高考化学难点剖析专题52废旧电池的处理练习.docx

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高考化学难点剖析专题52废旧电池的处理练习

专题52废旧电池的处理

1．（2018届湖北省高三4月调研考试）三元电池成为2018年我国电动汽车的新能源，其电极材料可表示为

，且x+y+z=1.充电时电池总反应为LiNixCoyMnzO2+6C（石墨）=Li1-aNixCoyMnzO2+LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子X通过的隔膜。

下列说法正确的是

A．允许离子X通过的隔膜属于阴离子交换膜

B．充电时，A为阴极，Li+被氧化

C．可从无法充电的废旧电池的石墨电极中回收金属锂

D．放电时，正极反应式为Li1-aNixCoyMnzO2+aLi++ae-=LiNixCoyMnzO2

【答案】D

2．（2018届广东省深圳中学高三上学期第一次阶段性检测）锌锰干电池是最早的实用电池。

现用下列工艺回收正极材料中的金属（部分条件未给出）。

（1）碱性锌锰电池反应为：

Zn+2MnO2+2H2O＝Zn（OH）2+2MnO（OH），电解质是KOH，该电池的负极材料为__________（填化学式），MnO（OH）中Mn的化合价为：

________,正极反应式为:

__________。

（2）黑粉的主要成份为MnO2和石墨，写出反应①的化学方程式：

______。

（3）MnO2的转化率与温度的关系如下表：

温度/℃

20

40

60

80

100

转化率/℃

86.0

90.0

91.3

92.0

92.1

生产中常选反应温度为80℃，其理由是：

_______。

（4）“沉锰”过程中生成碱式碳酸锰[MnCO3•6Mn（OH）2•5H2O]，写出其离子反应方程式：

_______，检验沉淀是否洗净的操作是：

_______。

滤液③中可回收的物质为：

________（填化学式）。

（5）“预处理”时，废旧锌锰电池经过拆解、筛分得到炭包，其中含MnO2为34.8%。

称取5.000g炭包，经处理得到3.211gMnSO4•H2O，计算锰的回收率为：

_____。

【答案】Zn+3价MnO2+H2O+e-=MnO（OH）+OHMnO2+2FeSO4+2H2SO4=MnSO4+Fe2（SO4）3+2H2O由表格中的数据可知，MnO2 的转化率随温度的升高而升高，80℃时MnO2的转化率已经较高，更高的温度会增加能耗，增大生产成本，得不偿失。

7Mn2++7CO32-+11H2O=MnCO3·6Mn（OH）2·5H2O ↓+6CO2↑取少量最后一次洗涤滤液于试管中，向其中滴加BaCl2 溶液，观察是否有白色沉淀生成，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已洗涤干净；若有白色沉淀生成， 则说明未洗涤干净。

Na2SO495%

【解析】

（1）碱性锌锰电池反应为：

Zn+2MnO2+2H2O＝Zn（OH）2+2MnO（OH），电解质是KOH，活泼金属Zn为该电池的负极材料，MnO（OH）中氧为-2价，氢为+1价，则Mn的化合价为：

+3价；正极MnO2得到电子产生MnO（OH），电极反应式为：

MnO2+H2O+e-=MnO（OH）+OH；

（2）黑粉的主要成份为MnO2和石墨，写出反应①是MnO2、2FeSO4和2H2SO4反应，反应的化学方程式为：

MnO2+2FeSO4+2H2SO4=MnSO4+Fe2（SO4）3+2H2O；（3）由表格中的数据可知，MnO2 的转化率随温度的升高而升高，80℃时MnO2的转化率已经较高，更高的温度会增加能耗，增大生产成本，得不偿失，故生产中常选反应温度为80℃；（4）“沉锰”过程中生成碱式碳酸锰[MnCO3•6Mn（OH）2•5H2O]，其离子反应方程式为：

7Mn2++7CO32-+11H2O=MnCO3·6Mn（OH）2·5H2O↓+6CO2↑，检验沉淀是否洗净的操作是：

取少量最后一次洗涤滤液于试管中，向其中滴加BaCl2 溶液，观察是否有白色沉淀生成，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已洗涤干净；若有白色沉淀生成， 则说明未洗涤干净；根据反应可知

