废干电池的综合利用实验设计方案(修改后)

废干电池的综合利用 实验设计方案

一、实验目的

1. 了解废旧干电池对环境的危害及其有效成分的利用方法。 2. 掌握无机物的提取，制备，提纯，分析等方法与技能。 3. 学习实验方案的设计。

二、实验原理

锌锰电池的构造

图 1 锌 - 锰电池构造图

1- 火漆； 2- 黄铜帽； 3- 石墨； 4- 锌筒； 5- 去极剂；

6- 电解液 + 淀粉； 7- 厚纸壳

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。

电池反应为：

Zn+2NH4Cl+2MnO2→Zn(NH3)Cl2+2MnOOH.

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，使其混合物溶于水，滤液为NH4Cl,ZnCl2,MnCl2,混合物，滤渣为二氧化猛、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。

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

依靠 NH4Cl和ZnCl2混合溶液溶解度不同，可以从中回收NH4Cl。

NH4Cl和ZnCl2各温度下的溶解度：

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：

C*V*M

mW(氯化铵)= *100%

在二氧化锰产品中加入一定过量草酸，及在硫酸的作用下沸水浴中溶解，用高锰酸钾滴定多余的草酸到终点为粉红色，即可间接测定二氧化锰含量。反应式为：

MnO2+H2C2O4+H+→Mn2++CO2↑+4H2O 2MnO4+5H2C2O4+6H→2Mn

+10CO2↑+8H2O

本实验流程如图：

纸等杂物 氯化锰、氯化锌、氯化铵

过滤

-+

2+

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

二、实验仪器和药品：

仪器：天平，电子天平，50ml、100ml、200ml、300ml、500ml烧杯个一个，滴定管，布氏漏斗，吸滤瓶，称量瓶，抽滤装置，蒸发皿，滤纸，普通漏斗，电炉，滴瓶，滴液台，容量瓶，下口瓶，移液管，表面皿，螺丝刀，剪刀，PH纸，电炉装置，玻璃棒，坩埚钳等

主要药品：2个废电池，广泛PH试纸，2mol/l浓硫酸，6mol/L盐酸，1：1盐酸，2mol/l和0.2mol/l氢氧化钠两份，1：1氨水，邻苯二甲酸氢钾，（K4[Fe[CN]6]），六亚甲基四胺，硝酸银，草酸钠，蒸馏水，3%双氧水，50%甲醛，酚酞指示剂，未标定的高锰酸钾，未标定的EDTA，二甲基酚橙指示剂，Na2C2O4，等。

三．实验步骤

1、材料的准备

剪开电池，取下塑料垫圈和铁帽，通过机械分离，得锌皮和黑色固体粉末。剪下锌皮，其黑色粉末洗净置于烧杯中称重待用，用蒸馏水冲洗干净碳棒和锌皮上的黑色粉末。取20克黑色粉末放入200ml烧杯中，加入150ml蒸馏水加热溶解，充分搅拌，固体全部溶解后，然后抽滤并水洗3次，滤液放到烧杯中用酒精灯加热浓缩到有晶体液膜（在加热到溶液只有一半的时候改用水浴加热）抽滤得氯化铵，氯化锌，氯化锰混合物称量，待用来分析各含量。

2．MnO2纯度的定量测定（KMnO4反滴定法）：

A. 0.02mol·LKMnO4标准溶液的配制和标定方法：标定：分别称取草酸钠

0.15--0.2g/份溶于三个250mL锥形瓶中，分别加去离子水30mL及15mL2mol·L-1H2SO4，加热至75-80。C至瓶口冒热气，趁热用待标定的KMnO4溶液进行滴定，滴定至溶液呈微红色，不退色后记下所用体积，平行滴定三次。计算出KMnO4标准溶液的准确浓度。

B. 分别称取MnO2 约0.3g/份于三个锥形瓶中，分别加入草酸钠0.3--0.35g,

-1

再分别加入30mL去离子水和10mL(2mol·L-1）H2SO4,后再电热炉上加热不超过90.C,趁热用高锰酸钾进行滴定，记下所用体积。 WMnO2=(mH2C2O4/MH2C2O4-5/2CKMnO4*VKMnO4)*MMnO2/m*100%

