废干电池的综合利用实验报告

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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溶液直到溶液PH=8。 抽滤，将得到的白色滤渣转入大烧杯中加水搅拌，再抽滤，水洗3次。将白色沉淀转入烧杯中边搅拌边滴加2mol/L硫酸，白色沉淀会逐渐溶解，滴加2mol/L硫酸直到溶液PH=4。将滤液转入蒸发皿中用酒精灯加热蒸发，直到有晶体膜析出，停止加热，自然冷却后将得到白色针状晶体为七水硫酸锌。用滤纸吸干，称量，计算产品ZnSO4.7H2O的产率。 5. EDTA的标定：

准确取ZnO 0.4g于烧杯中，加水润湿，然后逐滴加入10ml 6mol/LHCL，边加边搅拌至完全溶解，然后定容250ml。取EDTA 4.20g溶于250ml水。取25ml移液管吸取标准锌溶液于250ml的锥形瓶中，逐滴加入6mol/L氨水，同时不断摇动直至出现氢氧化锌沉淀。再加10ml氨水-氯化氨缓冲溶液、50ml水和少量固体铬黑T，用EDTA溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。记下EDTA的用量V,重复二次，计算EDTA的浓度。 6. 高锰酸钾的标定：

准确称取0.10~0.15g草酸三份，分别置于250ml锥形瓶中，加60ml水使之溶解，加入15ml1：5硫酸，加热到75~85摄氏度，立即用高锰酸钾溶液滴定到溶液呈微红色，而且半分钟内不消失即为终点（终点温度不低于60摄氏度）。记下高锰酸钾消耗的体积，反复测定两次，计算高锰酸钾的浓度。 7. 氯化氨的纯度分析：

用酸碱滴定法测定产品中氯化铵的含量。称取0.40克样品氯化铵，用10ml蒸馏水溶解把溶液小心移入100ml容量瓶中，用水稀释至刻度线，摇匀。取10.00ml后加入50%甲醛3ml，充分反应后以酚酞为指示剂，用0.2 mol/L氢氧化钠标准溶液滴定至溶液变成淡红，30S不退色即为终点。平行操作3次取NAOH标准溶液体积的平均值，然后计算。

W NHCI =[（M NHCI×CNaOH×VNaOH）/（1000×m NHCI）] ×100%

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8. 七水硫酸锌的纯度分析：

取产品1.00g用100ml蒸馏水溶解后用100ml容量瓶定容取10.00ml,用氨水调PH=10，以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点，记录消耗EDTA标准溶液的体积，重复二次并计算其锌含量。

W ZnSO.7HO =[(M ZnSO.7HO×CEDTA×VEDTA)/1000×m ZnSO.7HO]×100%

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9.二氧化锰的纯度分析：

取0.10克产品溶于15ml 0.6mol/L硫酸中，加入一定过量的H2C2O4（需精确

2-称量），待二氧化锰与C2O4作用完毕后，用高锰酸钾标准液滴定过量的C2O42-，记录高锰酸钾标准液的量即可算出二氧化锰含量。

W MnO=( m HCO/M HCO4-5/2C KMnO×V KMnO) ×M MnO/ m×100%

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10. 锌片中含锌量的测定：

准确称取2.00g锌片于烧杯中，加适量2mol/L硫酸将其溶解，然后定容250ml，取10ml移液管吸取锌溶液于250ml的锥形瓶中，再加3~4ml氨水-氯化铵缓冲溶液（取6.75g氯化铵溶于20ml水，加入57ml 15mol/l氨水，定容到100ml），50ml水和少量固体铬黑T指示剂，用用EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。记下EDTA的用量V,重复二次并计算锌的含量。

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地了解了它们滴定反应所需要的条件及注意事项。

（1）酸碱滴定法（又称中和法）：它是以质子传递反应为基础的一种滴定分析法，可用来测定酸、碱，其反应实质可用下式表示: H?B?HB

??（2）配位滴定法（又称络合滴定法）：它是以配位反应为基础的一种滴分析法，可用以对金属离子进测定，如用EDTA作配位剂，有如下反应：

M?Y?MY

2?4?2?式中：M表示二价金属离子，Y表示EDTA的阴离子 。配位滴定法对PH要求极其严格。

（3）氧化还原滴定法：它是以氧化还原反应为基础的一种滴定分析法，可用以测定具有氧化还原性质的物质及某些不具有氧化还原性性质的物质，如高锰酸钾法，其反应如下：

2?4? MnO?5Fe?42??8H??Mn2??5Fe3??4H2O

4. 适用于滴定分析的化学反应必须具备下列条件：

（1）反应定量地完成即反应按一定的反应式进行，无副反应发生而且进行完全（>99.9%），这是定量计算的基础。

（2）反应速率要快。对于速率慢的反应，应采取适当措施提高其反应速率。 （3）能用较简单的方法确定滴定的终点。 （4）共存物质不影响滴定。

5. 滴定分析中必须使用标准溶液，最后要通过标准溶液的浓度和用量来计算待测组分的含量。通过本次实验使我重新复习了标准溶液的配制方法及标定方法。 6 .通过这次试验，使我们懂得了要敢于尝试，不怕失败，虽然实验过程中有许多试剂不知道具体用量，但是我们可以取少量来进行试验，失败的话总结原因，继续实验，总有一次会成功，当然要学会计算好用量及体积。

7. 通过本次实验我们学会了怎样设计和操作一个完整的实验，并学会了怎样书写一份完整的实验报告，实验试剂的配制也是自己计算之后自己配制出来的。学会了独立操作实验。在实验过程中，如不考虑周全，试剂的量不足或过量以及PH调节不合适都会使整个实验失败而重做。同时在实验前应通过多渠道多方面的获取关于本次实验的资料，制定一个完整可行的实验方案是整个实验的关键。 8．整个实验下来，收获最多的还是要多思考，不能只按照实验方案一步一步做下去，否则实验会做得慢，要适当配好要用的试剂，当然有些试剂还是要现配现用的，方法都不能一概而论，只有对整个方案做统筹的安排，才能把整个实验做得又好又快，达到预期的实验效果。

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十一、参考文献：

1.马虹. 化学实验技术（1、2）.第一版. 北京：化学工业出版社，2002.7 2.张济新等.实验化学原理与方法. 第一版. 北京：化学工业出版社，1999.3 3.王克强等.新编无机化学实验. 第一版. 上海：华东理工大学出版社，2001.8 4.殷学锋等.新编大学化学实验. 第一版. 北京：高等教育出版社，2002. 5.分析化学实验. 第三版. 北京：高等教育出版社， 2003.6 6.分析化学. 华东理工大学化学系 四川：四川大学化工学院

7.杨慧芬等. 固体废物资源化. 第五版. 北京：高等教育出版社， 2003.7 8.赵由才. 生活垃圾资源化原理与技术.第一版. 北京：化学工业出版社，2002.1 9.倪哲明. 新编基础化学实验（I）无机及分析化学实验. 第一版. 北京：化学 工业出版社，2008.1

10.曹渊等.大学化学实验. 第三版. 重庆：重庆大学出版社， 2003.8

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pfc3.html