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探究废干电池的综合利用
一、背景拓展
1.废干电池所含物质
：
1号废旧锌锰电池的组成（约70克）：
锌皮（7克）
碳棒（5.2克）
锰粉（25克）
铜帽（0.5克）
汞（微量）
其他：约32克.
其它电池：铅、镉、镍等。
2.用途
（1）、锌的用途:　　　
据统计，全世界生产的锌约40%用于制造镀锌钢板和白铁皮等。锌的化合物也有很多用途。例如，氧化锌是一种优良的白色颜料，它具有一定的杀菌能力，用作医用橡皮膏。溴化锌和碘化锌用于医药和分析试剂。硫化锌和硫酸镍混合物制得的白色颜料的遮盖力强，没有毒性，大量用于油漆工业。硫酸锌还用作木材防腐剂和媒染剂。
2.
锰的作用：
锰具有脱氧、脱硫、还能增加钢材的强度、韧性、可淬性。各类钢的生产都不能缺少锰。
二氧化锰是一种催化剂。
3.危害
金属种类
危害的表现
锰
过量的锰蓄积于体内引起神经性功能障碍，较重者出现两腿发沉，表情呆板，感情冷漠，常伴有精神症状。
铅
铅主要作用于神经系统、循环系统、消化系统等并能抑制血红蛋白的合成代谢过程。慢性铅中毒可导致儿童智力低下。
锌
锌的盐类对皮膜粘膜有刺激作用。当在水中浓度超过10-50毫史/升时有致癌危险。
镍
镍粉溶解于血液，参加体内循环，有较强的毒性，能损害中枢神经，引起血管变异，严重者导致癌症。
汞
干电池的汞具有明显的神经毒性,此外对内分泌系统、免疫系统等也有不良影响。
4.回收方案举例
1、对锌的回收：
剥下干电池外面的锌皮，并用小刀或纱纸去掉表面的杂质，洗净干燥。
（可用作实验室制氢气的原料）
2、对汞的回收：（Hg2+）
向初步处理后的废液中，加入铜屑、铁屑或锌粒，置换出汞。
3、对镉、镍的回收：（Cd2+、Ni2+）
提示：Cd(OH)2、Ni(OH)2难溶于水。
向含Cd2+的废液中，加入可溶性碱，生成沉淀。过滤，洗涤，干燥。
5.政策
（1）、发达国家的政策:
　　美国、日本、欧盟未把群众日常生活使用的普通干电池作为危险废物对待，也没有强制单独收集处理普通干电池的法律。
在电池管理政策上，主要分两类：
第一类是针对普通干电池的。政府要求制造商逐步降低电池中的汞含量，最终禁止向电池中添加汞。对企业回收,国家既不鼓励也不限制。
第二类政策是针对可充电电池的。立法淘汰镍镉电池,
用镍氢、锂电池取代，
并通过以旧换新方式回收.
（2）、我国借鉴发达国家相关政策，2006达到无汞水平。
6.谨慎收集废电池：
（1）.分散的废电池随生活垃圾填埋一般不会造成太大污染。
（2）.把大量的废电池集中到一个地方，加上处理不善（如剥开外壳，回收有价值部分，将残渣随意抛弃），则有可能引起局部地区的汞污染。
（3）.对已收集的废干电池，应交专业部门处理
案例1.
一、实验目的：
1、了解碳和二氧化锰的性质差异；
2、了解废品回收及综合利用的重要意义；
3、学会混合物分类的基本方法。
二．实验用品：小刀、酒精灯、火柴、试管、铁架台、蒸发皿、表面皿、带火星木条；双氧水、浓硝酸、稀盐酸、旧干电池。
三、实验过程：
实验内容
实验现象
实验结论
一、将旧电池拆开，按物质初步分类，并了解电池的构造。基本原理图如下：
?
