2022高考化學(xué) 難點(diǎn)剖析 專題52 廢舊電池的處理講解一、高考題再現(xiàn)1（2018課標(biāo)I）磷酸亞鐵鋰（LiFePO4）電池是新能源汽車的動力電池之一。采用濕法冶金工藝回收廢舊硫酸亞鐵鋰電池正極片中的金屬，其流程如下：下列敘述錯誤的是A 合理處理廢舊電池有利于保護(hù)環(huán)境和資源再利用B 從“正極片”中可回收的金屬元素有Al、Fe、LiC “沉淀”反應(yīng)的金屬離子為Fe3+D 上述流程中可用硫酸鈉代替碳酸鈉【答案】D2（2016北京）（12分）以廢舊鉛酸電池中的含鉛廢料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4為原料，制備高純PbO，實現(xiàn)鉛的再生利用。其工作流程如下： （1）過程中，在Fe2+催化下，Pb和PbO2反應(yīng)生成PbSO4的化學(xué)方程式是_。（2）過程中，F(xiàn)e2+催化過程可表示為：i：2Fe2+ PbO2+4H+SO422Fe3+PbSO4+2H2Oii: 寫出ii的離子方程式：_。下列實驗方案可證實上述催化過程。將實驗方案補(bǔ)充完整。a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液幾乎無色，再加入少量PbO2，溶液變紅。b._。（3）PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO（s）+NaOH（aq）NaHPbO2（aq），其溶解度曲線如圖所示。過程的目的是脫硫。濾液1經(jīng)處理后可在過程中重復(fù)使用，其目的是_._(選填序號)。A減少PbO的損失，提高產(chǎn)品的產(chǎn)率B重復(fù)利用氫氧化鈉，提高原料的利用率C增加Na2SO4濃度，提高脫硫效率過濾的目的是提純，綜合上述溶解度曲線，簡述過程的操作_。【答案】（1）Pb + PbO2 + 2H2SO42PbSO4+ 2H2O。 （2）2Fe3+Pb+SO42=PbSO4+2Fe2；取a中紅色溶液少量，加入過量Pb，充分反應(yīng)后，紅色褪去。（3）A、B；將粗PbO溶解在一定量35%NaOH溶液中，加熱至110，充分溶解后，趁熱過濾，冷卻結(jié)晶，過濾、洗滌并干燥得到PbO固體?！窘馕觥吭囶}分析：（1）根據(jù)題給化學(xué)工藝流程知，過程中，在Fe2催化下，Pb、PbO2和H2SO4反應(yīng)生成PbSO4和水，化學(xué)方程式為Pb + PbO2 + 2H2SO42PbSO4+ 2H2O。（2）催化劑通過參加反應(yīng)，改變反應(yīng)歷程，降低反應(yīng)的活化能，加快化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)反應(yīng)前后保持不變。根據(jù)題給信息知反應(yīng)i中Fe2被PbO2氧化為Fe3，則反應(yīng)ii中Fe3被Pb還原為Fe2，離子方程式為2Fe3+Pb+SO42=PbSO4+2Fe2；二、考點(diǎn)突破1、日常生活中處理典例1（2018屆湖南省雙峰縣第一中學(xué)高三上學(xué)期第二次月考）化學(xué)與生產(chǎn)、生活密切相關(guān)。對下列現(xiàn)象或事實解釋不正確的是 ( )選項現(xiàn)象或事實解釋A廢舊電池回收處理電池中含有重金屬離子，隨意丟棄會污染環(huán)境B硫的氧化物不能直接排放到空氣中能形成光化學(xué)煙霧C熱的純堿清除炊具殘留油污純堿水解成堿性D工業(yè)上常用電解法制Na、Mg電解池的陰極析出物有強(qiáng)還原性【答案】B【解析】A、電池中含有重金屬離子，隨意丟棄會污染環(huán)境，因此廢舊電池要回收處理，A正確；B、硫的氧化物容易形成酸雨，氮氧化物容易形成光化學(xué)煙霧，B錯誤；C、純堿水解顯堿性，加熱促進(jìn)水解，因此熱的純堿清除炊具殘留油污，C正確；D、鈉和鎂是活潑的金屬，工業(yè)上電解法制備，因此電解時陰極析出物有強(qiáng)還原性，D正確。2、工業(yè)處理（1）廢舊干電池處理典例2（2017屆陜西省西安市高三模擬一）研究發(fā)現(xiàn)：一節(jié)電池爛在地里，能夠使一平方米的土地失去利用價值。廢舊電池的危害上要集中在其中所含的少量重金屬上。將廢舊鋅錳電池回收處理，既能減少它對環(huán)境的污染，又能實現(xiàn)廢電池的資源化利用。（1）回收填料中的二氧化錳和氯化銨。已知：廢舊干電池填料的主要成分為二氧化錳、炭粉、氯化銨和氯化鋅等，其中氯化銨、氯化鋅可溶于水?；厥瘴镔|(zhì)的流程如圖所示。 操作中先將電池填料研碎的目的是：_。 操作l和操作2的名稱都是_，該操作中玻璃棒的作用是_。 灼燒濾渣l的目的是_。（2）回收二氯化錳：將廢舊鋅錳電池處理，得到含錳混合物，向該混合物加入濃鹽酸并加熱。