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专题52废旧电池的处理

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、Li

C．“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】D

2．（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Ⅰ中，在Fe2+催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是__________。

（2）过程Ⅰ中，Fe2+催化过程可表示为：

i：2Fe2++PbO2+4H++SO4

2−＝2Fe3++PbSO4+2H2O

ii:……

①写出ii的离子方程式：________________。

②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。

①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程Ⅱ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

②过滤Ⅲ的目的是提纯，综合上述溶解度曲线，简述过程Ⅲ的操作_______________________。

【答案】（1）

Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。（2）①2Fe3＋+Pb+SO4

2—==PbSO4+2Fe2＋；

②取a中红色溶液少量，加入过量Pb，充分反应后，红色褪去。

（3）①A、B；②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Ⅰ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）①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+SO4

2—==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。

①操作中先将电池填料研碎的目的是：________________。

②操作l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______________________。

（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。

①写出MnOOH与浓盐酸反应的化学方程式：________________。

②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ZnSO4·7H2O。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↑+4H2O②

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）2.6×10-96

③灼烧滤渣l的目的是除去炭粉。

（2）①MnOOH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。

②MnOOH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-)=1×10-10mol/L，又Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)c3(OH-)=2.6×10-39，此时溶液中

c(Fe3+)=2.6×10-9mol/L。Ksp[Zn(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)=1.6×10－8)和Ksp(PbCO3)=7.4×10－14

⑴写出铅酸蓄电池放电时的总反应____________________________________________；

⑵废旧电池的预处理时需要将电池放电完全，目的是____________________________；

⑶写出铅膏脱硫时的离子方程式____________________________________________。

⑷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________________________________________。

⑸从Na2SO4溶液中结晶出Na2SO4·10H2O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)+CO3

2－(aq)PbCO3(s)+SO4

2－(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Na2SO4·10H2O；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：①还原性：Cl->Co2+；

②Fe3+和C2O4

2-结合生成较稳定的[Fe(C2O4)3]3-，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CoC2O4·2H2O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：①CoC2O4在空气中加热时的气体产物为CO2

②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

Ⅰ120-220

CoC2O4·2H2OCoC2O4+2H2O

19.67%

Ⅱ300~350_________________________59.02%

（6）已知Li2CO3的溶度积常数Ksp=8.64×10-4，将浓度为0.02mol·L-1的Li2SO4和浓度为0.02mol·L-1的

Na2CO3溶液等体积混合，则溶液中的Li+浓度为___________mol·L-1

（7）从FeCl3溶液得到FeCl3·6H2O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+2LiClC2CoC2O4+O22CaO+4CO20.02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1molCoC2O4·2H2O受热分解，由题中信息可知，在300~350℃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0.02mol·L-1的Li2SO4和浓度为0.02mol·L-1的Na2CO3溶液等体积混合，溶液体积变为原来

的2倍，Qc=c(Li+)2×c(CO3

2－)=(0.02mol/L)2×0.01mol/L=4×10－6＜Ksp，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FeCl3·6H2O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：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2==Zn(NH3)2Cl2＋2MnOOH

①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

__________________________。

②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）①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_________________________。

②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】ZnNH4ClMnO2＋NH＋e－===MnOOH＋NH3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）ZnCl2NH4Cl3MnO＋2CO2===2MnO＋MnO2↓＋2COH2

【解析】

(3)①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

3MnO4

2-+2CO2=2MnO4

-+MnO2↓+2CO3

2-；

②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：①NiCl2易溶于水，Fe3+不能氧化Ni2+,Cl2能氧化Ni2+为Ni3+;

②NiO+2HCl=NiCl2+H2O;

③Fe3+、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pH3.24.89.0

④Ksp[Ni(OH)2]=5.0×10-16，Ksp(NiC2O4)=4.0×10-10。

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Ⅰ是__________(填化学式)，调节过程中pH不

能低于___________。

（3）已知溶解度：NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O，则加入Na2C2O4溶液后析出的沉淀是__________。

（4）写出生成沉淀Ⅲ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Ⅲ转化为Ni(OH)3________________________。

（6）过滤③后如何检验Ni(OH)3已洗涤干净____________________________。

【答案】碳粉Fe(OH)34.8NiC2O4·2H2ONiC2O4+2OH-=Ni(OH)2+C2O4

2-(2分)(或

NiC2O4·2H2O+2OH-=Ni(OH)2+C2O4

2-+2H2O)8.0×105Cl2+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：NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O，则加入Na2C2O4溶液后析出的沉淀是NiC2O4·2H2O；正确

答案：NiC2O4·2H2O。

（4）②过滤得到晶体NiC2O4·2H2O，在碱性环境下发生复分解反应，生成Ni(OH)2，生成沉淀Ⅲ的离子方程

式NiC2O4·2H2O+2OH-=Ni(OH)2+C2O4

2-+2H2O；或NiC2O4+2OH-=Ni(OH)2+C2O4

2-；

该反应的平衡常数为c(C2O4

2-)/c2(OH-)=c(C2O4

2-)×c(Ni2+)/c2(OH-)×c(Ni2+)=Ksp(NiC2O4)/Ksp[Ni(OH)2]=

4.0×10-10/5.0×10-16=8.0×105；正确答案：NiC2O4+2OH-=Ni(OH)2+C2O4

2-(或

NiC2O4·2H2O+2OH-=Ni(OH)2+C2O4

2-+2H2O)；8.0×105。

（5）滤液①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。