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废干电池的综合利用实验报告
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废干电池的综合利用
一、实验意义
人们通常称电池为“电的罐头”，它可以产生光、声、力、热和信息处理，给人们的生活带来很大的方便。如果不合理回收，不仅造成资源浪费，也会给环境造成严重污染。如电池中含有大量金属——锌、铅、镉、汞等，一节纽扣电池能污染60KL水，等等。我国每年报废50万吨废锌锰电池，若能全部回收利用，可再生锰11万吨、锌7万吨、铜1.4万吨，是相当可观的资源。因此，必须对废旧电池进行科学的合理回收，从而保护人类生存环境。
二、实验目的
1. 了解废干电池对环境的污染的危害，以及有效成分的利用方法； 2. 熟悉无机物的实验室制备、提纯、分析等方法与技能；
3. 分析废干电池黑色粉体中二氧化锰、氯化锌、氯化铵、二氯化锰、碳粉的含量；分析锌片纯度；
4. 利用黑色粉体制备二氧化锰、氯化铵，用废锌片制备七水硫酸锌 5. 分析氯化铵、二氧化锰、七水硫酸锌的产率和纯度。
三、实验原理
日常生活中所用的干电池为锌锰电池。其负极为电池壳体的锌电池，正极是被二氧化锰(为增弹导电性,填充有碳粉)包围的石墨电极,电解质是氯化锌及氯化铵的糊状物。在使用过程中，锌皮消耗最多，二氧化锰只起氧化作用，糊状氯化铵作为电解质不会消耗，炭粉是填料。为了防止锌皮因快速消耗而渗漏电解质，通常在锌皮中掺入汞，形成汞齐
电池反应为：Zn+2NH4Cl+2MnO2→Zn(NH3)Cl2+2MnOOH. 锌锰电池的构造
主要成分： 1. 二氧化锰(深褐色或黑色 混有导电材料石墨或 乙炔黑) 2. 锌筒
3. 炭棒 铜帽 (导电)
4. 电糊 (几毫米宽的间隙中充填糊状电解质由浓 缩的氯化铵水溶液、微量升汞和氯化锌以及淀 粉组成)
5. 封口剂(沥青 树脂或石蜡的)
6．其他 包装（1号废旧锌锰电池的组成，重量70 克左右，其中碳棒5.2克，锌皮7.0克，锰粉 25克，铜帽0.5克，其他32克）
在使用过程中，锌皮消耗最多，二氧化锰只起氧化作用，氯化铵做为电解质没有消耗，碳粉为填料，电池里黑色物质为二氧化锰，碳粉，氯化铵，氯化锌，氯化锰的混合物，回收时，剥去电池外层包装纸，用螺丝刀撬去顶盖，用小刀挖去盖下面的沥青层，即可用钳子慢慢拔出炭棒(连同铜帽)，可留着作电解食盐水等的电极。使黑色的物质混合物溶于水，滤液为NH4Cl,ZnCl2,MnCl2,混合物，滤
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渣为二氧化猛、碳粉及其它少数有机物，加热可除去碳粉和其他少数有机物，加酸溶解可分离出碳粉。电池的锌壳，可用以制备锌盐。 本实验对废干电池进行如下回收：
锌皮 制备ZNS04·7H20
废干电池 回收二氧化锰 黑色糊状物 回收氯化铵
本实验流程如图： 纸等杂物 滤液 氯化锰、氯化锌、氯化铵 过滤 废电池 黑色粉体 滤渣 二氧化锰、碳粉 锌皮 硫酸锌 七水硫酸锌
(1) 锌分析
样品经过酸分解后，用氨水和氯化铵、硫酸铵、高硫酸铵使锌和其他元素分离，在PH值5.8~6.0的条件下，用硫代硫酸钠掩蔽铜，用氟化物掩蔽铝，以二甲酚橙作指示剂，用EDTA进行锌的滴定。 (2) 氯化铵的提取与含量测定
电池中黑色混合物的滤液，是含有氯化铵和氯化锌混合的溶液。依据两者溶
解度的不同
可回收氯化铵。氯化铵和氯化锌两者在不同温度下的溶解度见下表：
氯化铵和氯化锌溶解度（单位：G/100G水）
温度/K 273 283 293 303 313 333 353 363 373
氯化铵 29.4 33.2 37.2 31.4 45.8 55.3 65.6 71.2 77.3 氯化锌 342 363 395 437 452 488 541 614
（本表摘至《综合化学实验》 科学出版社）
NH4Cl在100 摄氏度挥发，338 摄氏度开始分解，350摄氏度升华。利用氯化铵溶解度的特点，通过反复抽提来提纯产品纯度。
