資源簡介

探究廢干電池的綜合利用
一、背景拓展
1.廢干電池所含物質
：
1號廢舊鋅錳電池的組成（約70克）：
鋅皮（7克）
碳棒（5.2克）
錳粉（25克）
銅帽（0.5克）
汞（微量）
其他：約32克.
其它電池：鉛、鎘、鎳等。
2.用途
（1）、鋅的用途:　　　
據統計，全世界生產的鋅約40%用于制造鍍鋅鋼板和白鐵皮等。鋅的化合物也有很多用途。例如，氧化鋅是一種優良的白色顏料，它具有一定的殺菌能力，用作醫用橡皮膏。溴化鋅和碘化鋅用于醫藥和分析試劑。硫化鋅和硫酸鎳混合物制得的白色顏料的遮蓋力強，沒有毒性，大量用于油漆工業。硫酸鋅還用作木材防腐劑和媒染劑。
2.
錳的作用：
錳具有脫氧、脫硫、還能增加鋼材的強度、韌性、可淬性。各類鋼的生產都不能缺少錳。
二氧化錳是一種催化劑。
3.危害
金屬種類
危害的表現
錳
過量的錳蓄積于體內引起神經性功能障礙，較重者出現兩腿發沉，表情呆板，感情冷漠，常伴有精神癥狀。
鉛
鉛主要作用于神經系統、循環系統、消化系統等并能抑制血紅蛋白的合成代謝過程。慢性鉛中毒可導致兒童智力低下。
鋅
鋅的鹽類對皮膜粘膜有刺激作用。當在水中濃度超過10-50毫史/升時有致癌危險。
鎳
鎳粉溶解于血液，參加體內循環，有較強的毒性，能損害中樞神經，引起血管變異，嚴重者導致癌癥。
汞
干電池的汞具有明顯的神經毒性,此外對內分泌系統、免疫系統等也有不良影響。
4.回收方案舉例
1、對鋅的回收：
剝下干電池外面的鋅皮，并用小刀或紗紙去掉表面的雜質，洗凈干燥。
（可用作實驗室制氫氣的原料）
2、對汞的回收：（Hg2+）
向初步處理后的廢液中，加入銅屑、鐵屑或鋅粒，置換出汞。
3、對鎘、鎳的回收：（Cd2+、Ni2+）
提示：Cd(OH)2、Ni(OH)2難溶于水。
向含Cd2+的廢液中，加入可溶性堿，生成沉淀。過濾，洗滌，干燥。
5.政策
（1）、發達國家的政策:
　　美國、日本、歐盟未把群眾日常生活使用的普通干電池作為危險廢物對待，也沒有強制單獨收集處理普通干電池的法律。
在電池管理政策上，主要分兩類：
第一類是針對普通干電池的。政府要求制造商逐步降低電池中的汞含量，最終禁止向電池中添加汞。對企業回收,國家既不鼓勵也不限制。
第二類政策是針對可充電電池的。立法淘汰鎳鎘電池,
用鎳氫、鋰電池取代，
并通過以舊換新方式回收.
（2）、我國借鑒發達國家相關政策，2006達到無汞水平。
6.謹慎收集廢電池：
（1）.分散的廢電池隨生活垃圾填埋一般不會造成太大污染。
（2）.把大量的廢電池集中到一個地方，加上處理不善（如剝開外殼，回收有價值部分，將殘渣隨意拋棄），則有可能引起局部地區的汞污染。
（3）.對已收集的廢干電池，應交專業部門處理
案例1.
一、實驗目的：
1、了解碳和二氧化錳的性質差異；
2、了解廢品回收及綜合利用的重要意義；
3、學會混合物分類的基本方法。
二．實驗用品：小刀、酒精燈、火柴、試管、鐵架臺、蒸發皿、表面皿、帶火星木條；雙氧水、濃硝酸、稀鹽酸、舊干電池。
三、實驗過程：
實驗內容
實驗現象
實驗結論
一、將舊電池拆開，按物質初步分類，并了解電池的構造。基本原理圖如下：
?
