知識目標:
1.了解電池的分類，介紹幾種常用電池的工作原理、結構和特點。
2.廢電池(環境汙染)危害。
3.廢舊電池的回收利用。
能力目標:
1.了解各種電池的工作原理、性能和特點，培養學生理論聯系實際、科學使用電池的能力。
2.通過分析幹電池的組成，培養學生設計和操作實驗的能力。
情感目標:
1.激發學生學習化學的興趣，培養學生的科學意識。
2.介紹廢電池對環境的危害，培養學生熱愛生活，為美化環境做貢獻。
課時安排:6課時
教學形式:授課講座
第壹講(2課時)
電池的種類，常用電池和新型電池簡介
壹、電池的類型和用量
電池主要包括壹次性電池、二次電池和汽車電池。
壹次性電池包括:紐扣電池、普通鋅錳幹電池和堿性電池，壹次性電池大多含汞。
二次電池主要是指含有重金屬鎘的可充電電池。
汽車廢電池含有酸和重金屬鉛。
使用的電池種類很多，如鋅銀電池、鎘銀壹氧化物電池、鋅汞氧化物電池、鎳鎘電池、鎳/金屬氫化物電池、鋰離子電池、燃料電池、鈉硫電池、固體電解質電池、熱活化電池、水活化電池等。已經完成使用價值的電池被隨意丟棄，或者與生活垃圾混在壹起掩埋。久而久之，滲出的重金屬會汙染地下水和土壤，造成嚴重的環境問題。幹電池是我們日常生活中使用最廣泛的商品之壹，從相機、錄音機、計算機和電子鬧鐘到尋呼機、電子詞典和PDA。中國是幹電池生產和消費大國，年產量1.5億，居世界第壹，消費量70億。中國人均壹年消耗5節幹電池。長期以來，我國生產幹電池時，都要添加壹種有毒物質，汞或汞化合物。在我國，堿性幹電池的汞含量為1-5%，中性幹電池的汞含量為0.025%，我國每年生產幹電池所用的汞達到幾十噸。水銀俗稱“水銀”。汞及其化合物是有毒的。科學家發現，汞具有明顯的神經毒性，對內分泌系統和免疫系統也有不良影響。汞水俁病是20世紀50年代日本震驚世界的公害，是由汞汙染引起的。我們日常生活中使用的柔性幹電池主要有酸性鋅錳電池和堿性鋅錳電池，這兩種電池都含有汞、錳、鎘、鉛、鋅等重金屬。我國電池年產量超過18億只，占世界電池總產量的30%以上，年消耗量達到70-80億只，但回收率不到2%。根據美國弗羅斯特-沙利文市場咨詢公司的調查報告，去年全球鋰電池產量約為3億只，預計隨著手機和筆記本電腦的廣泛使用，到2003年鋰電池產量將增加到5-6億只。目前可充電二次電池市場主要有鎳鎘、鎳氫鋰離子、鋁箔包裝的鋰高電池四種。43%的手機使用鋰手機。465，438+0%的筆記本電腦使用鋰電池。可以說全球對電池的需求越來越大！！
二。普通電池和新型電池簡介
1.普通鋅錳幹電池
①結構
壹種幹電池，使用由鋅制成的簡單外殼作為負極，在中心的第二頂蓋上帶有銅帽的石墨作為正極，在石墨周圍填充ZC、NH和澱粉糊作為電解液，並且還填充MO黑粉以吸收從正極釋放的H以防止極化。
②工作原理:
負極(鋅簡):Zn-2e-= Zn2+
正極(石墨):2mn4++2e-= 2mn3 ↑+H2
(2H2+ MnO2= Mn2O3 +H2O) ↓
總反應:Zn+2Mn4+=Zn2++2Mn3+H2。
③特點:
2.鉛蓄電池
①特點:
②結構
它是由硬橡膠或透明塑料制成的方形外殼。真極板上有壹層棕色的PbO2，負極板上有海綿狀的金屬鉛，兩極都浸在H2SO4溶液中，兩極之間用微孔橡膠或微孔塑料隔開。
③工作原理:
放電時:充當原電池。
負極:Pb+so-2e-= pbso4↓
正極:PBO 2+4h+so-+2e-= pbso4 ↓+2h2o
當放電進行到H2SO4濃度降低，溶液密度達到1.84g/cm3時，將停止放電，需要重新充電。
充電時，它充當電解池。
陰極:pbso4 ↓+2h2o-2e-= PBO2+4h++so-
陽極:pbso4+2e-= Pb+so-
