1、廢干電池的綜合利用1、 實驗目的1.了解廢干電池中有效成分的回收利用方法，減少廢電池的污染；2、學習實驗方案設計，鍛煉分析問題與解決問題的能力； 3、熟悉無機物的實驗室制備、提純、分析等方法與技能； 4、分析廢干電池黑色粉體中二氧化錳、氯化鋅、氯化銨、二氯化錳、碳粉的含量和分析鋅片純度； 5、利用黑色粉體制備二氧化錳、氯化銨，用廢鋅片制備七水硫酸鋅; 6、分析氯化銨、二氧化錳、七水硫酸鋅的產率和純度；二、實驗意義 環境保護是當今國際上最關心的重大課題之一。關注廢舊電池的回收再利用,創建無污染、無公害的綠色環境已迫在眉睫,刻不容緩。目前,干電池用完后一般都當作垃圾扔掉,使得酸、堿等電解質溶液及重

2、金屬對環境造成了嚴重的污染。國內年消費量近80 億只鋅錳干電池,這些存在于生活垃圾中的電池經填埋及焚燒時,造成水、土壤、空氣等嚴重污染,危害了人們的身體健康。因此，,保護環境，節約能源,變廢為寶是我們人類的原則.三、廢干電池回收與利用實驗驗收指標 1.回收的二氧化錳產率與質量； 2.鋅片（洗凈，干重）中鋅含量； 3.制得的氯化銨、七水硫酸鋅產品中氯化銨、七水硫酸鋅的含量； 4.廢干電池黑色粉體（干重）中氯化鋅、氯化銨、二氯化錳的含量； 5.制得的氯化銨、七水硫酸鋅產品的質量； 6.分析氯化銨、二氧化錳、七水硫酸鋅的產率和純度。四、實驗原理鋅錳干電池是由錳粉、炭棒、氯化鋅、鋅皮、銅帽、

3、氯化銨、汞、鐵皮、蠟、塑料、包裝紙等組成，其中鋅、錳粉占有較大比例。干電池經使用后其中的某些成分會發生變化，例如每一個1號廢干電池的主要組成物如表1.表1.單個廢干電池的主要組成品名總重炭棒鋅皮錳粉銅帽其它重量（克)70.05.27.025.00.532.0鋅錳干電池中的錳粉一般由MnO2 、石墨、乙炔黑、NH4Cl、氯化鋅和汞等組成，其中二氧化錳含量為81%87%，鋅錳干電池中的可再生利用的資源主要有鋅、錳粉、銅、炭棒及汞。日常生活中用的干電池為鋅錳電池。其負極為電池殼體的鋅電極，正極是被二氧化錳（為增強導電性，填充有炭粉）包圍的石墨電極，電解質是氯化鋅及氯化銨的糊狀物。在使用過程中，鋅皮消

4、耗最多，二氧化錳只起氧化作用，放電后僅有部分（大約1/3）的MnO2轉化為Mn2O3，小部分被還原為MnO。糊狀氯化銨作為電解質不會消耗，炭粉是填料。為了防止鋅皮因快速消耗而滲漏電解質，通常在鋅皮中摻入汞，形成汞齊.電池里黑色物質為二氧化錳，炭粉，氯化銨，氯化鋅，氯化錳的混合物，使其混合物溶于水，濾液為NH4Cl,ZnCl2,MnCl2,混合物，濾渣為二氧化猛、炭粉及其它少數有機物，加熱可除去炭粉和其他少數有機物，加酸溶解可分離出炭粉。其結構如圖1所示。其電池反應為： Zn +2NH4Cl +2MnO2 = Zn(NH3)Cl2 +2MnOOH  (1)