拆開的舊電池大致可分為：①電池外包裝紙；②鋅筒；③銅帽；④石墨碳棒；⑤黑色粉末；⑥少量白色糊狀物。
①、③、④可直接回收；
②用鹽酸溶解；
⑤、⑥為混合物。
二、電池中鋅皮的利用—制取氯化鋅：
將廢鋅皮用水沖洗干凈后，放入燒杯中加入稀鹽酸，待完全反應后，過濾，將濾液放入蒸發皿中邊加熱邊攪拌。
有無色氣體放出。
有白色晶體生成。
蒸發皿中白色晶體為氯化鋅，是一種重要的化工原料。
Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑
ZnO+2HCl=ZnCl2+H2O
三、電池中二氧化錳的回收及檢驗：
1、將黑色粉末放入坩堝持續加熱
2、將經過處理后的黑色粉末放入試管中加入濃HNO3混合加熱至無氣體產生
3、將上述生成物用水沖凈干燥
4、取少量上述粉末加入雙氧水，將產生的氣體用試管收集，用帶火星的木棒放入試管口
坩堝中冒煙；
加熱時產生紅棕色氣體，并有刺激味；
加入上述物質的雙氧水分解快，產生大量氣體，并且使帶火星的木條復燃。
NH4Cl==NH3+HCl
NH3+HCl=NH4Cl
C+O2==CO2
2C+O2==2CO
C+4HNO3=△=CO2+4NO2↑+2H2O
經上述反應可將MnO2中混有的碳除去得到純凈的MnO2
2H2O2=====O2↑+2H2O
上述物質能使雙氧水加快分解，則為MnO2
四、碳棒和銅帽的回收：
將銅帽砸平，用稀鹽酸微熱，再將其取出洗凈干燥，放入試劑瓶保存。
碳棒清洗干凈，晾干后保存。
金屬經處理后變成光亮的紅色
銅帽中雜質被HCl除去
四．實驗流程圖：
（1）鋅皮的回收：
?
（2）MnO2的回收及檢驗：
案例2.
“廢電池浸出液對小麥種子萌發有妨礙嗎”實驗步驟
1、材料與設備：
培養箱、燒杯〔1000mL、100mL〕、刀、鉗子、鑷子、培養皿、漏斗、濾紙、培養皿、廢干電池、小麥種子、清水等。
2、實驗步驟：
〔1〕制備廢電池浸出液：把5節五號廢電池打碎，放入1000mL的燒杯中，加入1000mL水，浸泡3天后，過濾，得到廢電池浸出液待用。
〔2〕浸種：取兩個小燒杯，分別放入假設干粒小麥種子，分別用廢電池浸出液、清水浸泡。在約30℃的環境中放置24小時。
〔3〕發芽：取兩個培養皿鋪上兩層濾紙，濾紙上放浸泡過的種子，分別加入廢電池浸出液和清水沒過種子的一半，放入30℃培養箱中培養。
〔4〕統計發芽率：當種子發芽到1.5cm長時，分別統計發芽和未發芽的種子數，計算發芽率，制成統計表。每天觀看次，記錄入下表：
〔5〕需要時分別加入廢電池液和清水，以補充蒸發的水分。
表1、“廢電池浸出液對小麥種子萌發有妨礙嗎？”實驗記錄表
日期
浸種液體
發芽種子數
發芽率〔%〕
主根長〔cm〕
根生長狀況
水
廢電池液
水
廢電池液
水
廢電池液
水
廢電池液
水
廢電池液
水
廢電池液
發芽率的計算公式：
例1、一節一號干電池爛在地里，能使1m2的土壤永久失去利用價值；一粒紐扣電池可使600t水受到污染，相當于一個人一生的飲水量．許多有識之士正在研究廢舊電池的有效回收再利用技術．圖1為干電池示意圖．
【物質歸類】將回收的廢干舊電池進行分離歸類
（1）可以得到的單質有（用化學式表示，下同）??
??，氧化物有?
???．
某化學興趣小組回收利用廢舊干電池并進行相關實驗探究．
【實驗探究1】回收填料中的二氧化錳和氯化銨
查閱資料：干電池示意圖中⑤和⑥為填料，其中氯化銨、氯化鋅可溶于水．興趣小組的同學們設計回收物質的流程如圖2所示．
（2）操作1和操作2的名稱都是????，該操作中玻璃棒的作用是????．
（3）灼燒濾渣l的目的是????．
【實驗探究2】探究影響鋅與稀硫酸反應快慢的因素
（4）反應過程中，用前10min內收集的氫氣體積比較反應的快慢．控制其他條件相同，進行下表四組實驗，獲得數據如下表．
實驗編號
試劑
前10
min
內產生的氫氣體積（mL）
不同純度的鋅
不同體積和濃度的稀硫酸
a
純鋅
30
mL
30%
564.3
b
含雜質的鋅
30
mL
30%
634.7
c
純鋅
30
mL
20%
449.3
d
純鋅
40
mL
30%
602.8
①比較實驗a和實驗b，可以得到的結論是????．
②為了研究硫酸濃度對反應快慢的影響，需比較實驗????和實驗????（填編號）．
③控制其他條件相同，需控制的條件是????（例舉一種條件即可）．
【實驗探究3】利用鋅皮和稀硫酸制取氫氣，并測定鋅皮中鋅的質量分數
（5）制取氫氣的實驗操作有：