7Mn2++7CO32-+11H2O=MnCO3·6Mn（OH）2·5H2O↓+6CO2↑，滤液③中可回收的物质为：

Na2SO4；（5）根据MnO2~~~MnSO4•H2O，理论上n（MnO2）=n（MnSO4•H2O）=34.8%×

，但实际上只有3.211gMnSO4•H2O，所以锰的回收率为

×100%=95%。

3．酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是碳粉，MnO2，ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据下表所示：

溶解度/（g/100g水）

化合物

Zn（OH）2

Fe（OH）2

Fe（OH）3

Ksp近似值

10-17

10-17

10-39

回答下列问题：

（1）该电池的正极反应式为，电池反应的离子方程式为

（2）维持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，理论上消耗Zng。

（已经F＝96500C/mol）

（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过____分离回收；滤渣的主要成分是MnO2、______和，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法是，其原理是。

（4）用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中，需去除少量杂质铁，其方法是：

加稀硫酸和H2O2溶解，铁变为_____，加碱调节至pH为时，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于1×10-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）；继续加碱调节至pH为_____时，锌开始沉淀（假定Zn2＋浓度为0.1mol/L）。

若上述过程不加H2O2后果是，原因是。

【答案】

（1）MnO2＋e—＋H＋＝MnOOH；Zn＋2MnO2＋2H＋＝Zn2＋＋2MnOOH

（2）0.05g

（3）加热浓缩、冷却结晶；碳粉、MnOOH；在空气中加热；碳粉转变为CO2，MnOOH氧化为MnO2（4）Fe3＋；2.7；6；Zn2＋和Fe2＋分离不开；Fe（OH）2和Zn（OH）2的Ksp相近

（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有氯化锌和氯化铵。

根据表中数据可知氯化锌的溶解度受温度影响较大，因此两者可以通过结晶分离回收，即通过蒸发浓缩、冷却结晶实现分离。

二氧化锰、铁粉、MnOOH均难溶于水，因此滤渣的主要成分是二氧化锰、碳粉、MnOOH。

由于碳燃烧生成CO2，MnOOH能被氧化转化为二氧化锰，所以欲从中得到较纯的二氧化锰，最简便的方法是在空气中灼烧。

（4）双氧水具有强氧化性，能把铁氧化为铁离子，因此加入稀硫

酸和双氧水，溶解后铁变为硫酸铁。

根据氢氧化铁的溶度积常数可知，当铁离子完全沉淀时溶液中铁离子浓度为10—5mol/L，则溶液中氢氧根的浓度＝

，所以氢离子浓度是2×10—3mol/L，pH＝2.7，因此加碱调节pH为2.7时铁刚好完全沉淀。

Zn2＋浓度为0.1mol/L，根据氢氧化锌的溶度积常数可知开始沉淀时的氢氧根浓度为＝

＝10—8mol/L，氢离子浓度是10—6mol/L，pH＝6，即继续加碱调节pH为6时锌开始沉淀。

如果不加双氧水，则铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁，由于氢氧化亚铁和氢氧化锌的溶度积常数接近，因此在沉淀锌离子的同时亚铁离子也沉淀，导致生成的氢氧化锌不纯，无法分离开Zn2＋和Fe2＋。

4．（2018届陕西省西安市长安区高三教学质量检测）下图表示从废旧普通锌锰电池内容物中回收制备KMnO4等物质的一种工艺（不考虑废旧电池中实际存在的少量其他金属）。

（1）KMnO4稀溶液是一种常用消毒剂，其消毒机理与下列物质相似的是__________（填序号）。

A．双氧水B．75%酒精C．84消毒液（NaClO溶液）D．苯酚

（2）①黑色固体混合物水浸时为提高浸出速率，常采用的措施为___________________________（答出一条即可）。

②滤渣水洗灼烧后固体是一种黑色的化合物，操作a中得到熔块的主要成分是K2MnO4和KCl，该过程中发生反应的化学方程式为_____________________________________。