當溶液密度增加到1.28g/cm3時，應停止充電。
充放電總反應:
免除
電流
費用
PBO 2+p b+ 2H2SO 2·2 pbso 4+2H2O
3.銀鋅電池:
①結構:是壹個不銹鋼材質的小圓盒，由正極外殼和負極外殼蓋組成，形似紐扣。盒內正極的壹端填充有由Ag2O和石墨組成的正極活性物質，負極蓋的壹端填充有由鋅汞齊組成的負極活性物質，電解質溶液為濃KOH溶液。
②工作原理:
負極:Zn+2oh-2e-= Zn2+= ZnO+H2O。
正極:Ag2O+H2O+2e-= 2ag+2oh-
總反應:Ag2O+Zn=2Ag+ZnO。
③特點:電池電動勢1.59V，使用壽命長。
4.堿性電池(鎳鎘電池、鎳鐵電池)
①特點:壹般這種電池比鉛酸電池的使用壽命要長得多，而且攜帶方便。
免除
電流
②工作原理:
費用
鎳鎘電池:鎘+氫氧化鎳+ H2O
免除
電流
費用
鎳鐵電池:Fe+2 nio(OH)2+H2O 2 Ni(OH)2+Fe(OH)2。
5.微型鋰電池
①結構
壹種常用於起搏器的微型電池，以金屬鋰為負極，石墨為正極，電解質溶液由溶解在亞硫酸氯(SOCl2)中的四氯化鋰鋁(LiAlCl4)組成。
②工作原理:8li+3socl2 = = 6licl+liso3+2s。
③特點:該電池容量大，電壓穩定，可在-56.7℃-71℃的溫度範圍內正常工作，使用壽命超過10年。
6.海水電池
1991年，我國首次使用鋁-空氣-海水制成的新型電池作為航標。電池使用取之不盡的海水作為電解液，鋁不斷被空氣中的氧氣氧化產生電流。
工作原理:
負極:4al-12e-= = 4al3+
正極:3 O2+6H2O+12e-= = 12oh-
總反應:4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3。
特點:這種海水電池的能量比“幹電池”高20-50倍。
7.氫氧燃料電池
氫氧燃料電池是壹種高效、低汙染的新型電池，主要應用於航空航天領域。
結構:電極材料壹般為活化電極，具有很強的催化活化作用，如鉑電極、活性炭電極等。
①電解質溶液為40%KOH溶液。
反應原理:
負極:2h2+4oh-4e-= = 4h2o。
正極:O2+2h2o+4e-= = 4oh-
總反應:O2+2H2O==2H2O。
②電解液為HCl溶液。
反應原理:
負極:2h2-4e-= = 4h+
正極:O2+4h+4e-= = 4h2o。
總反應:2H2+O2==2H2O。
8.甲烷燃料電池
結構:以碳棒為電極材料，KOH溶液為電解質溶液。
工作原理:
負極:CH4+10OH-8e-= = Co-+7H2O。
正極:2o2+4h2o+8e-= = co32-+7h2o。
總反應:CH4+2O2+2OH-= = CO32-+3H2O。
9.鎳鎘鹽燃料電池
電池發電效率高，所以受到重視。
結構:以Li2CO3和Na2CO3的鎳熔鹽混合物為電解質，CO為陽極氣體，空氣和CO2的混合物為陰極輔助氣體，制成了工作溫度為650℃的燃料電池。
工作原理:
負極:O2+2SO2+4e = = 2co32-
正極:2co+O2 = = 2co2
總反應:
10.新手機電池:
特點:近日，摩托羅拉研發出壹種以甲醇、氧氣、強堿為電解液的新型手機電池，可達到目前鎳氫電池或鋰電池的10倍。
工作原理:
負極× 2: ch3oh+8oh-6e-= = co32-+6h2o
正極× 3: O2+H2O+4e-= = 4oh-
總反應:2ch3oh++4oh-= = 2co32-+6H2O。
第二個發言
廢電池的危害(2課時)