拆开的旧电池大致可分为：①电池外包装纸；②锌筒；③铜帽；④石墨碳棒；⑤黑色粉末；⑥少量白色糊状物。
①、③、④可直接回收；
②用盐酸溶解；
⑤、⑥为混合物。
二、电池中锌皮的利用—制取氯化锌：
将废锌皮用水冲洗干净后，放入烧杯中加入稀盐酸，待完全反应后，过滤，将滤液放入蒸发皿中边加热边搅拌。
有无色气体放出。
有白色晶体生成。
蒸发皿中白色晶体为氯化锌，是一种重要的化工原料。
Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑
ZnO+2HCl=ZnCl2+H2O
三、电池中二氧化锰的回收及检验：
1、将黑色粉末放入坩埚持续加热
2、将经过处理后的黑色粉末放入试管中加入浓HNO3混合加热至无气体产生
3、将上述生成物用水冲净干燥
4、取少量上述粉末加入双氧水，将产生的气体用试管收集，用带火星的木棒放入试管口
坩埚中冒烟；
加热时产生红棕色气体，并有刺激味；
加入上述物质的双氧水分解快，产生大量气体，并且使带火星的木条复燃。
NH4Cl==NH3+HCl
NH3+HCl=NH4Cl
C+O2==CO2
2C+O2==2CO
C+4HNO3=△=CO2+4NO2↑+2H2O
经上述反应可将MnO2中混有的碳除去得到纯净的MnO2
2H2O2=====O2↑+2H2O
上述物质能使双氧水加快分解，则为MnO2
四、碳棒和铜帽的回收：
将铜帽砸平，用稀盐酸微热，再将其取出洗净干燥，放入试剂瓶保存。
碳棒清洗干净，晾干后保存。
金属经处理后变成光亮的红色
铜帽中杂质被HCl除去
四．实验流程图：
（1）锌皮的回收：
?
（2）MnO2的回收及检验：
案例2.
“废电池浸出液对小麦种子萌发有妨碍吗”实验步骤
1、材料与设备：
培养箱、烧杯〔1000mL、100mL〕、刀、钳子、镊子、培养皿、漏斗、滤纸、培养皿、废干电池、小麦种子、清水等。
2、实验步骤：
〔1〕制备废电池浸出液：把5节五号废电池打碎，放入1000mL的烧杯中，加入1000mL水，浸泡3天后，过滤，得到废电池浸出液待用。
〔2〕浸种：取两个小烧杯，分别放入假设干粒小麦种子，分别用废电池浸出液、清水浸泡。在约30℃的环境中放置24小时。
〔3〕发芽：取两个培养皿铺上两层滤纸，滤纸上放浸泡过的种子，分别加入废电池浸出液和清水没过种子的一半，放入30℃培养箱中培养。
〔4〕统计发芽率：当种子发芽到1.5cm长时，分别统计发芽和未发芽的种子数，计算发芽率，制成统计表。每天观看次，记录入下表：
〔5〕需要时分别加入废电池液和清水，以补充蒸发的水分。
表1、“废电池浸出液对小麦种子萌发有妨碍吗？”实验记录表
日期
浸种液体
发芽种子数
发芽率〔%〕
主根长〔cm〕
根生长状况
水
废电池液
水
废电池液
水
废电池液
水
废电池液
水
废电池液
水
废电池液
发芽率的计算公式：
例1、一节一号干电池烂在地里，能使1m2的土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使600t水受到污染，相当于一个人一生的饮水量．许多有识之士正在研究废旧电池的有效回收再利用技术．图1为干电池示意图．
【物质归类】将回收的废干旧电池进行分离归类
（1）可以得到的单质有（用化学式表示，下同）??
??，氧化物有?
???．
某化学兴趣小组回收利用废旧干电池并进行相关实验探究．
【实验探究1】回收填料中的二氧化锰和氯化铵
查阅资料：干电池示意图中⑤和⑥为填料，其中氯化铵、氯化锌可溶于水．兴趣小组的同学们设计回收物质的流程如图2所示．
（2）操作1和操作2的名称都是????，该操作中玻璃棒的作用是????．
（3）灼烧滤渣l的目的是????．
【实验探究2】探究影响锌与稀硫酸反应快慢的因素
（4）反应过程中，用前10min内收集的氢气体积比较反应的快慢．控制其他条件相同，进行下表四组实验，获得数据如下表．
实验编号
试剂
前10
min
内产生的氢气体积（mL）
不同纯度的锌
不同体积和浓度的稀硫酸
a
纯锌
30
mL
30%
564.3
b
含杂质的锌
30
mL
30%
634.7
c
纯锌
30
mL
20%
449.3
d
纯锌
40
mL
30%
602.8
①比较实验a和实验b，可以得到的结论是????．
②为了研究硫酸浓度对反应快慢的影响，需比较实验????和实验????（填编号）．
③控制其他条件相同，需控制的条件是????（例举一种条件即可）．
【实验探究3】利用锌皮和稀硫酸制取氢气，并测定锌皮中锌的质量分数
（5）制取氢气的实验操作有：