③图中产物A是一种难溶于水的黑色固体，其化学式为_________________________。

（3）测定KMnO4产品的纯度可用标准Na2S2O3溶液进行滴定。

①配制250mL0.1000mol·L-1标准Na2S2O3溶液，需要使用的玻璃仪器有烧杯、胶头滴管、量筒和

_________________________、_________________________；

②取KMnO4配成溶液（酸化）后，用0.1000mol·L-1标准Na2S2O3溶液进行滴定，判断滴定至终点的现象为___________________。

【答案】AC加热、将固体混合物粉碎、搅拌3MnO2+KClO3+6KOH

3K2MnO4+KCl+3H2OMnO2玻璃棒250mL容量瓶当滴入最后一滴标准液，溶液的紫红色恰好褪去，且半分钟内不变色

（2）根据普通锌锰电池的组成，黑色固体混合物“水浸”后过滤得到的滤渣中主要含MnO2；MnO2与KClO3、KOH熔融时反应生成K2MnO4、KCl和H2O；向K2MnO4溶液中通入CO2生成KMnO4，Mn元素的化合价由+6价升至+7价，产物A是一种难溶于水的黑色固体，根据氧化还原反应的规律，化合物A的化学式为MnO2，K2MnO4与CO2反应生成KMnO4、MnO2和K2CO3。

（3）①配制250mL0.1000mol/L标准Na2S2O3溶液的步骤为：

计算→称量→溶解→冷却至室温→转移→洗涤→初步振荡→定容→上下颠倒摇匀。

需要使用的玻璃仪器有：

烧杯、玻璃棒、量筒、250mL容量瓶、胶头滴管。

②KMnO4溶液本身呈紫红色，实验中不需要其他指示剂，滴定终点的现象为：

当滴入最后一滴标准液，溶液的紫红色恰好褪去，且半分钟内不变色。

5．（2017届湖北省高三八校第二次联考）我国是干电池的生产和消费大国。

某科研团队设计了以下流程对碱性锌锰干电池的废旧资源进行回收利用：

已知：

①Ksp（MnS）=2.5×10－13，Ksp（ZnS）=1.6×10－24

②Mn（OH）2开始沉淀时pH为8.3,完全沉淀的pH为9.8

⑴碱性锌锰干电池是以锌粉为负极，二氧化锰为正极，氢氧化钾溶液为电解质。

电池总反应为2MnO2+Zn+2KOH=2MnOOH+K2ZnO2，请写出电池的正极反应式_____________；

⑵为了提高碳包的浸出效率，可以采取的措施有________________________；（写一条即可）

⑶向滤液1中加入MnS的目的是__________________________________________；

⑷已知MnSO4的溶解度曲线如图所示，从滤液2中析出MnSO4·H2O晶体的操作是蒸发结晶、

____________________、洗涤、低温干燥；

⑸为了选择试剂X，在相同条件下，分别用3g碳包进行制备MnSO4的实验，得到数据如表1，请写出最佳试剂X与碳包中的主要成分发生反应的化学方程式_____________。

⑹工业上经常采用向滤液2中加入NaHCO3溶液来制备MnCO3，不选择Na2CO3溶液的原因是

___________________________________；

⑺该科研小组利用EDTA（乙二胺四乙酸二钠，阴离子简写为Y2－）进行络合滴定测定Mn2+在电池中的百分含量，化学方程式可以表示为Mn2++Y2－=MnY。

实验过程如下：

准确称量一节电池的质量平均为24.00g，完全反应后，得到200.00mL滤液2，量取10.00mL滤液2稀释至100.00mL，取20.00mL溶液用0.0500mol•L－1EDTA标准溶液滴定，平均消耗标准溶液22.00mL，则该方案测得Mn元素的百分含量为________。

（保留3位有效数字）

【答案】MnO2+H2O+e－=MnOOH+OH－适当的升温（或搅拌）将溶液中的Zn2+转化为ZnS沉淀而除去趁热过滤H2O2+MnO2+H2SO4=MnSO4+2H2O+O2↑或