寫出MnOOH與濃鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。 錳回收新方法：向廢舊鋅錳電池內(nèi)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），并不斷攪拌至無CO2產(chǎn)生為止，寫出MnOOH參與反應(yīng)的化學(xué)方程式_。與使用濃鹽酸回收錳相比，新方法的優(yōu)點(diǎn)是_（答l點(diǎn)即可）。（3）用廢電池的鋅皮可用于回收制作ZnSO4·7H2O。過程中，需除去鋅皮中的少量雜質(zhì)鐵，其方法是：常溫下，加入稀H2SO4和H2O2，鐵溶解變?yōu)镕e3+，加堿調(diào)節(jié)pH為4，使溶液中的Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，此時溶液中c(Fe3+)=_。繼續(xù)加堿調(diào)節(jié)pH為_時，鋅開始沉淀（假定Zn2+濃度為0.1mol/L）。部分難溶的電解質(zhì)溶度積常數(shù)（Ksp）如下表：【答案】增大接觸面積，加快反應(yīng)速率 過濾 引流 除去炭粉 2MnOOH+6HCl=2MnCl2+Cl2+4H2O 2MnOOH+H2C2O4+2H2SO4=2MnSO4+2CO2+4H2O 藝流程簡單：生成CO2和H2O不影響MnSO4純度；反應(yīng)過程無有毒有害物質(zhì)生成，不造成二次污染；廢物資源化等（答1點(diǎn)即可） 2.6×10-9 6 灼燒濾渣l的目的是除去炭粉。（2）MnOOH與濃鹽酸反應(yīng)生成二氯化錳、氯氣和水，利用化合價升降法配平，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2MnOOH+6HCl=2MnCl2+Cl2+4H2O。MnOOH與稀硫酸和稀草酸（H2C2O4）反應(yīng)生成硫酸錳、二氧化碳和水，利用化合價升降法配平，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2MnOOH+H2C2O4+2H2SO4=2MnSO4+2CO2+4H2O 。與使用濃鹽酸回收錳相比，新方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝流程簡單：生成CO2和H2O不影響MnSO4純度；反應(yīng)過程無有毒有害物質(zhì)生成，不造成二次污染；廢物資源化等。（3）溶液的pH為4，c(OH-)=1×10-10mol/L，又KspFe(OH)3=c(Fe3+)c3(OH-)=2.6×10-39，此時溶液中c(Fe3+)= 2.6×10-9mol/L。KspZn(OH)2=c(Zn2+)c2(OH-)=10-17，若Zn2+濃度為0.1mol/L，則c(OH-)=10-8mol/L，c(H+)=10-6mol/L，pH=6。（2）鉛酸電池處理典例3（2018屆湖南省瀏陽一中、株洲二中等湘東五校高三12月聯(lián)考）利用新方案和新工藝處理廢舊鉛酸蓄電池，可以達(dá)到節(jié)能減排、防治污染和資源循環(huán)利用的目的。一種處理鉛酸蓄電池的流程如下：已知：Ksp(PbSO4)=1.6×108)和Ksp(PbCO3)=7.4×1014寫出鉛酸蓄電池放電時的總反應(yīng)_；廢舊電池的預(yù)處理時需要將電池放電完全，目的是_；寫出鉛膏脫硫時的離子方程式_。傳統(tǒng)的鉛蓄電池的處理工藝是將電池破碎后，洗滌，干燥，直接送入回轉(zhuǎn)爐熔煉。而該工藝使用純堿脫硫的顯著優(yōu)點(diǎn)是_。從Na2SO4溶液中結(jié)晶出Na2SO4·10H2O晶體的方法是蒸發(fā)濃縮、_、過濾洗滌，洗滌時用乙醇洗滌晶體，用乙醇而不用水洗滌的原因是_?！敬鸢浮縋b+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 將電極材料全部轉(zhuǎn)換為PbSO4 PbSO4(s)+CO32(aq)PbCO3 (s)+ SO42(aq) 可以減小污染，對環(huán)境友好 冷卻結(jié)晶 防止硫酸鈉晶體溶解，降低產(chǎn)品損耗【解析】試題分析：（1）鉛酸蓄電池放電時鉛、二氧化鉛、硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛和水；（2）將電池放電完全電極材料全部轉(zhuǎn)換為PbSO4；（3）根據(jù)流程圖，鉛膏的成分是硫酸鉛，硫酸鉛與碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鉛、硫酸鈉；（4）硫酸鉛熔煉可以生成污染性的二氧化硫氣體；（5）采用蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶的方法從Na2SO4溶液中結(jié)晶出Na2SO4·10H2O；硫酸鈉難溶于乙醇，用乙醇洗滌晶體可以減少硫酸鈉晶體溶解。