科學調查表明，壹顆紐扣電池被棄入大自然後，可以汙染60萬升水，相當於壹個人壹生的用水量。中國每年消耗70億塊這樣的電池。據了解，我國生產的電池96%為鋅錳電池和堿錳電池，其主要成分為錳、汞、鋅、錳等重金屬。無論廢電池是埋在大氣中還是深埋地下，其重金屬成分都會隨滲濾液溢出，造成地下和土壤汙染，久而久之會嚴重危害人體健康。汞、鎘、鋅、鉛、鉻在國家危險廢物名錄1998中被列為危險廢物。
壹.汞
汞，即水銀，是壹種液態金屬，在室溫下可以蒸發。它的蒸氣無色無味，比空氣重7倍。汞及其化合物毒性很大，尤其是有機化合物。魚生活在汞含量為0.01 ~ 0.02 mg/L的水中會中毒；如果人吃了0.1克汞，就會中毒致死。汞及其化合物可以通過呼吸道、皮膚或消化道等不同途徑侵入人體。汞進入人體後，會在肝、腎、腦、心、骨髓中聚集，引起神經毒性和深層組織病變，引起乏力、頭暈、顫抖、牙齦出血、禿頂、手腳麻痹、神經衰弱等癥狀，甚至精神錯亂，繼而瘋狂抽搐死亡。有機汞也可進入胎盤，引起胎兒先天性汞中毒，或畸形和中度患病。汞的毒性是累積性的，往往需要幾年甚至更長的時間才能發生反應。食物鏈對汞有相當的富集能力，如淡水魚和浮遊植物的富集倍數為1000，海水的無脊椎動物運動為10萬，海洋植物為100，海洋動物為20萬。食用被汞汙染的水產品，會產生甲基汞中毒，進入人的腦細胞，對人的神經系統造成嚴重損害，出現頭暈、四肢麻木、記憶力下降、精神錯亂甚至死亡。日本著名的水俁病就是由甲基汞引起的。
第二，領導
鉛的分子量為278，是壹種重金屬。重金屬元素進入人體後，會使蛋白質變性，即蛋白質的正常功能被破壞，使人體無法發揮正常功能。食用含鉛食物會影響正常的血紅素合成和神經系統，鉛會在骨骼和腎臟中積累，具有潛在的長期影響。
三。鎘
鎘是壹種毒性很大的重金屬，其化合物大部分都是有毒物質。震驚世界的日本“痛癥”是由鎘汙染引起的。含鎘礦山廢水汙染了河流兩岸的土壤、谷物和牧草，通過食物鏈進入人體，在腎臟和骨骼中緩慢積累。它會置換骨骼中的鈣，使骨骼嚴重變軟，骨頭斷裂，患者手腳疼痛，全身容易發生骨折。得了這種病的人壹直在喊“疼！好痛！”直至死亡，故稱“痛疾”。
鎘會引起胃的功能障礙，幹擾人體和機體鋅的酶系統，降低鋅鎘比，導致高血壓的增加。鎘的毒性是潛在的。即使飲用水中鎘的濃度低至0.1 mg/L，也能在人體組織中積累，尤其是女性。潛伏期可長達十至三十年，早期不易察覺。數據顯示，鎘在人體內的生物半衰期為20-40年。鎘對人體組織器官的毒害是多方面的，治療起來極其困難。因此，各國對工業“三廢”排放中的鎘做出了非常嚴格的規定。日本也規定大米含鎘超過1 mg/L，為“鎘大米”，禁止食用。日本環境廳規定，大米中鎘的最正常濃度為0.3PPm。由於鎘化合物具有不同程度的毒性，用任何方法去除廢水中的鎘都只能改變其現有的方法，轉移其現有的位置，而不能消除其毒性。因此，含鎘廢水的處理應盡可能與資源化相結合。
四。鉻(碳)
鉻是壹種有光澤的金屬，不含元素，化學性質穩定。不銹鋼含有超過12%的鉻。感知的鉻化合物是六價鉻酐、重鉻酸鉀、重鉻酸鋼、鉻酸鉀、鉻酸鈉等。、三價氧化鉻(鉻綠)和二價氧化鉻。在鉻化合物中，六價鉻的毒性最大。三價是其次。根據研究，鉻是哺乳動物生命和健康所需的微量元素。缺鉻會引起動脈粥樣硬化，成年人每天需要50-100微克。紅糖各種糙米、未精煉的油、小米、胡蘿蔔、豌豆含鉻較高。鉻能刺激植物生長，微量鉻能增加植物產量；但稍高的濃度會抑制土壤中有機質的硝化作用。鉻酸、重鉻酸鹽及其鹽能刺激和灼傷人體粘膜和皮膚，導致損傷和接觸性皮炎。這些化合物以蒸汽或粉塵的形式進入人體，會引起中鼻中隔穿孔，胃腸道疾病患者，白細胞減少癥和類似哮喘的肺部疾病。有人認為六價鉻會誘發肺癌。此外，六價鉻，尤其是鉻酸，對下水道系統的金屬管道有很強的腐蝕作用。用含3.14-17.3毫克/升的三價鉻廢水灌溉，所有植物都會中毒..