H2O2+2MnOOH+2H2SO4=2MnSO4+4H2O+O2↑Na2CO3溶液的碱性强，容易产生Mn（OH）2的沉淀25.2%

⑷有MnSO4的溶解度曲线可知MnSO4·H2O在温度超过40℃后溶解度随温度的升高而降低，则将滤液2溶液蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、并低温干燥防分解即可得到MnSO4·H2O晶体；

⑸由表1可知选用30%的过氧化氢获得的MnSO4质量最高，则30%的过氧化氢为最佳试剂，与MnO2在酸性条件下发生反应的化学方程式为H2O2+MnO2+H2SO4=MnSO4+2H2O+O2↑或

H2O2+2MnOOH+2H2SO4=2MnSO4+4H2O+O2↑；

⑹相同浓度的NaHCO3溶液和Na2CO3溶液，因CO32-的水解能力强于HCO3-，Na2CO3溶液的碱性强，更容易产生Mn（OH）2的沉淀；

⑺消耗EDTA的物质的量为0.0500mol•L－1×0.022L=0.0011mol，则样品中Mn2+的物质的量为

0.0011mol×

=0.11mol，Mn元素的百分含量为

×100%=25.2%。

6．实验室回收利用废旧锂离子电池正极材料锰酸锂（LiMn2O4）的一种流程如下：

（1）废旧电池可能残留有单质锂，拆解不当易爆炸、着火，为了安全，对拆解环境的要求是_________。

（2）“酸浸”时采用HNO3和H2O2的混合液体，可将难溶的LiMn2O4转化为Mn（NO3）2、LiNO3等产物。

请写出该反应离子方程式_________。

如果采用盐酸溶解，从反应产物的角度分析，以盐酸代替HNO3和H2O2混合物的缺点是_________。

（3）“过滤2”时，洗涤Li2CO3沉淀的操作是_________。

（4）把分析纯碳酸锂与二氧化锰两种粉末，按物质的量1：

4混合均匀加热可重新生成LiMn2O4，升温到515℃时，开始有CO2产生，同时生成固体A，比预计碳酸锂的分解温度（723℃）低很多，可能的原因是________。

（5）制

备高纯MnCO3固体：

已知MnCO3难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解；Mn（OH）2开始沉淀的pH=7.7。

请补充由上述过程中，制得的Mn（OH）2制备高纯MnCO3的操作步骤[实验中可选用的试剂：

H2SO4、Na2CO3、C2H5OH]：

向Mn（OH）2中边搅拌边加入_________。

【答案】隔绝空气和水分2LiMn2O4+10H++3H2O2=2Li++4Mn2++3O2↑+8H2O反应生成Cl2，污染环境沿着玻璃棒向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀

，待水自然流出，重复操作 2~3 次MnO2作为催化剂，降低了碳酸锂的分解温度H2SO4溶液，固体溶解，加入 Na2CO3，并控制溶液 pH＜7.7，过滤，用少量的乙醇洗涤，低于 100℃真空干燥

【解析】

（1）废旧电池可能残留有单质锂，锂化学性质活泼，锂可与空气中的O2和H2O反应，对拆解的要求是：

隔绝空气和水分。

（2）“酸浸”时采用HNO3和H2O2的混合液体，可将难溶的LiMn2O4转化为Mn（NO3）2、LiNO3等产物，LiMn2O4被还原成Mn（NO3）2，则H2O2被氧化成O2，反应中1molLiMn2O4参与反应得到3mol电子，1molH2O2失去2mol电子，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的化学方程式为

2LiMn2O4+10HNO3+3H2O2=2LiNO3+4Mn（NO3）2+3O2↑+8H2O，反应的离子方程式为

2LiMn2O4+10H++3H2O2=2Li++4Mn2++3O2↑+8H2O。

若采用盐酸溶解，盐酸作还原剂被氧化成Cl2，以盐酸代替HNO3和H2O2混合物的缺点是：

反应生成Cl2，污染环境。

（3）“过滤2”时，洗涤Li2CO3沉淀的操作是：

沿着玻璃棒向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流出，重复操作2~3次。

（4）将分析纯碳酸锂与MnO2按物质的量1:

