2022高考化学 难点剖析 专题52 废旧电池的处理讲解

2022高考化学 难点剖析 专题52 废旧电池的处理讲解一、高考题再现1（2018课标I）磷酸亚铁锂（LiFePO4）电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧硫酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：下列叙述错误的是A 合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用B 从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、LiC “沉淀”反应的金属离子为Fe3+D 上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠【答案】D2（2016北京）（12分）以废旧铅酸电池中的含铅废料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下： （1）过程中，在Fe2+催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是_。（2）过程中，Fe2+催化过程可表示为：i：2Fe2+ PbO2+4H+SO422Fe3+PbSO4+2H2Oii: 写出ii的离子方程式：_。下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO2，溶液变红。b._。（3）PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO（s）+NaOH（aq）NaHPbO2（aq），其溶解度曲线如图所示。过程的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程中重复使用，其目的是_._(选填序号)。A减少PbO的损失，提高产品的产率B重复利用氢氧化钠，提高原料的利用率C增加Na2SO4浓度，提高脱硫效率过滤的目的是提纯，综合上述溶解度曲线，简述过程的操作_。【答案】（1）Pb + PbO2 + 2H2SO42PbSO4+ 2H2O。 （2）2Fe3+Pb+SO42=PbSO4+2Fe2；取a中红色溶液少量，加入过量Pb，充分反应后，红色褪去。（3）A、B；将粗PbO溶解在一定量35%NaOH溶液中，加热至110，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤、洗涤并干燥得到PbO固体。【解析】试题分析：（1）根据题给化学工艺流程知，过程中，在Fe2催化下，Pb、PbO2和H2SO4反应生成PbSO4和水，化学方程式为Pb + PbO2 + 2H2SO42PbSO4+ 2H2O。（2）催化剂通过参加反应，改变反应历程，降低反应的活化能，加快化学反应速率，而本身的质量和化学性质反应前后保持不变。根据题给信息知反应i中Fe2被PbO2氧化为Fe3，则反应ii中Fe3被Pb还原为Fe2，离子方程式为2Fe3+Pb+SO42=PbSO4+2Fe2；二、考点突破1、日常生活中处理典例1（2018届湖南省双峰县第一中学高三上学期第二次月考）化学与生产、生活密切相关。对下列现象或事实解释不正确的是 ( )选项现象或事实解释A废旧电池回收处理电池中含有重金属离子，随意丢弃会污染环境B硫的氧化物不能直接排放到空气中能形成光化学烟雾C热的纯碱清除炊具残留油污纯碱水解成碱性D工业上常用电解法制Na、Mg电解池的阴极析出物有强还原性【答案】B【解析】A、电池中含有重金属离子，随意丢弃会污染环境，因此废旧电池要回收处理，A正确；B、硫的氧化物容易形成酸雨，氮氧化物容易形成光化学烟雾，B错误；C、纯碱水解显碱性，加热促进水解，因此热的纯碱清除炊具残留油污，C正确；D、钠和镁是活泼的金属，工业上电解法制备，因此电解时阴极析出物有强还原性，D正确。2、工业处理（1）废旧干电池处理典例2（2017届陕西省西安市高三模拟一）研究发现：一节电池烂在地里，能够使一平方米的土地失去利用价值。废旧电池的危害上要集中在其中所含的少量重金属上。