a．收集氣體；b．向錐形瓶里裝鋅皮；c．連接儀器，檢查裝置氣密性；d．向長頸漏斗中注入稀硫酸；e．裝配儀器．
正確的操作順序為????．
（6）測定鋅皮中鋅的質量分數：已知該鋅皮中含有少量雜質鐵，將該鋅皮放入如圖3所示的盛有稀硫酸的錐形瓶中，多次實驗后，取平均值所得數據如表：
反應前
充分反應后裝置及反應剩余物質質量
裝置和足量的稀硫酸質量
鋅皮質量
342.1g
16g
357.7g
若不考慮干燥劑吸收空氣中的水蒸氣，請分析計算：
①根據質量守恒定律求生成氫氣的質量為????g．
②該合金中鋅的質量為????g，鋅皮中鋅的質量分數為????%．
例2.為探究廢電池浸出液對種子萌發的影響，某學習小組設計并實施了如下實驗：
①用5號電池配制稀釋的廢電池浸出液．?②取2個相同的培養皿，分別貼上A、B標簽，再鋪上2-4層濾紙，在A中加入適量的水，B中加入等量的廢電池浸出液．然后，在兩培養皿中分別均勻地擺上100粒大小和活性相同的大豆種子．③將A、B兩個培養皿放在25℃的環境中，每天同時向A中加清水，B中加等量廢電池浸出液，使濾紙保持濕潤．?④連續觀察七天，分別記錄萌發的種子數．請據此分析回答：
（1）該實驗中的實驗組是______培養皿，對照組是______培養皿．
（2）本實驗中，除實驗變量外，______和充足的空氣等環境條件對種子萌發有影響，因而這些因素在A、B兩組中必須保持______．
（3）實驗結束后，一定要用肥皂將手洗干凈，這是因為______．
解析：
（1）、由題意可知，探究實驗中要設置對照組，只有通過對比才能得出科學的結論，因此有無廢電池浸出液（或廢電池浸出液）是該實驗中的變量；即其中一培養皿紗布上灑適量的電池浸出液，向另一培養皿紗布上灑適量的清水形成對照；其實驗組是加了廢電池浸出液的一組．
（2）、種子萌發的條件包括自身的條件和外界的條件，其中自身條件指種子是活的而且胚是完整的，還度過了休眠期的；外界的條件指適宜的溫度、一定的水分、充足的空氣．
（3）廢電池的危害性很大，特別是含汞或鎘的電池，所以實驗結束后，一定要用肥皂將手洗干凈．對于廢舊電池，應當及時回收．統一進行安全處理．
故答案為：（1）B、A
（2）適量的水分、適宜的溫度
（3）廢電池浸出液對皮膚有傷害
例3.
為探究廢電池對生物的影響，某科學興趣小組做了如下探究實驗：
提出的問題：廢電池對種子萌發有影響嗎？
實驗器材：大豆種子、廢電池浸出液、清水、培養皿、濾紙、紗布
實驗方案：
Ⅰ.
取相同的兩個培養皿，編號1號和2號，底部墊上幾層吸水紙。
Ⅱ.
向兩個培養皿中分別放入大豆種子各20粒，在種子上面覆蓋紗布，放在溫暖的地方培養。
Ⅲ.
每天向1號培養皿紗布上灑適量的電池浸出液，保持種子濕潤，2號培養皿不做任何處理。
Ⅳ.
觀察大豆種子的萌發情況并做好記錄。
實驗結果：10天后兩組培養皿中的種子都沒有萌發。
根據實驗方案和結果，回答下列問題：
（1）每個培養皿中為什么不是放1粒大豆種子而是20粒其目的是??????????????????????
（2）該實驗的假設是??????????????????????????????。
（3）設計2號實驗的目的是?????????????????????。
（4）從實驗設計和實驗結果看，說明電池浸出液對種子萌發有影響。
（5）想達到預期實驗效果，必須對原方案進行修改，即每天向1號培養皿紗布上灑適量的電池浸出液的同時，還應向2號培養皿紗布上灑適量的水。
解：（1）在探究實驗中作假設時，我們要根據已有的經驗和知識，做出科學的假設，既可以正面假設，也可以反面假設，如本題可假設：廢電池對種子萌發有影響（或廢電池對種子萌發沒有影響）．
（2）探究實驗中要設置對照組，只有通過對比才能得出科學的結論，2號實驗的目的就是做對照．探究實驗中要控制變量的唯一，除了變量不一樣，其它條件要都一樣，且都是適宜條件，2號培養皿中的大豆種子沒有萌發的原因是缺乏適宜的外界條件水分．
（3）從實驗設計和實驗結果看，不能說明電池浸出液對種子萌發有影響，由（2）可知，2號培養皿中的大豆種子缺乏適宜的外界條件水分．也可能是水分的原因導致的．
（4）分析實驗可知，想達到預期實驗效果，必須對原方案進行修改，即每天向1號培養皿紗布上灑適量的電池浸出液的同時，還應向2培養皿紗布上灑適量的清水，使種子萌發的外界條件適宜．
故答案為：（1）廢電池對種子萌發有影響（或廢電池對種子萌發沒有影響）
（2）做對照；?
（3）不能；
（4）灑適量的清水．
8

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