4混合均匀升温到515℃时，开始有CO2产生，比预计的碳酸锂的分解温度低很多，可能的原因是：

MnO2作为催化剂，降低了碳酸锂的分解温度。

7．（2017届四川省成都市高三第二次模拟考试）废旧无汞碱性锌锰电池可用于制造隐形战机的机身涂料MnxZn（1-x）Fe2O4，该电池工作反应原理为Zn+2MnO2+2H2O

2MnO（OH）+Zn（OH）2。

某化学小组利用废电池制涂料的工艺如下：

A．浸取：

将去除表面塑料的旧电池加入水中浸取并过滤，滤液经操作a得KOH固体；

B．溶液：

滤渣中加入过量稀硫酸和足量双氧水，至不再出现气泡时，过滤；

C．测成分：

测步骤B中滤液成分，然后加入铁粉；

D．氧化：

加入双氧水氧化；

E.调pH：

滴加氨水调pH，经结晶处理得MnxZn（1-x）Fe2O4。

（1）浸取时的操作有______。

A．拆解、粉碎旧电池B．降低温度C．搅拌D．加压

（2）操作a为________。

（3）溶渣时生成Mn2+的主要离子方程式为______________________________。

（4）若步骤C测得滤液中金属离子组成为：

c（Mn2+）+c（Zn2+）=0.8mol/L

，c（Fe2+）=0.1mol/L。

若滤液体积为lm3,要合成MnxZn（1-x）Fe2O4，需加入Fe粉质量为___________kg（忽略体积变化）。

（5）氧化时，因为分解所需双氧水的量比理论值大得多。

其原因可能是①温度过高；②______。

（6）最后一步结晶时，处理不当易生成MnFe2O4和ZnFe2O4。

要制得MnxZn（1-x）Fe2O4，最后一步结晶时需注意______________________。

（7）某小组构想用ZnSO4、MnSO4溶液为原料，以Fe作电极用电解法经过一系列步骤制得MnxZn（1-x）Fe2O4，则开始电解时阳极反应式为___________________________________。

【答案】AC蒸发至有晶胶产生停止加热2MnO（OH）+H2O2+4H+==2Mn2++O2↑+4H2O84生成Fe3+起催化作用促使H2O2分解均匀结晶（或搅拌均匀）Fe-2e-=Fe2+

8．利用新方案和新工艺处理废旧铅酸蓄电池，可以达到节能减排、防治污染和资源循环利用的目的。

一种处理铅酸蓄电池的流程如下：

已知。

Ksp（PbSO4）=1.6×10-8）和Ksp（PbCO3）=1.4×10-14

（1）写出铅酸蓄电池放电时的总反应：

__________。

（2）废旧电池的预处理时需要将电池放电

完全，目的是__________。

（3）写出铅膏脱硫时的离子方程式__________。

（4）传统的铅蓄电池的处理工艺是将电池破碎后，洗涤，干燥，直接送入回转炉熔炼。

而该工艺使用纯碱脱硫的显著优点是__________。

（5）已知芒硝（Na2SO4·10H2O）的溶解度曲线如下图所示，则从Na2SO4溶液中结晶出Na2SO4晶体的方法是加热结晶、__________、用乙醇洗涤晶体。