将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）回收填料中的二氧化锰和氯化铵。已知：废旧干电池填料的主要成分为二氧化锰、炭粉、氯化铵和氯化锌等，其中氯化铵、氯化锌可溶于水。回收物质的流程如图所示。 操作中先将电池填料研碎的目的是：_。 操作l和操作2的名称都是_，该操作中玻璃棒的作用是_。 灼烧滤渣l的目的是_。（2）回收二氯化锰：将废旧锌锰电池处理，得到含锰混合物，向该混合物加入浓盐酸并加热。写出MnOOH与浓盐酸反应的化学方程式：_。 锰回收新方法：向废旧锌锰电池内的混合物主要成分MnOOH、Zn(OH)2中加入一定量的稀硫酸和稀草酸（H2C2O4），并不断搅拌至无CO2产生为止，写出MnOOH参与反应的化学方程式_。与使用浓盐酸回收锰相比，新方法的优点是_（答l点即可）。（3）用废电池的锌皮可用于回收制作ZnSO47H2O。过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁，其方法是：常温下，加入稀H2SO4和H2O2，铁溶解变为Fe3+，加碱调节pH为4，使溶液中的Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，此时溶液中c(Fe3+)=_。继续加碱调节pH为_时，锌开始沉淀（假定Zn2+浓度为0.1mol/L）。部分难溶的电解质溶度积常数（Ksp）如下表：【答案】增大接触面积，加快反应速率 过滤 引流 除去炭粉 2MnOOH+6HCl=2MnCl2+Cl2+4H2O 2MnOOH+H2C2O4+2H2SO4=2MnSO4+2CO2+4H2O 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（答1点即可） 2.610-9 6 灼烧滤渣l的目的是除去炭粉。（2）MnOOH与浓盐酸反应生成二氯化锰、氯气和水，利用化合价升降法配平，该反应的化学方程式为2MnOOH+6HCl=2MnCl2+Cl2+4H2O。MnOOH与稀硫酸和稀草酸（H2C2O4）反应生成硫酸锰、二氧化碳和水，利用化合价升降法配平，该反应的化学方程式为2MnOOH+H2C2O4+2H2SO4=2MnSO4+2CO2+4H2O 。与使用浓盐酸回收锰相比，新方法的优点是工艺流程简单：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）溶液的pH为4，c(OH-)=110-10mol/L，又KspFe(OH)3=c(Fe3+)c3(OH-)=2.610-39，此时溶液中c(Fe3+)= 2.610-9mol/L。KspZn(OH)2=c(Zn2+)c2(OH-)=10-17，若Zn2+浓度为0.1mol/L，则c(OH-)=10-8mol/L，c(H+)=10-6mol/L，pH=6。（2）铅酸电池处理典例3（2018届湖南省浏阳一中、株洲二中等湘东五校高三12月联考）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)=1.6108)和Ksp(PbCO3)=7.41014写出铅酸蓄电池放电时的总反应_；废旧电池的预处理时需要将电池放电完全，目的是_；写出铅膏脱硫时的离子方程式_。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_。从Na2SO4溶液中结晶出Na2SO410H2O晶体的方法是蒸发浓缩、_、过滤洗涤，洗涤时用乙醇洗涤晶体，用乙醇而不用水洗涤的原因是_。【答案】Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 将电极材料全部转换为PbSO4 PbSO4(s)+CO32(aq)PbCO3 (s)+ SO42(aq) 可以减小污染，对环境友好 冷却结晶 防止硫酸钠晶体溶解，降低产品损耗【解析】试题分析：（1）铅酸蓄电池放电时铅、二氧化铅、硫酸反应生成硫酸铅和水；（2）将电池放电完全电极材料全部转换为PbSO4；（3）根据流程图，铅膏的成分是硫酸铅，硫酸铅与碳酸钠反应生成碳酸铅、硫酸钠；（4）硫酸铅熔炼可以生成污染性的二氧化硫气体；（5）采用蒸发浓缩、降温结晶的方法从Na2SO4溶液中结晶出Na2SO410H2O；硫酸钠难溶于乙醇，用乙醇洗涤晶体可以减少硫酸钠晶体溶解。