3． NH4Cl纯度的定量测定（甲醛—酸碱滴定法）：

A. 0.2mol·L-1NaOH标准溶液的配制和标定方法

标定：减量法准确称取已烘干的邻苯二甲酸氢钾三份，每份分别倒入1、2.、3号锥形瓶中，各加水50ml温热使之溶解，冷却后加1-2滴酚酞，用所配制的NaOH进行滴定直至出现微红色不退去，记下各组所用体积，平行滴定三次。计算出NaOH标准溶液的准确浓度。 公式：c(NaOH)=

m(KC8H5O4)

。

MKHC8H4O4·VNaOHB. 测定NH4Cl含量:分别称取NH4Cl0.2922g、0.2963g、0.2980g于三个锥形

瓶中，加去离子水25mL溶解，再加5mL中性的甲醛（20%），再用标定好的NAOH溶液进行滴定，记下所用体积。计算产品中NH4Cl含量。 WNH4Cl=[（MNH4Cl*CNaOH*VNaOH）/1000*MNH4Cl]*100% 4． ZnSO4·7H2O纯度的定量测定（EDTA配位滴定法）：

A. 标定EDTA：称取0.5--0.6gZnO于烧杯中加10mLHCl和30mL去离子水，

然后再转入250mL容量瓶中稀释到刻度，计算出锌标准溶液浓度。分别用25mL移液管移取25mL/份于三个锥形瓶中,再分别加入25ml水，然后加2滴二甲酚橙和1:1氨水使溶液变橙色，立即加入10mL六次甲基四胺，摇匀后用EDTA进行标定直到变为亮黄色为止记下所用体积,平行滴定三次。计算EDTA的标准浓度。

B. 测定ZnSO4·7H2O的纯度：取洁净的碎锌片2.5g，加30mL 2 mol•L-1的

H2SO4，放置是指完全溶解，反应完全后过滤除去不溶性杂质，将滤液加热至沸腾，加3%的H2O2溶液10滴，在不断搅拌下加入2mol•L-1的NaOH溶液20mL，加入150mL水，充分搅拌下继续滴加NaOH溶液至溶液pH=8时为止。用布氏漏斗减压抽滤，用去离子水洗涤沉淀，直至滤液中不含Cl-为止（用AgNO3溶液检验）。将沉淀转移至烧杯中，在不断搅拌下，将

2mol•L-1的H2SO4逐滴加入沉淀中至溶液pH为4时，将溶液加热至沸，使Fe3+水解完全，生成Fe(OH)3沉淀，趁热用普通漏斗过滤，弃去沉淀，在出铁后的滤液中滴加2mol•L-1的H2SO4，使溶液的ph=2，将其转入蒸发皿中，加热蒸发，浓缩至液面上出现晶膜为止，冷却后用布氏漏斗减压抽滤制的ZnSO4•7H2O。准确称取ZnSO4·7H2O晶体0.15--0.2g/份置于锥形瓶中，加去离子水30mL溶解，滴加2滴二甲酚橙，再加入10ml的缓冲溶液。最后用EDTA溶液滴定至由紫红色变成亮黄色（30s不褪色）即为终点，平行做三次。

C．沉淀结晶：在除铁后的滤液中滴加2mol·L-1H2SO4，使溶液的pH＝2，将其转入蒸发皿中，加热蒸发、浓缩至液面上出现晶膜为止。冷却后用布氏漏斗减压抽滤，将晶体放在两层滤纸间吸干水份，称量并计算产率。 WZnSO4·7H2O=[(M ZnSO4·7H2O×CEDTA×VEDTA)/1000×m ZnSO4·7H2O]×100%

5.定性检验Fe3 + Cl-

A.检验Cl-：取少量上述溶液于滴板上，加少量HNO3溶液观察是否有沉淀生成，若有沉淀生成则还含有Cl-。

B．检验Fe3+：取少量上述溶液于滴板上，加入少量的黄血盐（K4[Fe[CN]6]），若有沉淀生成则还含有成Fe3+，若有沉淀生成则还含有Fe3+-。 结论：试样中无Fe3+，滤液中无Cl-。