用乙醇不用水洗涤的原因是__________。

（6）应用电化学原理，将铅膏转化为铅可以非常清洁处理蓄电池，其原理是先用细菌将铅膏转换为PbS，再用氟硼酸铁浸出PbS，化学方程式为：

PbS+2Fe[BF4]3=Pb[BF4]2+2Fe[BF4]2+S

最后通过电解浸出液得到金属铅，电解后的溶液可以循环使用，写出电解的总反应方程式__________。

【答案】

（1）Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

（2）将电极材料全部转换为PbSO4

（3）PbSO4+CO32－

PbCO3+SO42－

（4）可以减小污染，对环境友好

（5）趁热过滤；防止生成芒硝晶体

（6）Pb[BF4]2+2Fe[BF4]2

Pb+2Fe[BF4]3

（5）根据芒硝（Na2SO4·10H2O）的溶解度曲线可知，芒硝的溶解度在313K之前随温度的变化较大，从Na2SO4溶液中结晶出Na2SO4晶体，加热结晶后需趁热过滤，用乙醇洗涤晶体可以防止生成芒硝晶体；

（6）将铅膏转化为铅可以非常清洁处理蓄电池，其原理是先用细菌将铅膏转换为PbS，再用氟硼酸铁浸出PbS，化学方程式为：

PbS+2Fe[BF4]3=Pb[BF4]2+2Fe[BF4]2+S，最后通过电解浸出液：

Pb[BF4]2+2Fe[BF4]2，得到金属铅，过程为上述过程的逆过程，同时得到Fe[BF4]3，电解后的溶液可以循环使用，因此电解的总反应方程式为Pb[BF4]2+2Fe[BF4]2

Pb+2Fe[BF4]3。

9．废旧锌锰电池回收处理，既能减少它对环境的污染，又能实现废电池的资源化利用。

（1）回收二氯化锰。

将废旧锌锰电池处理，得到含MnO（OH）混合物，向该混合物加入浓盐酸并加热，试写出MnO（OH）与浓盐酸反应的化学方程式：

。

（2）制备锰锌铁氧体。

锰锌铁氧体可用作隐形飞机吸收雷达波的涂料。

一种以锌锰废电池为原料制备锰锌铁氧体的主要流程如下：

除汞时，铁粉的作用是_______________（填“氧化剂”或“还原剂”或“吸附剂”）；MnxZn1－xFe2O4中Fe元素为+3价，则Mn元素的化合价为。

（3）在不同pH下，KMnO4溶液对Hg的吸收率的影响及主要产物如下图。

据图说明pH对Hg吸收率的影响规律；在强酸性环境下Hg的吸收率高的原因可能是。

（4）锰回收新方法。

向含锰混合物加入一定量的稀硫酸、稀草酸，并不断搅拌至无气泡为止。

其主要反应为：

2MnO（OH）+MnO2+2H2C2O4+3H2SO4=3MnSO4+4CO2↑+6H2O

①每1molMnO2参加反应时，共有mol电子发生转移。

②新方法的优点是（答1点即可）。

【答案】（11分）

（1）2MnO（OH）+6HCl（浓）

2MnCl2+Cl2↑+4H2O

（2）还原剂；+2

（3）随pH的升高汞的吸收率先降低后增加；KMnO4在酸性条件下氧化性强（或其它合理答案）（2分）

（4）①4；②工艺流程简单；生成CO2和H2O不影响MnSO4纯度；反应过程无有毒有害物质生成，不造成二次污染；废物资源化等

（3）由图象可知，汞的吸收率随着pH的增大先降低后增加，在中性或碱性条件下KMnO4氧化性较低，而酸性条件下氧化性较强，所以作氧化剂时一般用酸性高锰酸钾溶液，故答案为：

随pH的升高汞的吸收率先降低后增加；KMnO4在酸性条件下氧化性强；

（4）①已知2MnO（OH）+MnO2+2H2C2O4+3H2SO4=3MnSO4+4CO2↑+6H2O，MnO2～2H2C2O4～4CO2，碳元素从+3价升高到+4，转移1个电子，当生成4molCO2时转移4mol电子，所以1molMnO2参加反应时生成4molCO2，转移4mol电子，故答案为：

4；

②分析回收工艺的优点从可操作性、产品的纯度、对环境的影响等方面分析，可知工艺流程简单；生成CO2和H2O不影响MnSO4纯度；反应过程无有毒有害物质生成，不造成二次污染；废物资源化等，故答案为：

工艺流程简单；生成CO2和H2O不影响MnSO4纯度；反应过程无有毒有害物质生