研究性实验 实验方案： 从废旧电池中回收锰制备碳酸锰
（草酸法）
一、实验目的
1、学习研究式实验的探究方法，设计实验并完成，检验实验效果。 2、对比不同方法，包括实验室制备与工业化生产的不同，讨论方法的优缺点，并分析不同条件对结果的影响。 3、探究实验室回收旧电池和制备碳酸锰的方法。 二、实验原理 1、制备
（1）不同电池的原料与配比会有一定差异，但锰都主要集中在由ZnCl 2,NH 4Cl,MnO 2, 乙炔黑，石墨组成的炭包内，因此实验取炭包进行锰的回收。
（2）为除去ZnCl 2,NH 4Cl ，以及一些电池可能含有的ZnO ，用酸浸炭包，并用纯水洗至无氯离子。检验使用硝酸酸化的硝酸银。收集滤渣。灼烧至500到600摄氏度，除碳。
（3）还原为实验的关键步骤。使用草酸法进行。反应的方程式为： MnO 2 + H2C 2O 4 + 4H+ = Mn2+ + 2CO2 + 2H2O ，
MnO 2+2MnOOH+2H2C 2O 4+3H2SO 4=3MnSO4+4CO2+6H2O ，MnO+H2SO 4=MnSO4+H2O 。 （4）取滤液, 滤液中可能含有二价铁离子，加入适量双氧水氧化，检验铁离子，存在，加入少量醋酸—醋酸钠缓冲溶液，调pH4到5除铁，之后，加热除过氧化氢。
- 1 –
（5）沉淀。加碳酸氢铵，小心调pH 至8，沉淀。滤出沉淀后80至90度烘干。方程式为：MnSO 4+2NH4HCO 3=MnCO3↓+(NH4) 2SO 4+CO2↑+H2O 。 2、纯度分析
用盐酸溶解样品，用EDTA 标准液滴定至紫红色变为纯蓝色即为终点。方程式为：2HCl+MnCO3=MnCl2+CO2↑。计算公式Mn%=VC×5.494/M。 三、实验过程 1、制备
（1）剖开电池取炭包，使用至少2节5号电池 （2）用20ml 6mol/L硫酸酸浸20min ，使用50ml 烧杯
（3）减压过滤，用纯水洗至无氯离子，使用2-3滴 1mol/L硝酸，1滴0.1mol/L硝酸银进行检验，无白色沉淀即洗净。取滤渣。 （4）将滤渣置于坩埚中，灼烧至无火星后再灼烧5分钟。
（5）取5克固体于100ml 烧杯中，加入10ml 6mol/L硫酸，10ml 纯水，搅拌。使用50ml 烧杯，将3.5克草酸溶于约20ml 纯水中，边搅拌边加入到有固体的100ml 烧杯中。再搅拌、静置几分钟，充分反应。 （6）减压过滤，取滤液于250ml 烧杯中。用小试管取约3滴滤液，加1滴3%过氧化氢，震荡，加1滴硫氰化钾，检验三价铁，有红色则有铁存在。若存在，在烧杯中加入1ml 3%过氧化氢，搅拌。用1:1氨水调PH 约4.5(使用PH 记或精密PH 试纸测量) ，加入5ml 醋酸钠-醋酸缓冲液，1-2克活性炭，充分沉淀，过滤，弃去沉淀物。如无不需要加双氧水等。
（7）用7.5%碳酸氢铵调PH 约8，沉淀出碳酸锰。放置1周，陈化。
（8）减压过滤沉淀，纯水洗至无硫酸根，用2滴0.5%氯化钡检验。80-90摄氏度烘干1h 。 2、纯度检验
准确称取0.18克样品，称准至0.0002克，加20ml 纯水，滴加6M 盐酸，水浴至溶解。加100ml 纯水，2ml 10%盐酸羟胺，用0.05M EDTA滴定，近终点，加10ml 氨—氯化铵溶液（pH=10）和5滴5%铬黑T 指示剂，滴定至变为纯蓝色。 四、注意事项
1、电池中含有有毒物质，剖开电池时要小心。
2、加入硫酸、草酸处理样品时，可以适当水浴加热，但温度不要过高，否则草酸分解，不能用于还原反应，加入酸时要缓慢。草酸量不能多，不然产品纯度不好。本实验用量小于理论值。
3、四步中如检出含有铁离子，要在样品中加入醋酸—醋酸钠缓冲液控制pH 在4至5，双氧水氧化二价铁至三价，充分沉淀去除铁，必要可以加活性炭进行吸附, 防止沉淀颗粒太小，不易滤除。注意缓冲液不能太多，防止之后不易调pH 到沉淀所需。双氧水更要控制量，同时去铁后要加热除双氧水，防止pH 升高后氧化二价锰。