長期以來，我國生產幹電池時，都要添加汞或汞化合物。在我國，堿性幹電池的汞含量為1-5%，中性幹電池的汞含量為0.025%，我國每年生產幹電池所用的汞達到幾十噸。90年代初，主要發達國家實現了無汞電池(汞含量在0.0001%以下)。
在對自然環境構成最大威脅的五種物質中，電池中有三種:汞、鉛和鎘。在電池的使用過程中，這些電池的組件都密封在電池盒內部，不會對環境造成影響。如果將廢電池與生活垃圾混在壹起掩埋，泄漏的汞和重金屬會滲入土壤，汙染地下水，進而進入魚類和農作物，破壞人類的生存環境。重金屬將通過食物鏈被生物放大。它在成千上萬的高等生物體內逐級累積，然後通過食物進入人的體內，在壹些器官內蓄積，引起慢性中毒，威脅人體健康。因此，如何及時、安全地處理電池已日益突出地擺在人們面前。
第三講(2課時)
廢舊電池的回收利用
壹、廢舊電池的回收利用
據環保專家介紹，廢電池中含有鎘、鎳、錳、汞等重金屬。每回收65，438+0，000克金屬，就有82克汞和88克鎘。如果只是簡單地填埋廢電池，重金屬會滲入土壤，汙染地下水，甚至破壞植物生長，導致人畜中毒。北京每年有3000噸廢電池，但只有回收的。
首先，在固定廢物汙染法中，電池回收沒有細則，回收與否也沒有獎懲。相關職能部門可以對生產企業、回收部門和全民進行有針對性的指導。此外，壹些單位存在集中式廢電池對環境汙染更大，分散處理有汙染的思想影響，對回收電池的指導不力；其次，目前廢舊電池回收網絡基本都是商家和企業自發“編織”而成。雖然宣傳力度大，但由於居民對廢舊電池的危害認識不夠，沒有形成自覺的收集上交意識，廢舊電池還是很難進入“大網”。再次，電池生產企業作為生產企業，每年向社會提供上億的電池，但真正參與回收過程的生產企業並不多見。專家認為，在提供消費的同時，還要回收財力物力，應對企業的大力支持。
國外發達國家非常重視廢舊電池的回收利用。西歐許多國家不僅在商店裏，而且直接在街上有專門的廢電池回收箱。廢電池中95%的材料可以回收，尤其是重金屬。例如，國外再生鉛產業發展迅速，現有鉛產量的55%來自再生鉛。在回收鉛行業中，廢鉛電池的回收占有很大比重。100kg廢鉛蓄電池可回收50-60kg鉛。對於含鎘廢電池的再生處理，國外已有成熟技術，處理100公斤含鎘廢電池可回收約20公斤金屬鎘；對於含汞電池，主要采用環保處理，防止其汙染環境。據報道，聯合國環境規劃署正在全世界推廣“生命周期經濟”的概念。它將壹個商品“從搖籃到墳墓”分為多個階段。鄧:每個階段都要加強環境管理。制造商和消費者都應該對自己的行為負責。制造商在制定生產計劃、開發新產品和回收廢品時，必須考慮環境保護的要求，消費者在購買、使用和丟棄商品時，不得對環境造成危害。目前我國廢電池的環境管理相當薄弱。根據《巴塞爾公約》關於危險廢物控制的規定，鉛酸蓄電池、含汞電池、鎘鎳電池等多種廢電池屬於危險廢物，應作為危險物質進行管理。但目前在我國，任何壹種廢電池都不是作為危險廢物來管理，而是作為普通垃圾來處理。此外，國家也沒有制定具體的廢舊電池回收、處理和處置的政策法規。1995頒布的《固體廢物汙染環境防治法》沒有對廢舊電池的回收作出任何規定。中國是電池生產和消費大國。去年中國電池產銷量達到6543.8+04億節，約占世界總量的6543.8+0/3。隨著人們生活水平的提高和現代通信產業的發展，人們使用電池的機會越來越多。移動電話、尋呼機、隨身聽、袖珍收音機等。都需要大量的電池作為電源。在未來，將會有更多的廢電池。面對大量的廢電池，專家指出，如果不盡快采取措施制止這種汙染，後果將比“白色汙染”嚴重得多。
在第25屆全國化學與物理電源學術年會上，對鉛電池、堿性電池、鋰離子電池、鋅錳電池、燃料電池等電源電池進行了學術探討和交流，並探討了我國首個廢電池汙染防治技術政策，為國家制定首個廢電池汙染防治技術政策提供了參考。
