聯招化學·工藝流程：萃取、分液與反萃取

題目性質：自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題，非真題原文，未取自任何題庫、教輔或試卷；解析與採分點為教研整理，非官方評分標準。

一、考點定位與做題順序

兩條起步式：分配平衡 K = c(有機相)/c(水相)（一定溫度、一定體系下近似為常數，本題為自編示意值）；物料守恆 n(水相) + n(有機相) = n(初始)。把 c(有機) = K·c(水) 代進守恆式，一次萃取的所有量就能一次解出。

分液操作四步：檢漏 → 振盪（及時放氣） → 靜置分層 → 分液（下層從下口放出，上層從上口倒出）。反萃取則是用適當試劑把溶質從有機相轉回水相，便於回收或富集；它與「洗滌」的區別在於目標是把目標物轉走而非只除雜。下面分配比、濃度與體積均為自編示意數值，並逐處回代，不代表真實體系參數。

二、題目呈現

題目

用 CCl₄ 萃取碘水中的 I₂。自編示意條件：水相體積 V_w = 100 mL，I₂ 初始濃度 c₀ = 0.0100 mol/L；該體系在本題設定下的分配比 K = c(有機相)/c(水相) = 8.0（無量綱，自編示意值）。CCl₄ 密度大於水，靜置後在下層。忽略體積變化、I₂ 在水相中的其他形態與乳化損失。
(1) 用 V_o = 25.0 mL CCl₄ 一次萃取，求平衡後水相、有機相中 I₂ 的物質的量與萃取率，並回代驗算；
(2) 把同樣的 25.0 mL CCl₄ 分兩次（每次 12.5 mL）萃取，求兩次後水相剩餘量與總萃取率，與 (1) 比較並說明原因；
(3) 寫出分液漏斗的操作要點；說明為何下層液體從下口放出、上層從上口倒出。

補充問

(4) 若要把 CCl₄ 相中的 I₂ 轉回水相（反萃取），可選用冷稀 NaOH 溶液。寫出反應的離子方程式，說明反萃取與「洗滌」在目的上的區別，並指出操作上仍需注意什麼。

三、分步解析

(1) 一次萃取　初始 n₀ = c₀V_w = 0.0100 mol/L × 0.100 L = 1.00×10⁻³ mol。
設平衡時水相濃度 c_w，則 c_o = K c_w = 8.0 c_w。物料守恆：
c_wV_w + c_oV_o = n₀ ⇒ c_w(0.100 + 8.0 × 0.0250) = 1.00×10⁻³ ⇒ c_w × 0.300 = 1.00×10⁻³。
故 c_w = 3.33×10⁻³ mol/L，n_w = 3.33×10⁻³ × 0.100 = 3.33×10⁻⁴ mol。
n_o = n₀ − n_w = 1.00×10⁻³ − 3.33×10⁻⁴ = 6.67×10⁻⁴ mol。
萃取率 = 6.67×10⁻⁴ / 1.00×10⁻³ = 66.7%。
回代驗算（三條）：① 物料守恆 3.33×10⁻⁴ + 6.67×10⁻⁴ = 1.00×10⁻³ ✓；② c_o = n_o/V_o = 6.67×10⁻⁴/0.0250 = 2.67×10⁻² mol/L，c_o/c_w = 2.67×10⁻²/3.33×10⁻³ = 8.0 = K ✓；③ 用通式 n_w/n₀ = V_w/(V_w + K V_o) = 0.100/0.300 = 1/3 ⇒ 萃取率 2/3 ≈ 66.7% ✓，與逐項計算一致。
採分點：n₀ 1 分、寫守恆式 2 分、解 c_w 1 分、兩個物質的量各 1 分、萃取率 1 分、三條驗算各 1 分。

(2) 分兩次萃取　每次 V_o′ = 12.5 mL = 0.0125 L，單次殘留比例 = V_w/(V_w + K V_o′) = 0.100/(0.100 + 8.0×0.0125) = 0.100/0.200 = 1/2。
第一次後 n_w1 = 1.00×10⁻³ × 1/2 = 5.00×10⁻⁴ mol；
第二次後 n_w2 = 5.00×10⁻⁴ × 1/2 = 2.50×10⁻⁴ mol。
總萃取率 = (1.00×10⁻³ − 2.50×10⁻⁴)/1.00×10⁻³ = 75.0%。
與 (1) 比較：75.0% > 66.7%，等量萃取劑分兩次多萃出 8.3 個百分點。原因：每次萃取後把已富集 I₂ 的有機相移走，再用新鮮 CCl₄ 與剩餘水相重新建立分配平衡，殘留比例按連乘衰減（(1/2)² = 1/4）；一次萃取只平衡一次，殘留 1/3。
回代驗算：第二次 c_w2 = 2.50×10⁻⁴/0.100 = 2.50×10⁻³ mol/L；第二次有機相 n_o2 = 5.00×10⁻⁴ − 2.50×10⁻⁴ = 2.50×10⁻⁴ mol ⇒ c_o2 = 2.50×10⁻⁴/0.0125 = 2.00×10⁻² mol/L，c_o2/c_w2 = 2.00×10⁻²/2.50×10⁻³ = 8.0 = K ✓；第一次同樣可驗 c_o1/c_w1 = (5.00×10⁻⁴/0.0125)/(5.00×10⁻³) = 4.00×10⁻²/5.00×10⁻³ = 8.0 ✓。兩次均滿足分配比，數據自洽。
採分點：單次殘留比例 2 分、兩次殘留量各 1 分、總萃取率 1 分、比較與連乘機制 2 分、兩次 K 回代各 1 分。

