(2)①表2采用的是中和沉淀法,通过条件pH,Fe3去除率高,其原因可能是KSO[Fe(OH)3]<Ksp[Y(OH)3],或者Fe(OH)3的溶解度远远小于Y(OH)3溶解度;②根据原理,加入的物质Fe3、H3PO4、Na2CO3,生成了FePO4CO2没有化合价的变化,因此离子反应是Fe3+H3PO4+CO32→FePO4↓+CO2↑,H3PO4H转化成H2O,Fe3+H3PO4+CO32→FePO4↓+CO2↑+H2O,根据电荷守恒和原子守恒进行配平,即2Fe 3++2 H3PO4+ 3CO32= 2FePO4↓+ 3CO 2↑+3H2O;③根据表1、2、3中的数据,得出磷酸法除铁率较高同时Y3+损失率较小;(3)有机溶剂为萃取剂,不溶于水,因此采用分液方法进行分离;(4)a、根据Fe3+ + 3HR FeR3 + 3H+,pH越大,Fe3萃取率提高,但有机溶剂中不含有Fe3而是FeR3,pH0.2~2.0范围内,有机溶剂中的Fe3小于水溶液中的Fe3 ,故a错误;b、2 Y3损失率在20%左右的原因可能是生成的Fe(OH)3Y3的吸附,氢氧化铁表面积大,能够吸附微粒,故b正确;c、2 pH4.5~5.0范围内,Y3+损失率变大的可能原因:Y3+ + 3OH- = Y(OH)3↓,故c正确;d、有机溶剂萃取Y3+的优点是Ca2+、Mg2+、Mn2+等金属离子萃取率极低,故d正确。

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