（3）锂电池处理典例4（2018届山西省高三第一次模拟考试）钴酸锂(LiCoO2)电池是一种应用广泛的新型电源，电池中含有少量的铝、铁、碳等单质。实验室尝试对废旧钴酸锂电池回收再利用。实验过程如下：已知：还原性：Cl-Co2+；Fe3+和C2O42-结合生成较稳定的 Fe(C2O4)33-，在强酸性条件下分解重新生成Fe3+。回答下列问题：（1）废旧电池初步处理为粉末状的目的是_。（2）从含铝废液得到Al(OH)3的离子反应方程式为_。（3）滤液A中的溶质除HCl、LiCl外还有_（填化学式）。写出LiCoO2和盐酸反应的化学方程式_。（4）滤渣的主要成分为_（填化学式）。（5）在空气中加热一定质量的CoC2O42H2O固体样品时，其固体失重率数据见下表，请补充完整表中问题。已知：CoC2O4在空气中加热时的气体产物为CO2固体失重率=对应温度下样品失重的质量/样品的初始质量序号温度范围/化学方程式固体失重率120-220CoC2O42H2OCoC2O4+2H2O19.67%300350_59.02%（6）已知Li2CO3的溶度积常数Ksp=8.6410-4，将浓度为0.02molL-1的Li2SO4和浓度为0.02 molL-1的Na2CO3溶液等体积混合，则溶液中的Li+浓度为_molL-1（7）从FeCl3溶液得到FeCl36H2O固体的操作关键是_。【答案】 增大接触面积，加快反应速率，提高浸出率 AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3+HCO3- FeCl3、CoCl2 2LiCoO2+8HCl=2CoCl2+Cl2+4H2O+2LiCl C 2CoC2O4+O22CaO+ 4CO2 0.02 加入适量盐酸（或通入适量氯化氢气体） (4). 因单质碳不溶于碱、盐酸和水，所以滤渣的主要成分是单质碳，故答案为：C；(5).设有1molCoC2O42H2O受热分解，由题中信息可知，在300350时，固体失重率为59.02%，所以固体的残留率为40.98%，质量为75g，因为1molCo全部留在固体中，所以O的质量为16g，Co和O的原子个数比为1:1，固体产物为CoO，已知气体产物为CO2，根据得失电子守恒和原子守恒，该反应的化学方程式为：2CoC2O4+O22CaO+ 4CO2；(6). 将浓度为0.02molL-1的Li2SO4和浓度为0.02 molL-1的Na2CO3溶液等体积混合，溶液体积变为原来的2倍，Qc=c(Li+)2c(CO32)=(0.02mol/L)20.01mol/L=4106Ksp，所以两溶液混合后不产生沉淀，Li+的浓度为0.02mol/L；(7). 加热蒸发FeCl3溶液得FeCl36H2O固体时，会促进Fe3的水解，最终得到Fe(OH)3固体，因此在加热蒸发FeCl3溶液时，要加入适量的盐酸（或通入适量氯化氢气体）抑制Fe3的水解。（4）锌锰电池处理典例5锌锰电池(俗称干电池)在生活中的用量很大。两种锌锰电池的构造图如图(a)所示。回答下列问题：（1）普通锌锰电池放电时发生的主要反应为：Zn2NH4Cl2MnO2=Zn(NH3)2Cl22MnOOH该电池中，负极材料主要是_，电解质的主要成分是_，正极发生的主要反应是_。与普通锌锰电池相比，碱性锌锰电池的优点有_。（任写一条）（2）图(b)表示回收利用废旧普通锌锰电池的一种工艺(不考虑废旧电池中实际存在的少量其他金属)。图(b)中产物的化学式分别为A_，B_。（3）操作a中得到熔块的主要成分是K2MnO4。操作b中，绿色的K2MnO4溶液反应后生成紫色溶液D和一种黑褐色固体C，该反应的离子方程式为_。采用惰性电极电解K2MnO4溶液也能得到化合物D，则阴极处得到的主要物质是_。(填化学式)【答案】ZnNH4ClMnO2NHe=MnOOHNH3碱性电池比能量高；可储存时间长；或碱性电池使用寿命长（因为金属材料在碱性电解质比在酸性电解质的稳定性好）；碱性电池不容易发生电解质溶液泄漏（因为消耗的负极改装在电池的内部）ZnCl2NH4Cl3MnO2CO2=2MnOMnO22COH2【解析】 (3)绿色的K2MnO4溶液发生反应后生成紫色的高锰酸钾溶液和黑褐色的二氧化锰，该反应的离子方程式为3MnO42-+2CO2=2MnO4-+MnO2+2CO32-；采用惰性电极电解K2MnO4溶液生成高锰酸钾发生氧化反应，则阴极发生还原反应，溶液中的氢离子得电子生成氢气。