实验三 由废弃的锌锰干电池制取硫酸锰铵复盐及锌粒

1、实验三 废干电池的综合利用由废弃的锌锰干电池制取硫酸锰铵复盐及锌粒）一、实验目的1. 了解干电池的构造及工作原理。2. 了解废旧干电池对环境的危害以及各部分的回收方法。3. 学会设计合理的实验步骤回收利用废旧干电池的各个部分。如：从废锌锰干电池中提取NH4Cl；从废锌锰干电池中提取Zn粒及用锌壳制备Zn的氧化物或各种Zn盐；从废锌锰干电池中提取MnO2及用MnO2制备各种Mn（II）盐。4. 学习除Fe(III)的方法。5. 掌握无机化合物的制备、分离、提纯及检验的实验方法和技能。二、实验用品药品：草酸、硫酸铵，H2SO4（6mol/L）、NaOH(2mol/L)、氨水（6mol/L）、H2O

2、2材料：废弃干电池。仪器：布氏漏斗、吸滤瓶、滤纸、玻璃棒、烧杯、电炉、铁架台、蒸发皿、坩埚钳、小刀、pH试纸、循环式水泵三、实验原理锌锰干电池的阳极是碳棒，阴极是锌皮。在碳棒周围填充的是石墨粉及二氧化锰的混合物，电解液是糊状物，内有NH4Cl、ZnCl2和淀粉等。锌锰干电池中的锰在填充时为MnO2，在干电池放电时，MnO2发生如下反应：2NH4+ + 2e- = 2NH3 + H22MnO2 + H2 = 2MnO(OH)2NH4+ + 2MnO2 + 2e- = 2MnO(OH) + 2NH3当锌、锰干电池的电压降至约1.3V以下，电池将不能再用。但电池的构成物质还远远没有耗尽，可以从中提取

3、有用物质，下面介绍提取锌、锰的一种方法。NH3 可与ZnCl2反应生成Zn(NH3)42+配离子，因此在提取锰化物时，预先将可溶性物如NH4Cl、Zn(NH3)42+水洗除去。MnO2 及MnO(OH)均是不溶于水的锰的化合物，可采用适当的还原剂将不溶的高氧化态的锰化合物还原为Mn2+，再由此简单盐制成复盐硫酸锰铵。将电池中的黑色混合物溶于水，可得到NH4Cl和ZnCl2的混合物。根据两者溶解度的不同回收NH4Cl。NH4Cl和ZnCl2的溶解度（单位：g100g水）温度K273283293303313333353363373NH4Cl29.433.237.241.445.855.365.67

4、1.277.3ZnCl2342363395437452488541614锌皮中含有铁杂质，必须先除铁，由于Zn(OH)2与Fe(OH)3在pH=4时溶解度有极大差异。Fe(OH)3会以沉淀形式析出。因此，可先用H2O2将Fe2+氧化成Fe3+，再加过量碱后，用酸调节pH=4，将两者分离，加H2SO4制ZnSO4。锌锰干电池的未腐蚀完的锌皮洗净、烘干后，放在坩埚中，用酒精灯直接加热使锌皮熔化，用一支热滴管小心吸入溶锌，然后迅速滴入到冷水中得到锌粒。四、实验内容1. 回收碳棒和铜帽 小心拆开一支废干电池，取下废电池盖，用小刀除去沥青，用钳子慢慢把碳棒拨出，取下铜帽集存，可作为实验或生产CuSO4等

5、化工产品原料。2. 提取NH4Cl 用小刀把废电池外壳剥开，取出黑色物质，加水（每节电池黑色物质加水约50mL）搅拌溶解、抽滤。将滤液转移于蒸发皿加热蒸发，至滤液中有晶体出现时，改以小火加热，并不断搅拌，待蒸发皿中有少量母液时停止加热，冷却后得到含有少量ZnCl2的NH4Cl晶体。（若要制高纯NH4Cl，将得到的混合晶体转移于试管中，加热至350使NH4Cl升华，收集气体，冷凝即可得NH4Cl）3. 提取MnO2 把过滤时所剩余的黑色沉淀物，用水冲洗23次，放入坩埚中，先用小火烘干，再在搅拌下用强火灼烧，以除去其中所含的碳粉和有机物，至不冒火星时，再灼烧510分钟，冷却后即可得到MnO2。4.

6、 回收金属锌 锌皮洗净，放在坩埚中慢慢烘干，继续加热到约420，锌皮熔化，取一支干燥滴管，烘热后，慢慢插入溶锌中，轻轻吸取，将滴管小心移至水面上，挤压胶帽，将溶锌滴入水中，形成锌粒，冷后，从水中捞出，收集于回收瓶中。5. 提取ZnSO47H2O 把从废电池剥下的锌壳，用水浸洗去浆糊物质，然后加H2SO4将锌壳溶解，再加H2O2使Fe2+氧化为Fe3+，加过量的NaOH，调节溶液至pH=8，用布氏漏斗抽滤，取滤渣加H2SO4溶解，调节pH=4。加热，使溶液至沸，促使Fe3+完全转化成Fe(OH)3沉淀，趁热过滤，弃去沉淀即可。将滤液在蒸发皿中结晶即可得到ZnSO47H2O固体。6. 制取Mn(I

7、I)溶液 将预处理的黑色粉末放入烧杯中，加入计算量的6mol/L H2SO4，微热后，慢慢分次加入计量的草酸，并不断搅拌，勿使产生黑色泡沫溢出杯外，待这一氧化还原反应将近结束时，进行过滤，请用很少量的水清洗烧杯，滤液为含Mn2+的化合物溶液，渣弃之。7. 除溶液中的Fe(III) 若滤液不是Mn2+淡粉色，而呈现黄绿色或棕黄色，表明溶液中有较多的Fe(III)离子，这时就应先考虑除去Fe(III)离子。8. 制取(NH4)2Mn(SO4)22H2O 按计算量加入固体（NH4）2SO4，稍稍加热使固体盐溶解，浓缩溶液至表面出现晶膜，冷却至温室，将有(NH4)2Mn(SO4)22H2O复盐晶体析出，过滤压干晶体，称重，计算产率。五、思考题1. 如何确定溶解锌皮的酸的用量2. 制备ZnSO4过程中有几次调节pH？它们各自