4、沉淀时加碳酸氢铵要慢，多搅动，沉淀后要放置陈化。判断沉淀完全与否，在上清液中再加沉淀剂，无沉淀再生成则已完全。 5、纯度检验时加入缓冲液和指示剂的时机要把握好，不然会影响结果的准确度。EDTA 需要预先标定。若时间允许应多做几组平行实验。
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6、本实验中涉及的过滤全部使用减压过滤以提高实验效率。由于硫酸对滤纸有腐蚀作用，注意过滤时动作要尽量快，不要出现使沉淀长时间置于滤纸上的情况。 五、仪器及试剂浓度、用量
1、仪器（未注明数量的，数量都为1）
剪刀、钳子、药匙、抽滤装置、PH 计（或精密PH 试纸）、坩埚、坩埚钳、煤气灯、三脚架、泥三角、石棉网、烘箱、干燥器、电子天平、台天平、滴定管、铁架台、蝴蝶夹、玻璃棒4只、胶头滴管2只、小试管10只、试管架、洗瓶、烧杯（50ml 2只，100ml 2只,250ml 2只,400ml 1只, 根据是否需要自己配置溶液等再取若干只）、表面皿（5cm 2只,9cm 2只）、100ml 大量筒、10ml 小量筒、记号笔 2、试剂（用量会随原料的不同，实验中的实际问题稍有不同）
六、实验现象记录 1、制备
2、纯度检验
七、实验数据记录 1、制备
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（1）原料相关参数 电池型号、数目：
取出的炭包质量（g ）: 灼烧后产物质量（g ）： (2)产率
2、纯度检测（EDTA 浓度= mol/L）
3、成本与利润的核算 （1）成本
（2）利润
产品质量： 估算售价： 总值： 利润： 八、实验评价
1、与其它实验室制法的比较（产率、纯度、成本等）
2、与工业制法的比较，及本方法用于大规模实践的可行性分析
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研究性实验 实验方案： 从废旧电池中回收锰制备碳酸锰
（草酸法）
一、实验目的
1、学习研究式实验的探究方法，设计实验并完成，检验实验效果。 2、对比不同方法，包括实验室制备与工业化生产的不同，讨论方法的优缺点，并分析不同条件对结果的影响。 3、探究实验室回收旧电池和制备碳酸锰的方法。 二、实验原理 1、制备
（1）不同电池的原料与配比会有一定差异，但锰都主要集中在由ZnCl 2,NH 4Cl,MnO 2, 乙炔黑，石墨组成的炭包内，因此实验取炭包进行锰的回收。
（2）为除去ZnCl 2,NH 4Cl ，以及一些电池可能含有的ZnO ，用酸浸炭包，并用纯水洗至无氯离子。检验使用硝酸酸化的硝酸银。收集滤渣。灼烧至500到600摄氏度，除碳。
（3）还原为实验的关键步骤。使用草酸法进行。反应的方程式为： MnO 2 + H2C 2O 4 + 4H+ = Mn2+ + 2CO2 + 2H2O ，
MnO 2+2MnOOH+2H2C 2O 4+3H2SO 4=3MnSO4+4CO2+6H2O ，MnO+H2SO 4=MnSO4+H2O 。 （4）取滤液, 滤液中可能含有二价铁离子，加入适量双氧水氧化，检验铁离子，存在，加入少量醋酸—醋酸钠缓冲溶液，调pH4到5除铁，之后，加热除过氧化氢。
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（5）沉淀。加碳酸氢铵，小心调pH 至8，沉淀。滤出沉淀后80至90度烘干。方程式为：MnSO 4+2NH4HCO 3=MnCO3↓+(NH4) 2SO 4+CO2↑+H2O 。 2、纯度分析
用盐酸溶解样品，用EDTA 标准液滴定至紫红色变为纯蓝色即为终点。方程式为：2HCl+MnCO3=MnCl2+CO2↑。计算公式Mn%=VC×5.494/M。 三、实验过程 1、制备
（1）剖开电池取炭包，使用至少2节5号电池 （2）用20ml 6mol/L硫酸酸浸20min ，使用50ml 烧杯