5、镍电池处理案例6（2018届重庆市第一中学高三下学期第一次月考）废旧电池若不进行回收利用，将对水体产生严重污染。某兴趣小组对废旧镍电池正极材料由Ni(OH)2、碳粉、Fe2O3等涂覆在铝箔上制成进行回收研究，设计实验流程如下图所示：已知：NiCl2易溶于水，Fe3+不能氧化Ni2+,Cl2能氧化Ni2+为Ni3+;NiO+2HCl=NiCl2+H2O;Fe3+、Al3+、Ni3+以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表所示：离子Fe3+Al3+Ni2+开始沉淀时的pH1.53.57.0完全沉淀时的pH3.24.89.0KspNi(OH)2=5.010-16，Ksp(NiC2O4)=4.010-10。请回答下列问题：（1）酸溶后所留残渣的主要成份_(填物质名称)。（2）步骤X的操作为用NiO调节溶液pH，首先析出的沉淀是_(填化学式)，调节过程中pH不能低于_。（3）已知溶解度：NiC2O4NiC2O4H2ONiC2O42H2O，则加入Na2C2O4溶液后析出的沉淀是_。（4）写出生成沉淀的离子方程式_，该反应的平衡常数为_。（5）用化学反应方程式表示沉淀转化为Ni(OH)3_。（6）过滤后如何检验Ni(OH)3已洗涤干净_。【答案】 碳粉 Fe(OH)3 4.8 NiC2O42H2O NiC2O4+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-(2分)(或NiC2O42H2O+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-+2H2O) 8.0105 Cl2+2Ni(OH)2+2NaOH=2Ni(OH)3+2NaCl 取少量最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若不产生白色沉淀，证明沉淀已洗涤干净（3）已知溶解度：NiC2O4NiC2O4H2ONiC2O42H2O，则加入Na2C2O4溶液后析出的沉淀是NiC2O42H2O；正确答案：NiC2O42H2O。（4）过滤得到晶体NiC2O42H2O，在碱性环境下发生复分解反应，生成Ni(OH)2，生成沉淀的离子方程式NiC2O42H2O+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-+2H2O；或NiC2O4+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-；该反应的平衡常数为c(C2O42-)/c2(OH-)= c(C2O42-)c(Ni 2+)/ c2(OH-)c(Ni 2+)=Ksp(NiC2O4)/ KspNi(OH)2= 4.010-10/5.010-16=8.0105；正确答案：NiC2O4+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-(或NiC2O42H2O+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-+2H2O) ； 8.0105 。 （5）滤液为与的混合液，电解该混合液时，阳极发生反应；氯气在碱性环境下氧化Ni(OH)2生成Ni(OH)3，化学反应方程式为：Cl2+2Ni(OH)2+2NaOH=2Ni(OH)3+2NaCl ；正确答案：Cl2+2Ni(OH)2+2NaOH=2Ni(OH)3+2NaCl。（6）该反应Cl2+2Ni(OH)2+2NaOH=2Ni(OH)3+2NaCl发生后，得到Ni(OH)3沉淀和氯化钠溶液，检验Ni(OH)3已洗涤干净的方法就是要检验氯离子是否存在；正确答案：取少量最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若不产生白色沉淀，证明沉淀已洗涤干净。