5、 鋅分析鋅皮可以與H2SO4反應： Zn+H2SO4= ZnSO4+H2 將溶液用NaOH調節PH=8使Zn2+完全沉淀，以達沉淀最大量，再加入稀硫酸，控制PH=4，此時Zn(OH)2溶解,最后將濾液酸化，蒸發濃縮，結晶， 即得ZnSO4·7H2O。 ZnSO4+2NaOH=Zn(OH)2+Na2SO4 ZnSO4+7H2O=ZnSO47H2O（2）氯化鋅、氯化銨、二氯化錳的含量在混合體系中加入Na2S,沉淀其中的鋅和錳以及其他雜質。分離沉淀和溶液后分別進行錳鋅和氯化銨的含量測定。 沉淀酸溶解，用碳酸鈉沉淀錳，分別獲得錳、鋅待測物。以酸性鉻藍K為指示劑，用EDTA進行Mn2+ 滴定。

6、以二甲酚橙作指示劑，用EDTA進行鋅的滴定。 NH4Cl含量可以由酸堿滴定法測定，NH4Cl先與甲醛作用生成六亞甲基四胺和鹽酸，后者可以用NaOH標準溶液滴定，有關反應如下： 4NH4Cl+6HCHO=（CH2）6N4+4HCl+6H2O（3） 二氧化錳的純度 應用草酸鹽容量法滴定四價錳的含量。草酸鹽容量法是基于在硫酸介質中，用過量的草酸鹽將四價的猛還原成二價后在用高錳酸鉀溶液滴定過量的草酸鹽，從而計算二氧化錳的純度。 主要反應式如下： Na2C2O4+2H2SO4+MnO2 = MnSO4+Na2SO4+2 CO2 +2H2O 5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4 = 2MnSO4+K

7、SO4 + 10 CO2 +8H2O 酸度和光照對本方法影響較大。4、 實驗藥品和儀器設備 ： （1）.藥品：1個廢電池，蒸餾水，去離子水，0.5mol/L Na2S溶液，甲醛（PH=7），酚酞，0.0500mol/L NaOH，1.8mol/L鹽酸，NaCO3溶液，0.05 00mol/L EDTA，鉻黑T，酸性鉻藍K，2mol/L硫酸溶液，草酸溶液， 0.05mol/L的4 KMnO ,2mol/L 氨水，2mol/L雙氧水，三乙醇胺，0.1mol/LNaF，硫代硫酸鈉，凡士林，氯化銨，0.05mol/L高錳酸鉀，NaF，氯化鋇 (2).儀器：小刀，螺絲釘，鉗子（或鋼鋸片），PH計，分液漏

8、斗，抽濾瓶，電子天平和分析天平，滴定管（酸式和堿式），5ml和20ml移液管，250ml錐形瓶（3個），鐵架臺，150ml和250ml容量瓶，洗液瓶，玻璃棒，酒精燈，三角架，泥三角，蒸發皿，坩堝鉗，電磁爐，洗瓶，100ml，200ml燒杯（各兩個），雙孔橡皮塞，集氣瓶，5、 實驗步驟 1.材料準備取廢干電池一個，剝去外層包裝紙，用螺絲釘撬去頂蓋，用小刀挖去蓋下面的瀝青層，即可用鉗子（或鋼鋸片）把廢干電池外殼剝開，即可取出里面的黑色的物質于燒杯中稱重待用，它為二氧化錳、炭粉、氯化銨、氯化鋅等的混合物。電池的鋅殼可用以制備ZnSO4·7H2O。 準確稱取20.00克黑色混合物于150ml

9、燒杯。用100ml蒸餾水溶解，攪拌，待固體全部溶解。加熱溶解，抽濾，濾液用以提取氯化錳、氯化銨和氯化鋅，濾渣洗滌兩次、蒸干并稱重，留用，以測定炭粉和二氧化錳的含量。 2、 炭粉、二氧化錳、氯化銨、二氯化錳和氯化鋅的含量測定 （1）炭粉含量的測定：取10g上步所得的濾渣溶于2mol/L鹽酸中并加熱，反應完畢后抽濾，濾液留用，以制備二氧化錳，所得的不溶物即為炭粉，干燥，稱重。 （2）二氧化錳含量的測定:取4g濾渣放入蒸發皿中加熱翻炒，直到粉末由暗紫色變為灰棕色（或不再冒火星）為止，是含有少量的炭粉及石墨粉被燒掉，得到二氧化錳，稱重m(MnO2)（含少量三氧化錳）。 （3）濾液中加入Na2S，直至溶