（3）减压过滤，用纯水洗至无氯离子，使用2-3滴 1mol/L硝酸，1滴0.1mol/L硝酸银进行检验，无白色沉淀即洗净。取滤渣。 （4）将滤渣置于坩埚中，灼烧至无火星后再灼烧5分钟。
（5）取5克固体于100ml 烧杯中，加入10ml 6mol/L硫酸，10ml 纯水，搅拌。使用50ml 烧杯，将3.5克草酸溶于约20ml 纯水中，边搅拌边加入到有固体的100ml 烧杯中。再搅拌、静置几分钟，充分反应。 （6）减压过滤，取滤液于250ml 烧杯中。用小试管取约3滴滤液，加1滴3%过氧化氢，震荡，加1滴硫氰化钾，检验三价铁，有红色则有铁存在。若存在，在烧杯中加入1ml 3%过氧化氢，搅拌。用1:1氨水调PH 约4.5(使用PH 记或精密PH 试纸测量) ，加入5ml 醋酸钠-醋酸缓冲液，1-2克活性炭，充分沉淀，过滤，弃去沉淀物。如无不需要加双氧水等。
（7）用7.5%碳酸氢铵调PH 约8，沉淀出碳酸锰。放置1周，陈化。
（8）减压过滤沉淀，纯水洗至无硫酸根，用2滴0.5%氯化钡检验。80-90摄氏度烘干1h 。 2、纯度检验
准确称取0.18克样品，称准至0.0002克，加20ml 纯水，滴加6M 盐酸，水浴至溶解。加100ml 纯水，2ml 10%盐酸羟胺，用0.05M EDTA滴定，近终点，加10ml 氨—氯化铵溶液（pH=10）和5滴5%铬黑T 指示剂，滴定至变为纯蓝色。 四、注意事项
1、电池中含有有毒物质，剖开电池时要小心。
2、加入硫酸、草酸处理样品时，可以适当水浴加热，但温度不要过高，否则草酸分解，不能用于还原反应，加入酸时要缓慢。草酸量不能多，不然产品纯度不好。本实验用量小于理论值。
3、四步中如检出含有铁离子，要在样品中加入醋酸—醋酸钠缓冲液控制pH 在4至5，双氧水氧化二价铁至三价，充分沉淀去除铁，必要可以加活性炭进行吸附, 防止沉淀颗粒太小，不易滤除。注意缓冲液不能太多，防止之后不易调pH 到沉淀所需。双氧水更要控制量，同时去铁后要加热除双氧水，防止pH 升高后氧化二价锰。
4、沉淀时加碳酸氢铵要慢，多搅动，沉淀后要放置陈化。判断沉淀完全与否，在上清液中再加沉淀剂，无沉淀再生成则已完全。 5、纯度检验时加入缓冲液和指示剂的时机要把握好，不然会影响结果的准确度。EDTA 需要预先标定。若时间允许应多做几组平行实验。
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6、本实验中涉及的过滤全部使用减压过滤以提高实验效率。由于硫酸对滤纸有腐蚀作用，注意过滤时动作要尽量快，不要出现使沉淀长时间置于滤纸上的情况。 五、仪器及试剂浓度、用量
1、仪器（未注明数量的，数量都为1）
剪刀、钳子、药匙、抽滤装置、PH 计（或精密PH 试纸）、坩埚、坩埚钳、煤气灯、三脚架、泥三角、石棉网、烘箱、干燥器、电子天平、台天平、滴定管、铁架台、蝴蝶夹、玻璃棒4只、胶头滴管2只、小试管10只、试管架、洗瓶、烧杯（50ml 2只，100ml 2只,250ml 2只,400ml 1只, 根据是否需要自己配置溶液等再取若干只）、表面皿（5cm 2只,9cm 2只）、100ml 大量筒、10ml 小量筒、记号笔 2、试剂（用量会随原料的不同，实验中的实际问题稍有不同）
六、实验现象记录 1、制备
2、纯度检验
七、实验数据记录 1、制备
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（1）原料相关参数 电池型号、数目：
取出的炭包质量（g ）: 灼烧后产物质量（g ）： (2)产率
2、纯度检测（EDTA 浓度= mol/L）
3、成本与利润的核算 （1）成本
（2）利润
产品质量： 估算售价： 总值： 利润： 八、实验评价
1、与其它实验室制法的比较（产率、纯度、成本等）
2、与工业制法的比较，及本方法用于大规模实践的可行性分析
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