a．收集气体；b．向锥形瓶里装锌皮；c．连接仪器，检查装置气密性；d．向长颈漏斗中注入稀硫酸；e．装配仪器．
正确的操作顺序为????．
（6）测定锌皮中锌的质量分数：已知该锌皮中含有少量杂质铁，将该锌皮放入如图3所示的盛有稀硫酸的锥形瓶中，多次实验后，取平均值所得数据如表：
反应前
充分反应后装置及反应剩余物质质量
装置和足量的稀硫酸质量
锌皮质量
342.1g
16g
357.7g
若不考虑干燥剂吸收空气中的水蒸气，请分析计算：
①根据质量守恒定律求生成氢气的质量为????g．
②该合金中锌的质量为????g，锌皮中锌的质量分数为????%．
例2.为探究废电池浸出液对种子萌发的影响，某学习小组设计并实施了如下实验：
①用5号电池配制稀释的废电池浸出液．?②取2个相同的培养皿，分别贴上A、B标签，再铺上2-4层滤纸，在A中加入适量的水，B中加入等量的废电池浸出液．然后，在两培养皿中分别均匀地摆上100粒大小和活性相同的大豆种子．③将A、B两个培养皿放在25℃的环境中，每天同时向A中加清水，B中加等量废电池浸出液，使滤纸保持湿润．?④连续观察七天，分别记录萌发的种子数．请据此分析回答：
（1）该实验中的实验组是______培养皿，对照组是______培养皿．
（2）本实验中，除实验变量外，______和充足的空气等环境条件对种子萌发有影响，因而这些因素在A、B两组中必须保持______．
（3）实验结束后，一定要用肥皂将手洗干净，这是因为______．
解析：
（1）、由题意可知，探究实验中要设置对照组，只有通过对比才能得出科学的结论，因此有无废电池浸出液（或废电池浸出液）是该实验中的变量；即其中一培养皿纱布上洒适量的电池浸出液，向另一培养皿纱布上洒适量的清水形成对照；其实验组是加了废电池浸出液的一组．
（2）、种子萌发的条件包括自身的条件和外界的条件，其中自身条件指种子是活的而且胚是完整的，还度过了休眠期的；外界的条件指适宜的温度、一定的水分、充足的空气．
（3）废电池的危害性很大，特别是含汞或镉的电池，所以实验结束后，一定要用肥皂将手洗干净．对于废旧电池，应当及时回收．统一进行安全处理．
故答案为：（1）B、A
（2）适量的水分、适宜的温度
（3）废电池浸出液对皮肤有伤害
例3.
为探究废电池对生物的影响，某科学兴趣小组做了如下探究实验：
提出的问题：废电池对种子萌发有影响吗？
实验器材：大豆种子、废电池浸出液、清水、培养皿、滤纸、纱布
实验方案：
Ⅰ.
取相同的两个培养皿，编号1号和2号，底部垫上几层吸水纸。
Ⅱ.
向两个培养皿中分别放入大豆种子各20粒，在种子上面覆盖纱布，放在温暖的地方培养。
Ⅲ.
每天向1号培养皿纱布上洒适量的电池浸出液，保持种子湿润，2号培养皿不做任何处理。
Ⅳ.
观察大豆种子的萌发情况并做好记录。
实验结果：10天后两组培养皿中的种子都没有萌发。
根据实验方案和结果，回答下列问题：
（1）每个培养皿中为什么不是放1粒大豆种子而是20粒其目的是??????????????????????
（2）该实验的假设是??????????????????????????????。
（3）设计2号实验的目的是?????????????????????。
（4）从实验设计和实验结果看，说明电池浸出液对种子萌发有影响。
（5）想达到预期实验效果，必须对原方案进行修改，即每天向1号培养皿纱布上洒适量的电池浸出液的同时，还应向2号培养皿纱布上洒适量的水。
解：（1）在探究实验中作假设时，我们要根据已有的经验和知识，做出科学的假设，既可以正面假设，也可以反面假设，如本题可假设：废电池对种子萌发有影响（或废电池对种子萌发没有影响）．
（2）探究实验中要设置对照组，只有通过对比才能得出科学的结论，2号实验的目的就是做对照．探究实验中要控制变量的唯一，除了变量不一样，其它条件要都一样，且都是适宜条件，2号培养皿中的大豆种子没有萌发的原因是缺乏适宜的外界条件水分．
（3）从实验设计和实验结果看，不能说明电池浸出液对种子萌发有影响，由（2）可知，2号培养皿中的大豆种子缺乏适宜的外界条件水分．也可能是水分的原因导致的．
（4）分析实验可知，想达到预期实验效果，必须对原方案进行修改，即每天向1号培养皿纱布上洒适量的电池浸出液的同时，还应向2培养皿纱布上洒适量的清水，使种子萌发的外界条件适宜．
故答案为：（1）废电池对种子萌发有影响（或废电池对种子萌发没有影响）
（2）做对照；?
（3）不能；
（4）洒适量的清水．
8

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