10、液中不再有沉淀生成。抽濾，得濾液和濾渣,濾渣洗滌兩次、蒸干并稱重m5。 a.氯化銨含量的測定及制備：將慮液置于250ml燒杯中，向濾液中加入Na2S，直至溶液中不再有沉淀生成。抽濾，除去沉淀，取溶液加熱蒸發，濃縮至表面有晶膜為止，冷卻、結晶、抽濾、稱重，計算氯化銨的產率。 b.二氯化錳含量的測定：將上步所得的濾渣取3.0g于100ml燒杯中向慮渣中加入1.8000mol/L鹽酸使沉淀充分溶解，加入Na2CO3溶液至溶液中不再有沉淀生成，抽濾， 去沉淀，（留溶液測定氯化鋅含量）。再用鹽酸溶解沉淀，用150ml容量瓶定容，取20.00ml，用0.1000mol/L EDTA，以酸性鉻藍K為指示劑，

11、進行滴定至溶液由酒紅色變為純藍色，且30s內不變色為止。平行三次。 c.氯化鋅含量的測定：取上步所留溶液，加入氨水至PH約為10即可，離心分離沉淀， 去沉淀，（留溶液測定鋅含量）。將濾液置于250ml容量瓶定容，取20.00ml，用0.0500mol/L EDTA（乙二胺四乙酸， C10H16N2O8），以鉻黑T為指示劑（由紅色變為淺藍色為滴定終點），同時加入三乙醇胺，0.1000mol/LNaF，硫代硫酸鈉作掩蔽劑和進行滴定，平行滴定三次。 (4)鋅片中鋅的含量：稱量2g鋅片于錐形瓶中，分液漏斗里裝的是2mol/L硫酸，反應裝置圖如下所示，用此方法測定氫氣的體積來間接的測定鋅的含量。4、 產

12、品的制備 （1）二氧化錳的制備：取測定炭粉的含量時所得的濾液于燒杯中，加入氫氧化鈉溶液至不再有白色沉淀生成，然后再加入過量的雙氧水至白色沉淀完全轉化為黑色固體。洗滌幾次，抽濾，稱重m9。主要反應如下：MnO2 + 4HCl MnCl2+Cl2+2H2OMnO+2HCl MnCl2 +H2OMn2O3 +6HCl 2MnCl2+Cl2+3H2OMnCl2+2NaOH Mn(OH)2+2NaClMn(OH)2+雙氧水 MnO2 + H2O （2）七水硫酸鋅的制備：稱量2g鋅片用水清洗干凈，轉入100ml小燒杯中，加適量2mol/L硫酸加熱將其溶解。過濾，將得到濾液，加3%雙氧水10滴，微熱反應一段

13、時間，過濾，取濾液，在不斷攪拌的情況下滴加2mol/LNaOH溶液直到溶液PH=8。抽濾，將得到的白色濾渣轉入大燒杯中加水攪拌，再抽濾，反復3次。將白色沉淀轉入燒杯中邊攪拌邊滴加2mol/L硫酸，白色沉淀會逐漸溶解，滴加2mol/L硫酸直到溶液PH=4，加熱至沸，然后趁熱過濾。將濾液轉入蒸發皿中用酒精燈加熱蒸發，后期改用水浴加熱，直到有晶體膜析出，停止加熱，自然冷卻后將得到白色針狀晶體為七水硫酸鋅。用濾紙吸干，稱量m10,計算產品七水硫酸鋅的產率。（理論產量為8.83g）5、 純度的測定 （1）二氧化錳的純度分析： 準確稱取制備得的二氧化錳3份，每份0.5g，并稱取C2H2O42H2O固體3份