國際上處理廢電池壹般有三種方式:固化深埋、廢棄礦山儲存和回收利用。
1.固化被深埋儲存在廢礦裏。
比如法國壹家工廠從中提取鎳和鎘，然後用鎳煉鋼，鎘生產電池。剩下的各種廢電池壹般都運到專門的有毒有害垃圾填埋場，但這種方法不僅成本太高，還會造成浪費，因為有很多有用的物質可以作為原料。
回收利用
(1)熱處理
瑞士有兩家專門處理和利用廢舊電池的工廠。Battleck公司采取的方法是將廢舊電池磨碎，然後送到爐子裏加熱。此時揮發的汞可以被提取出來，鋅會在更高的溫度下蒸發。它也是壹種貴金屬。鐵和錳被熔化形成用於煉鋼的錳鐵合金。這家工廠壹年可處理2000噸廢電池，可獲得780噸錳鐵合金、400噸鋅合金和3噸汞。另壹家工廠直接從電池中提取鐵，並將氧化錳、氧化鋅、氧化銅和氧化鎳等金屬混合物作為金屬廢物出售。但是熱處理的方法價格昂貴，瑞士還規定要從每個電池購買者那裏提取少量的廢電池處理專項費用。
(2)“濕處理”
馬格德堡郊區正在建設壹個“濕處理”裝置，將除鉛電池外的各種電池溶解在硫酸中，然後在離子樹脂的幫助下從溶液中提取各種金屬。這樣得到的原料比熱處理得到的原料更純凈，所以在市場上價格更高，電池中所含物質的95%都可以提取出來。濕的時候可以省略分揀(因為分揀是人工操作，會增加成本。該裝置在馬格德堡的年處理能力為7500噸。雖然其成本略高於填埋，但貴金屬原料不會被丟棄，不會汙染環境。
(3)真空熱處理法
德國Alte公司研發的真空熱處理法價格便宜，但需要先從廢電池中分揀出鎳鎘電池，在真空中加熱廢電池，汞可以快速蒸發，這樣就可以回收，然後研磨剩余的原料，用磁鐵提取鐵，再從剩余的粉末中提取鎳和錳。處理壹噸廢電池的成本不到1500馬克。
最近，我國有人提出了回收廢電池的程序:
1.設置廢電池回收箱。
2.定期收集。
3.電池分類(普通電池、紐扣電池)
4.城市倉庫的分類存儲
5.濃縮到壹定量，再運到郊區地點，根據電池的種類放入集裝箱存放，直到國內成熟的廢電池回收技術出臺。
為加強電池產品汞汙染防治，保護和改善我國生態環境，原中國輕工業聯合會等九部門於1997 12 31聯合發布《電池產品汞含量限制規定》，要求從2000年10起，進口電池由國家出入境檢驗檢疫部門強制執行。中國電池行業將分階段限制電池產品的汞含量，首先實現低汞，最後實現無汞。低汞是指電池中的汞含量小於電池重量的0.025%；無汞是指電池中的汞含量低於電池重量的0.0001%。《條例》明確提出:
從2001、1、1起，我國禁止生產汞含量大於電池重量0.025%的各類電池；自2001、1之日起，凡在國內市場流通的國內外電池產品“含水、電器用電池”均需標註汞含量(如“低汞”或“無汞”)，未標註汞含量的電池不得進入市場。
從2005年6月5438+10月1起，禁止在我國生產汞含量大於電池重量0.001%的堿性鋅鹽電池，從2006年6月65438+10月1起，禁止在我國生產和經銷汞含量大於電池重量0.001%的堿性鋅鹽電池。
二、廢舊電池的利用
廢電池含有許多重要的化學物質，如銅、鋅、二氧化錳、氯化銨等。如果能很好地處理它們，就能從中獲得許多有用的物質。根據電池的結構，可以合理地處理它們:
1.收集銅帽:將廢舊電池帽取出，用刀除去瀝青，用鉗子慢慢拉出碳棒，取出銅帽存放，可用作實驗原料或生產硫酸銅等化工產品。
2.氯化銨的提純:用小刀剝去廢電池的外殼，取出裏面的黑色物質(是二氧化錳、碳粉、氯化銨、氯化鋅等的混合物。)，然後加水(每段約50毫升水)，攪拌溶解，澄清，過濾。蒸發濾液，直至濾液中出現晶體，小火加熱，並不斷攪拌(防止Mn4Cl因局部過電位而分解)。如果容器中的氯化鋅是為了在350℃下生成純凈的NH4Cl(分解並化合)，將其與ZnCl2分離。
3.二氧化錳的提純:將剩余的黑色沈澱用水洗5-6遍，然後放入鐵瓢中，先用少量水。