废旧锌锰干电池的回收与利用

1、碱式碳酸锌、柠檬酸锌、葡萄糖酸锌与高锰酸钾的联合制备化学学院应用化学张明程 33160818实验目的1. 掌握锌与锰相应化合物的制备。2. 通过废旧电池回收了解电池的工作原理与构造，体会环境保护的重要性。3. 进一步练习各类实验操作流程。基本原理电池内容物中的二氧化锰不溶于水。将其浸泡后可以得到粗制的二氧化锰，而再经过灼烧，又可以除去其中的碳，得到较为纯净的二氧化锰。使用得到的二氧化锰与熔融的氯酸钾与氢氧化钾反应，可以得到锰酸钾。而锰酸钾进一步在弱酸性(醋酸或者二氧化碳)条件下歧化生成高锰酸钾。3MnO2+6KOH+KClO 3=3K2MnO4+KCl+3H2O2-+-3 MnO 4+4H =

2、2MnO 4+ MnO 2+2H 2O电池的锌皮经过提纯以后，使用硫酸溶解，同时加入双氧水并加热以使二价铁离子转化为三价铁离子。再通过调整pH 达到除去铁的目的。Fe + H 2SO4 = FeSO 4 + H2Zn + H2SO4 = ZnSO 4+ H2再向溶液中加入碳酸钠，使得锌离子以碱式碳酸锌的形式沉淀下来。 2+2-3Zn +5CO 3+5H2O = ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O+4HCO3随后将其分别与葡萄糖酸与柠檬酸混合，就能够得到葡萄糖酸锌与柠檬酸锌。至于葡萄 糖酸，则使用葡萄糖与较高浓度的双氧水水浴加热条件下得到。2NH3+ ZnCO3·

3、2Zn(OH)2·H2O +H2O=3Zn(OH) 2 +(NH4)2CO3H2O2+CH2OH(CHOH)4CHO=H 2O+CH2OH(CHOH) 4COOHZnCO3·2Zn(OH)2·H2O + 6CH2OH(CHOH) 4COOH=3(CH2OH(CHOH) 4COO)2Zn+6H2O+CO2ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O + 2 C6H8O7= (C6H5O7)2Zn3+6H2O+CO2另附柠檬酸锌结构式：实验步骤基 本原料的制备将废旧电池小心破拆，取出废旧干电池的炭棒，用水洗去表面的碳粉和Mn0 2粉末，晾干，可用作电极。取

4、出电池中的黑色内容物置于烧杯中，加入蒸馏水（一节一号电池加入50ml ） 。充分搅拌数分钟，过滤并多次重复上述过程。对滤渣进行清洗，置于坩埚中加热。待样品用钢制药匙舀出时火星持续时间少于一秒钟时停止加热，得到粗制的Mn02粉末。对粉末先后使用适量水洗涤。抽滤，蒸发水分，得到精制Mn0 2粉末。产物如图一。将电池外壳的锌皮清洗干净，使用剪刀剪成碎片并置于烧杯中备用。以上产物如有剩余，应让老师检查并于实验彻底结束后回收。碱式碳酸锌的制备：取上一步准备好的锌皮5g 左右，加入30ml 6M 的 H2SO4与数滴0.1M 的 CuSO 4溶液， 加热以加速反应 图一进行。待锌皮基本完全溶解后，加入3的

5、H2O2溶液数滴，不断搅拌并加热煮沸，使二价铁离子充分氧化成三价铁离子。但在试验中发现溶液颜色基本不显示黄色，所以进行三价铁离子的检验：取溶液数滴加入硫氰化钾溶液，无现象， 证明不含有三价铁离子，所以省略调整pH 以除去铁离子的过程，而是在反应结束后直接抽滤。向滤液中缓缓加入碳酸钠固体至不再析出白色絮状沉淀, 过滤。得到碱式碳酸锌。产物如图二。柠檬酸锌的制备：使用第一步得到的碱式碳酸锌固体，取1.50g 碱式碳酸锌，溶于用1.25g 柠檬酸与10ml 水配制成的溶液。搅拌至固体全部溶解，在水浴加热浓缩液体至糖浆状，烘干，即得柠檬酸锌。产物状态如图三。葡萄糖酸锌的制备：取 3.6g 葡萄糖与30

6、ml 30 H2O2混合，沸水浴加热一段时间后，测定pH 值，如果酸性较强，证明得到葡萄糖酸溶液。加入 1.50g 上一步得到的碱式碳酸锌，调整pH=7 ，蒸馏，冷却，过滤得到葡萄糖酸锌。但是在真正制备过程中，两次加热均出现了液体暴沸现象，使得葡萄糖酸被氧化成焦炭，使得实验无法完成。三、高锰酸钾的制备在铁质坩埚中加入2.5g KClO 3与 5.2g KOH ， 加热使其达到熔融状态。分多次、 缓慢加入步骤一中制取出的3.00g 二氧化锰固体，防止火星飞溅。样品将会变得越来越粘稠，此时应该加速搅拌。待反应物完全干涸以后，加强热5 分钟。冷却，用药匙将产物捣碎，转移入盛有 100ml 水的烧杯中

7、微热溶解。向溶液中加入35ml 的冰醋酸，冷却，静置510 分钟( pH=6.33 )抽滤。将滤液加热浓缩，自然冷却后再次抽滤，得到产物高锰酸钾如图四。实验用品抽滤装置，电热板，烧杯，玻璃棒，陶瓷坩埚，铁坩埚，铁棒， 泥三角，铁圈，酒精喷灯，铁勺，量筒，洗瓶，pH 试纸，蒸发皿。废旧锌锰电池，硫酸6M ，硫酸铜固体，双氧水(6% 30% ) ，葡萄糖固体，柠檬酸固体，氢氧化钾固体，氯酸钾固体，碳酸钠固体。图四实验反思与总结在本次试验中，应用了文献中未曾提到过的线路：先对锌皮反应后的溶液加入碳酸钠制取碱式碳酸锌，绕过了硫酸锌这一步，使得产率相比于原先的线路有所提升，耗时也更短。但是， 缺点是消耗实验用品剂量较大，不太经济。可以对这条线路进行进一步的探究，发现更优的反应线路。对于未知成分的电池外壳，不应该一味地按照流程进行实验，而是要广泛的运用各类检验，比如使用硫氰化钾对三价铁离子的检验使得本次试验节省了一次pH 值调整与过滤。另外， 在锌与硫酸反应时不应该加入过多的硫酸铜溶液，在加入双氧水之前也应该先过滤出置换出的少量铜。否则，则会使铜离子进入溶液，导致产物不纯而发淡蓝色。这一点是设计线路时没有预料到的。葡萄糖酸锌的制备过程失败原因，猜测是由于缺少有机实验室的回流装置导致双氧水与葡萄糖的反应不充分，在水浴加热时，加入的碱式碳酸锌反应释放出的锌离子使得双氧水