14、，每份0.73g，并用10ml H2O將樣品和 C2H2O42H2O固體溶解，并加入2.000mol/lH2S04 20ml，充分反應后用0.0500mol/L 的KMnO4滴定剩余草酸，直到溶液變為粉紅色，且30s內不消失。平行滴定三次。 WMnO2=(mC2H2O4/MC2H2O4-5/2CKMnO4*VKMnO4)*MKMnO4/m*100% （2）氯化氨的純度分析：準確稱取1.000g氯化銨，水溶，向溶液中加入過量的甲醛，充分反應后，150ml容量瓶定容。取20.00ml，以酚酞為指示劑，0.0500mol/L NaOH 滴定,現象：溶液由無色變為淡紅色，且30s內不變色。平行三次。W

15、NH4Cl=（MNH4Cl*CNaOH*VNaOH）/1000*MNH4Cl*100% （3）七水硫酸鋅的純度分析： 準確稱取1.000g七水硫酸鋅，水溶，用150ml容量瓶定容，取20.00ml，用0.05000mol/L EDTA，以鉻黑T作指示劑，用EDTA進行鋅的滴定至溶液由酒紅色變為純藍色，且30s內不變色為止。平行滴定三次。 W(ZnSO4·7H2O)=(M(ZnSO4·7H2O)×C(EDTA)×V(EDTA)/1000×m(ZnSO4·7H2O)×100% 5、 實驗數據記錄及處理1、 含量測定的有關計算 2

16、0g黑色粉體中： 濾渣m1 =（1）10g濾渣中炭粉的質量m2= 黑色粉體中炭粉的含量w(炭)=m1 *m2 /(10*20)*100%= (2) 4g濾渣中MnO2 的質量m3= 黑色粉體中MnO2 的含量w(MnO2 )=m1 *m3/(4*20)*100%= (3)氯化銨的質量m4= 黑色粉體中的氯化銨含量w(氯化銨)=(m4/20)*100%= (4)在含量的測定的第（3）步中：濾渣m5 =.二氯化錳含量的測定:表2.EDTA標定數據記錄序號V初/mlV終/ml總消耗V/ml平均體積V1/ml123n(EDTA)=C(EDTA)*V1=二氯化錳的質量m6=n(EDTA)*M(二氯化錳)

17、=W(二氯化錳)=m5*m6/(3*20)*100%=.氯化鋅含量的測定：表3.EDTA標定數據記錄序號V初/mlV終/ml總消耗V/ml平均體積V2/ml123n(EDTA)=C(EDTA)*V2=二氯化鋅的質量m7=n(EDTA)*M(二氯化鋅)=W(二氯化鋅）=m5*m7/(3*20)*100%=（5） 氫氣的體積V=鋅的質量m8=M(Zn)*V*22.4=鋅片中鋅的含量：W(Zn)=m8/2*100%=2、 產品制備的有關計算 (1)產品二氧化錳的產率、純度的計算 產率：w(MnO2 )=m1 *m9/(10*20)*100%= 純度：WMnO2=(mC2H2O4/MC2H2O4-5/

18、2CKMnO4*VKMnO4)*MKMnO4/m*100%= （2）產品氯化銨的產率、純度的計算產率：w(氯化銨)=(m4/20)*100%=表4.0.0500mol/L NaOH 標定數據記錄序號V初/mlV終/ml總消耗V/ml平均體積V3/ml123 純度：WNH4Cl=（MNH4Cl*CNaOH*VNaOH）/1000*MNH4Cl*100%(3)產品七水硫酸鋅的產率、純度的計算 產率：W(七水硫酸鋅)=實際產量/理論產量*100%=m10/8.83*100%=表5. 0.05000mol/L標定數據記錄序號V初/mlV終/ml總消耗V/ml平均體積V4/ml123純度：W(ZnSO4·7H2O)=(M(ZnSO4·7H2O)×C(EDTA)×V(EDTA)/1000×m(ZnSO4·7H2O)×100%=六、實驗分析與討論七、注意事項 1.鋅皮用水刷洗除去雜質，并將其剪碎（小塊），使反應更加完全； 2.滴定時速度不能太快，以免滴定過量；當有顏色變化時要等顏色穩定后才判 斷終點； 3.要調節好溶液中pH值； 4.在蒸發過程中溫度不宜過高，使用電爐時注意用電安全； 5.實驗