（3）鋰電池處理典例4（2018屆山西省高三第一次模擬考試）鈷酸鋰(LiCoO2)電池是一種應(yīng)用廣泛的新型電源，電池中含有少量的鋁、鐵、碳等單質(zhì)。實驗室嘗試對廢舊鈷酸鋰電池回收再利用。實驗過程如下：已知：還原性：Cl->Co2+；Fe3+和C2O42-結(jié)合生成較穩(wěn)定的 Fe(C2O4)33-，在強(qiáng)酸性條件下分解重新生成Fe3+?；卮鹣铝袉栴}：（1）廢舊電池初步處理為粉末狀的目的是_。（2）從含鋁廢液得到Al(OH)3的離子反應(yīng)方程式為_。（3）濾液A中的溶質(zhì)除HCl、LiCl外還有_（填化學(xué)式）。寫出LiCoO2和鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式_。（4）濾渣的主要成分為_（填化學(xué)式）。（5）在空氣中加熱一定質(zhì)量的CoC2O4·2H2O固體樣品時，其固體失重率數(shù)據(jù)見下表，請補(bǔ)充完整表中問題。已知：CoC2O4在空氣中加熱時的氣體產(chǎn)物為CO2固體失重率=對應(yīng)溫度下樣品失重的質(zhì)量/樣品的初始質(zhì)量序號溫度范圍/化學(xué)方程式固體失重率120-220CoC2O4·2H2OCoC2O4+2H2O19.67%300350_59.02%（6）已知Li2CO3的溶度積常數(shù)Ksp=8.64×10-4，將濃度為0.02mol·L-1的Li2SO4和濃度為0.02 mol·L-1的Na2CO3溶液等體積混合，則溶液中的Li+濃度為_mol·L-1（7）從FeCl3溶液得到FeCl3·6H2O固體的操作關(guān)鍵是_。【答案】 增大接觸面積，加快反應(yīng)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 加入適量鹽酸（或通入適量氯化氫氣體） (4). 因單質(zhì)碳不溶于堿、鹽酸和水，所以濾渣的主要成分是單質(zhì)碳，故答案為：C；(5).設(shè)有1molCoC2O4·2H2O受熱分解，由題中信息可知，在300350時，固體失重率為59.02%，所以固體的殘留率為40.98%，質(zhì)量為75g，因為1molCo全部留在固體中，所以O(shè)的質(zhì)量為16g，Co和O的原子個數(shù)比為1:1，固體產(chǎn)物為CoO，已知?dú)怏w產(chǎn)物為CO2，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CoC2O4+O22CaO+ 4CO2；(6). 將濃度為0.02mol·L-1的Li2SO4和濃度為0.02 mol·L-1的Na2CO3溶液等體積混合，溶液體積變?yōu)樵瓉淼?倍，Qc=c(Li+)2×c(CO32)=(0.02mol/L)2×0.01mol/L=4×106Ksp，所以兩溶液混合后不產(chǎn)生沉淀，Li+的濃度為0.02mol/L；(7). 加熱蒸發(fā)FeCl3溶液得FeCl3·6H2O固體時，會促進(jìn)Fe3的水解，最終得到Fe(OH)3固體，因此在加熱蒸發(fā)FeCl3溶液時，要加入適量的鹽酸（或通入適量氯化氫氣體）抑制Fe3的水解。（4）鋅錳電池處理典例5鋅錳電池(俗稱干電池)在生活中的用量很大。兩種鋅錳電池的構(gòu)造圖如圖(a)所示。回答下列問題：（1）普通鋅錳電池放電時發(fā)生的主要反應(yīng)為：Zn2NH4Cl2MnO2=Zn(NH3)2Cl22MnOOH該電池中，負(fù)極材料主要是_，電解質(zhì)的主要成分是_，正極發(fā)生的主要反應(yīng)是_。與普通鋅錳電池相比，堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)有_。（任寫一條）（2）圖(b)表示回收利用廢舊普通鋅錳電池的一種工藝(不考慮廢舊電池中實際存在的少量其他金屬)。圖(b)中產(chǎn)物的化學(xué)式分別為A_，B_。（3）操作a中得到熔塊的主要成分是K2MnO4。操作b中，綠色的K2MnO4溶液反應(yīng)后生成紫色溶液D和一種黑褐色固體C，該反應(yīng)的離子方程式為_。采用惰性電極電解K2MnO4溶液也能得到化合物D，則陰極處得到的主要物質(zhì)是_。(填化學(xué)式)【答案】ZnNH4ClMnO2NHe=MnOOHNH3堿性電池比能量高；可儲存時間長；或堿性電池使用壽命長（因為金屬材料在堿性電解質(zhì)比在酸性電解質(zhì)的穩(wěn)定性好）；堿性電池不容易發(fā)生電解質(zhì)溶液泄漏（因為消耗的負(fù)極改裝在電池的內(nèi)部）ZnCl2NH4Cl3MnO2CO2=2MnOMnO22COH2【解析】 (3)綠色的K2MnO4溶液發(fā)生反應(yīng)后生成紫色的高錳酸鉀溶液和黑褐色的二氧化錳，該反應(yīng)的離子方程式為3MnO42-+2CO2=2MnO4-+MnO2+2CO32-；采用惰性電極電解K2MnO4溶液生成高錳酸鉀發(fā)生氧化反應(yīng)，則陰極發(fā)生還原反應(yīng)，溶液中的氫離子得電子生成氫氣。