无机化学实验二十 废干电池的综合利用.docx

实验二十 废干电池的综合利用 （设计实验） [实验目的] 进一步熟悉无机物的实验室提取、制备、提纯、分析等方法与技能； 学习实验方案的设计； 了解废弃物中有效成分的回收利用方法。 [实验原理与材料准备] 日常生活中用的干电池主要为锌锰干电池，其负极是作为电池壳体的锌电极，正极是被 MnO (为增强导电能力，填充有碳粉)包围着的石墨电极，电解质是氯化锌及氯化铵的糊状物， 2 其结构如图1所示。其电池反应为： Zn +2NH Cl +2MnO = Zn(NH ) Cl + 2MnOOH 4 2 3 2 2 在使用过程中，锌皮消耗最多，二氧化锰只起氧化作用，氯化铵作为电解质没有消耗，炭 粉是填料。因而回收 处理废干电池可以获得多种物质，如铜、锌、二氧化锰、氯化铵和炭棒等，实为变废为宝的一种 可利用资源。 回收时，剥去废干电池外层包装纸，用螺丝刀撬去顶盖，用小刀除去盖下面的沥青层，即可用钳子慢慢拔出炭棒(连同铜帽)，取下铜帽集存，可作为实验或生产硫酸铜的原料。炭棒留作 电极使用。 图1锌-锰电池构造图 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 用剪刀把废电池外壳剥开，取出里面的黑色物质，它是二氧化锰、炭粉、氯化铵、氯化锌等的混合物。把这些黑色物质倒入烧杯中，加入蒸馏水（按每节1#电池加入50mL 水计算），搅拌溶解，澄清后过滤。滤液用以提取氯化铵，滤渣用以制备 MnO 及锰的化合物，电池的锌壳可用 2 以制锌粒及锌盐。（请同学利用课外活动时间预先分解废干电池 ） 剖开电池后，从下列三项中选做一项。 [实验内容] 从黑色混合物的滤液中提取氯化铵 要求 设计实验方案，提取并提纯氯化铵。(2)产品定性检验： A.证实其为铵盐；B.证实其为氯化物；C.判断有否杂质存在。 *(3)测定产品中 *(3)测定产品中 NH Cl 的百分含量。（不作要求） 4 1.2提示 已知滤液的主要成分为 NH Cl 和 ZnCl ，两者在不同温度下的溶解度见表1。 4 2 表1. NH Cl、ZnCl 在不同温度下的溶解度(g/100g 水) 4 2 T/K 273 283 293 303 313 333 353 363 373 NH Cl 4 29.4 33.2 37.2 31.4 45.8 55.3 65.3 71.2 77.3 ZnCl 2 342 363 395 437 452 488 541 — 614 氯化铵在100℃时开始显著地挥发，338℃时离解，350℃时升华。 从黑色混合物的滤渣中提取 MnO 2 要求 设计实验方案，精制二氧化锰。 设计实验方案，验证二氧化锰的催化作用。(3)试验 MnO 与盐酸、MnO 与 KMnO 的作用。 2 2 4 提示 黑色混合物的滤渣中含有二氧化锰、炭粉和其它少量有机物。用少量水冲洗，滤干固体， 灼烧以除去炭粉和有机物。 粗二氧化锰中尚含有一些低价锰和少量其它金属氧化物，应设法除去，以获得精制二氧化 锰。纯二氧化锰密度5.03g/cm-3，535℃时分解为 O 和 Mn O ，不溶于水、硝酸及稀 H SO 。 2 2 3 2 4 取精制二氧化锰做如下试验： 催化作用二氧化锰对氯酸钾热分解反应有催化作用。(2)与浓 HCl 作用二氧化锰与浓 HCl 发生如下反应： MnO + 4HCl = MnCl + Cl ↑+ 2H O 2 2 2 2 注意：所设计的实验方法（或采用的装置）要尽可能避免产生实验室空气污染。 (3)MnO 2-的生成及歧化反应在大试管中加入5mL 0.002mol/L KMnO 及5mL 2mol/LNaOH 溶 4 4 液，再加入少量所制备的 MnO 固体。 2 由锌壳制取七水硫酸锌 要求 设计实验方案，以锌单质制备七水硫酸锌。 产品定性检验：A.证实硫酸盐；B.证实为锌盐；C.不含 Fe3+、Cu2+。3.2提示 将洁净的碎锌片以适量的酸溶解。溶液中有 Fe3+、Cu2+杂质时，设法除去。七水硫酸锌极易溶于水（在15℃时，无水盐为33.4%），不溶于乙醇。在39℃时溶于结晶水，100℃开始失水。在水中水解呈酸性。