氯化铵与甲醛作用生成六亚甲基四胺和盐酸，后者用NaOH标准液滴定，便可求出产品中NH4Cl的含量。
反应式为：4NH4Cl+6HCHO→(CH2)6N4+4HCl+6H2O 。 测定结果可以按下式计算：
W(氯化铵)=
C*V*Mm*100%
(3) 二氧化锰的提取和含量测定
提取:将提取过滤所得的滤渣置于蒸发皿中，先用小火烘干，再在搅拌下用强火灼烧，以除去其中所含炭和有机物。到不冒火星时，再灼烧5～10分钟，冷
却后，再加水溶解，搅拌后过滤，再烘干滤渣既得二氧化锰。
测定应用草酸盐容量法滴定四价锰的含量。草酸盐容量法是基于在硫酸介质 中，用过量的草酸盐将四价的猛还原成二价后在用高锰酸钾溶液滴定过量的草酸盐，从而计算二氧化锰的含量。
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主要反应式如下：
Na2C2O4+2H2SO4+MNO2 ===== MnSO4+Na2SO4+2 CO2↑+2H2O
5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4 ===== 2MnSO4+KSO4 + 10 CO2↑+8H2O 酸度和光照对本方法影响较大。 (4) ZnSO4.7H2O的制备与纯度测定
ZnSO4.7H2O的制备:锌皮可以与H2SO4反应：Zn+H2SO4= ZnSO4+H2
将溶液用NaOH调节PH=8使Zn2+完全沉淀，以达沉淀最大量，再加入稀硫酸，控制PH=4，此时Zn(OH)2溶解,最后将滤液酸化，蒸发浓缩，结晶，即得ZnSO4·7H2O。
ZnSO4+2NaOH=Zn(OH)2 + Na2SO4 ； ZnSO4+7H2O=ZnSO4.7H2O
ZnSO4.7H2O纯度测定 取制得的ZnSO4.7H2O 1.0克，加水10 ml溶解，定容到100ml，取10.00ml用EDTA标准液滴定。
四、实验仪器和药品
仪器：天平，电子天平，分析天平、烧杯（50，100，200，300ml）、抽滤装置、蒸发皿、滤纸、普通漏斗、5ML和10ML刻度吸管，250ML锥形瓶（3个），铁架台，100ML和250ML容量瓶，洗液瓶，酒精灯、剪刀、PH试纸、电炉装置、玻璃棒等。
主要药品：浓硫酸（2mol/L）、氢氧化钠、蒸馏水、草酸、双氧水（30%）、甲醛（40%）、酚酞指示剂、铬黑T指示剂、高锰酸钾固体、氨水、氯化铵、EDTA、三乙醇胺等。
五、实验步骤
1. 材料准备
取废干电池一个，剥去电池外层包装纸，用螺丝刀撬去顶盖，用小刀挖去下面的沥青层，即可用钳子慢慢拔出碳棒（连同铜帽）。用剪刀（或钢锯片）把废电池外壳剥开，即可取出里面黑色的物质干燥烧杯中，用蒸馏水冲洗干净碳棒和锌皮上的黑色粉末。它为二氧化锰，碳粉、氯化铵，氯化锌等的混合物。电池的锌壳可用以制备ZnSO4.7H2O.
2. 从黑色混合物的滤液中提取氯化铵
取20克黑色粉末放入100ml烧杯中，加入50ml蒸馏水加热溶解，然后用抽滤机并水洗3次，滤液用以提取氯化铵，滤渣留用（以制备二氧化锰及锰的化合物）。转入蒸发皿中,用加热蒸发,待蒸发皿底部有晶体析出且只剩余少量液体有晶体液膜时停止蒸发,将起抽滤。最后得到白色晶体为氯化铵。 3. 从黑色混合物的滤渣中提取二氧化锰
将上述滤渣放入蒸发皿中，先用小火烘干，再在搅拌下用强火灼烧，以除去 其中所含炭粉和有机物。到不冒火星时停止加热，冷却后即得二氧化锰，称重记录。
4. 从废电池锌壳制备七水硫酸锌：
废电池表面剥下的锌壳，可能粘有氯化锌、氯化铵及二氧化锰等杂质，应先用水刷洗除去，然后把锌皮剪碎。锌皮上还有可能粘有石蜡、沥青等有机物，用水难以洗净，但它们不溶于酸，可将锌皮溶于酸后过滤除去。
称量4g锌片用水清洗干净，转入100ml小烧杯中，加适量2mol/L硫酸将其溶解，加热，待发应较快时停止加热。过滤，将得到滤液加热近沸，加30%双氧水4滴，在不断搅拌的情况下滴加2mol/LNaOH调至PH=3后继续加2mol/LNaOH
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