(3) 分液操作　四步：① 檢漏——使用前檢查分液漏斗上口塞與下口活塞是否漏液；② 裝液與振盪——加入碘水與 CCl₄，塞緊，倒置振盪，振盪過程中及時旋開活塞放氣（易揮發溶劑會產生蒸氣壓）；③ 靜置分層——放回鐵圈靜置，待兩液相界面清晰；④ 分液——先取下上口塞（或使塞上凹槽對準通氣孔），打開活塞讓下層 CCl₄ 相（溶有 I₂，呈紫紅色）從下口流入燒杯，接近界面時關活塞；上層水相改從上口倒出。
為什麼下層走下口、上層走上口：① 若讓上層水相也從下口放出，它必須先穿過下口活塞與漏斗頸內殘留的下層有機相，會造成交叉汙染；② 下口放至界面即停，能把兩相切得乾淨；上層從上口倒出可完全避開活塞通道。
補充：CCl₄ 密度大於水故在下層；若換成密度小於水的萃取劑（如苯、乙酸乙酯類），上層/下層的歸屬要重新判斷，不能死記。
採分點：四步各 1 分、放氣 1 分、上下層留棄理由 2 分、密度判斷 1 分。

(4) 反萃取　冷稀鹼條件下的離子方程式：I₂ + 2OH⁻ = I⁻ + IO⁻ + H₂O。（配平核對：I 2↔2，O 2↔1+1=2，H 2↔2，電荷左 −2、右 −1−1 = −2 ✓。若為熱的濃鹼則生成 IO₃⁻：3I₂ + 6OH⁻ = 5I⁻ + IO₃⁻ + 3H₂O，本題按冷稀條件取前式。）
原理：I₂ 與 OH⁻ 反應生成易溶於水、難溶於 CCl₄ 的離子，使有機相中 I₂ 濃度不斷下降，分配平衡持續向水相移動，從而把 I₂ 轉回水相並富集。
與洗滌的目的區別：洗滌是除掉雜質、目標物仍留在原來的相里；反萃取是把目標物本身轉移到另一相，目的在回收與富集。兩者都要振盪、放氣、靜置、分液，但判據不同：洗滌看「雜質走沒走」，反萃取看「目標物轉沒轉」。
操作注意：仍須放氣、靜置充分分層；鹼液與有機相界面可能乳化，可輕搖、延長靜置或加少量電解質破乳；分液時按密度重新判斷上下層（稀 NaOH 水溶液密度通常小於 CCl₄，故水相仍在上層、有機相在下層），別把留棄對象弄反。
採分點：離子方程式 2 分、配平核對 1 分、原理 2 分、目的區別 2 分、操作注意 1 分。

四、採分點對照

五、高頻易錯點

• 把分配比 K = c有/c水 寫反，導致守恆式中 8.0 乘錯相，結果完全顛倒。
• 物料守恆漏掉某一相的體積，寫成 c_w + c_o = c₀（濃度不能直接相加）。
• 分兩次萃取時把第二次的初始量仍用 n₀，殘留比例沒有連乘。
• 分液時讓上層也從下口放出，造成交叉汙染；或忘記密度決定上下層。
• 反萃取寫成 I₂ 與 NaOH 生成 NaI + NaIO 的分子式卻不配平，或把它當成「洗滌」——目標是轉移目標物而非除雜。

六、小結與自查清單

• □ 先寫清 K 的分子分母是哪一相，再寫物料守恆（物質的量，不是濃度相加）。
• □ 一次萃取用通式 n_w/n₀ = V_w/(V_w + K V_o)，多次則把殘留比例連乘。
• □ 算出兩相的量後，用 K 回代一次、用物料守恆回代一次。
• □ 分液四步寫全振盪放氣，並按密度判斷上下層與留棄對象。
• □ 反萃取寫明「目標物轉相」，與洗滌的「除雜留目標」區分開。

萃取題的骨架是「分配比 + 物料守恆」兩條式子：一次萃取殘留 V_w/(V_w + K V_o) = 1/3，分兩次就變成 (1/2)² = 1/4，等量溶劑多萃出 8.3 個百分點，道理和洗滌的「少量多次」是同一個連乘。再把 K 與守恆各回代一次，答案就自證了；反萃取則是用反應把目標物從有機相拉回水相，和洗滌只除雜完全不是一回事。本題分配比、濃度、體積與萃取率均為自編示意數值，不代表真實體系參數或工業工藝。