5、鎳電池處理案例6（2018屆重慶市第一中學(xué)高三下學(xué)期第一次月考）廢舊電池若不進(jìn)行回收利用，將對水體產(chǎn)生嚴(yán)重污染。某興趣小組對廢舊鎳電池正極材料由Ni(OH)2、碳粉、Fe2O3等涂覆在鋁箔上制成進(jìn)行回收研究，設(shè)計實驗流程如下圖所示：已知：NiCl2 易溶于水，F(xiàn)e3+不能氧化Ni2+,Cl2能氧化Ni2+為Ni3+;NiO+2HCl=NiCl2+H2O;Fe3+、Al3+、Ni3+以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH 如下表所示：離子Fe3+Al3+Ni2+開始沉淀時的pH1.53.57.0完全沉淀時的pH3.24.89.0KspNi(OH)2=5.0×10-16，Ksp(NiC2O4)=4.0×10-10。請回答下列問題：（1） 酸溶后所留殘渣的主要成份_(填物質(zhì)名稱)。（2）步驟X的操作為用NiO調(diào)節(jié)溶液pH，首先析出的沉淀是_(填化學(xué)式)，調(diào)節(jié)過程中pH不能低于_。（3）已知溶解度： NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O ，則加入Na2C2O4溶液后析出的沉淀是_。（4）寫出生成沉淀的離子方程式_，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_。（5）用化學(xué)反應(yīng)方程式表示沉淀轉(zhuǎn)化為Ni(OH)3_。（6） 過濾后如何檢驗Ni(OH)3已洗滌干凈_。【答案】 碳粉 Fe(OH)3 4.8 NiC2O4·2H2O NiC2O4+2OH-=Ni(OH)2+C2O42- (2分)(或NiC2O4·2H2O+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-+2H2O) 8.0×105 Cl2+2Ni(OH)2+2NaOH=2Ni(OH)3+2NaCl 取少量最后一次洗滌液于試管中，加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，證明沉淀已洗滌干凈（3）已知溶解度：NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O，則加入Na2C2O4溶液后析出的沉淀是NiC2O4·2H2O；正確答案：NiC2O4·2H2O。（4）過濾得到晶體NiC2O4·2H2O，在堿性環(huán)境下發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成Ni(OH)2，生成沉淀的離子方程式NiC2O4·2H2O+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-+2H2O；或NiC2O4+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-；該反應(yīng)的平衡常數(shù)為c(C2O42-)/c2(OH-)= c(C2O42-)×c(Ni 2+)/ c2(OH-)×c(Ni 2+)=Ksp(NiC2O4)/ KspNi(OH)2= 4.0×10-10/5.0×10-16=8.0×105；正確答案：NiC2O4+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-(或NiC2O4·2H2O+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-+2H2O) ； 8.0×105 。 （5）濾液為與的混合液，電解該混合液時，陽極發(fā)生反應(yīng)；氯氣在堿性環(huán)境下氧化Ni(OH)2生成Ni(OH)3，化學(xué)反應(yīng)方程式為：Cl2+2Ni(OH)2+2NaOH=2Ni(OH)3+2NaCl ；正確答案：Cl2+2Ni(OH)2+2NaOH=2Ni(OH)3+2NaCl。（6） 該反應(yīng)Cl2+2Ni(OH)2+2NaOH=2Ni(OH)3+2NaCl發(fā)生后，得到Ni(OH)3沉淀和氯化鈉溶液，檢驗Ni(OH)3已洗滌干凈的方法就是要檢驗氯離子是否存在；正確答案：取少量最后一次洗滌液于試管中，加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，證明沉淀已洗滌干凈。