研究性学习案例——废电池的回收与利用.doc

研究性学习案例废电池的回收与利用小组人员：谈晓悦、刘雯、钱婧、林心羽、李玉梅、刘佳【摘要】 本文设计了一个研究性学习的案例废电池的回收与利用。将书本上学习的化学知识应用于实践，应用于环境保护事业中，不但可以将学生们从“资本家”发展为“知本家”，而且更加强了学生们社会主人翁意识，环境保护人人有责。【关键词】 研究性学习案例 废电池 危害 回收 利用 重金属危害研究性学习是学生在老师的指导下，从自然，社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在研究过程中主动地获取知识，应用知识解决问题的学习活动。它可以为学构建开放的学习环境，弥补传统课程的不足，而且可以使广大的师生共同参与到课程的开发与建设中。研究性学习是学生在教师指导下,采用类似科学研究的方式,主动获取知识、应用知识、解决问题的学习活动. 它与学科教学不是对立的关系,而是互为目的、互为手段的关系.依据研究性学习与学科教学之间的互动性、关联性特征,中学化学可以通过发现问题,选题立项;分析问题,方案设计;解决问题,动手实验;展示成果,总结反思等环节实施研究性学习. 中学化学研究性学习有利于教师转变角色意识和观念,有利于培养学生的创新精神和实践能力,有利于提升学生的科学素养,有利于转变学生的学习方式.一、【课题背景】 科学调查表明，一颗钮扣电池弃入大自然后，可以污染60万升水，相当于一个人一生的用水量。而中国每年要消耗这样的电池70亿只我国生产的电池有为锌锰电池和碱锰电池，其主要成分为锰、汞、锌、铬等重金属。完成使用价值的废电池无论埋在大气中还是深埋在地下，其重金属成分都会随渗液溢出，造成地下水和土壤的污染，日积月累，会严重危害人类健康。我中国是电池生产和消费大国，废电池污染已成为迫切需要解决的重大环境问题。去年，我国电池产量和消费量就高达180亿节，占世界总量的1/3左右。目前，电池使用的4大特点：电池的种类繁多；如锌银电池、镉氧化银电池、锌氧化汞电池、镍/金属氢化物电池、锂离子电池、燃料电池、钠硫电池、固体电解质电池、热激活电池、水激活电池等等。使用电池的机会多；电话、手机、寻呼机、随身听、袖珍收音机等都需要大量的电池作电源。废电池的回收率低；中国电池180多亿只的年产量占世界电池总产量的30以上，年消费量达7080亿只，但回收率却不足。废电池的污染大。完成使用价值的电池随意丢弃，或混入生活垃圾中被一起填埋，久而久之，渗出的重金属便会污染地下水和土壤，造成严重的环境问题。 二 、【进入问题情境阶段 】 研究性课题的产生老师：1 搜集有关废电池给现代文明带来的危害方面的音像，报刊，杂志等信息资料；2 组织全体学生观看有关图片录象 ；3 将近几年来电池的生产和使用情况（内含大量数字）以文本资料的形式发放到学生手中；4 联系生活，提出“你是如何处理使用过的废电池？的问题。学生：在老师提供的大量废电池知识的铺垫下，学生很容易认识到废电池污染问题的严重性。对比自己的生活，学生可能还没有正确地处理废电池。通过讨论，学生可能得出结论 废电池的回收与利用刻不容缓经过师生讨论，提出核心问题，诱发学生探究废电池的回收与利用的动机。在师生共同创设一定的问题情境，确定出了研究范围。三 、【实践体验阶段】 研究性学习的具体实施6个同学组成小组研究时间可以根据研究过程在1-2个月波动根据小组成员的特长爱好，经过小组讨论组内进行分工处理本次研究性学习过程，分配任务后各司其职。 废电池的危害研究方法：查阅有关书报，杂志，文献，上网。研究内容：废电池污染源？污染途径？污染后果？以及历史上发生的与废电池污染相关的悲剧？等等 废电池的回收研究方法：调查和访问研究内容：目前，国内外对废电池回收已经采取了哪些措施？在这些过程中，还存在哪些问题？通过调查访问，提出一些新的废电池回收方法。 废电池的利用研究方法：实验室探究研究内容：以Cu-Zn废电池为研究对象，可以从收集铜帽，提纯NH4Cl，提纯MnO2，制取Zn粒等方面着手考虑废电池的利用问题。四 、【表达交流阶段】 课堂汇报小组的研究成果汇总 （组内交流讨论）组内三部分的研究在此时进行汇总，将废电池的危害，回收与利用组成一个有机整体。各分小组对其他成员提出的建议意见也可以再研究，再完善。最后组员将研究过程中形成的对废电池的污染，回收和利用方面的看法，想法以及实验结果共同撰写研究报告，也可以将研究成果做成展板。汇报（组外交流或课堂汇报）在班级上，小组成员合作将本组的研究成果以最好的方式展示给全班同学和老师，并完成老师与同学的答辩。小组成员研究心得：谈晓月：环境与我们的生活息息相关，丢掉一节电池会使一片土地寸草不生，丢掉几节电池可能会使一个池塘中的鱼儿销声匿迹。通过这次活动，让我们少丢一节废旧电池，把它送到旧电池回收箱，建设一个美好的环境，为我们国家的绿色奥运增添光彩。钱婧：本次研究性学习联系了实际生活，将我们从书本中解脱到生活中，培养我们一切从实际出发、实事求是的科学态度和科学精神。走进社会(走访了市环保局、垃圾处理场、工厂、农村等) 、关注社会, 通过调查学习, 善于观察问题、发现问题, 用科学方法去思考问题和解决问题, 让我们真正融入社会,提高了将知识用活的能力。刘雯：爱因斯坦说过: “兴趣是最好的老师。”研究性学习的开展, 使我们学习情绪高涨, 其原因就是充分调动了我们的学习兴趣, 调动了我们的学习主动性。研究性学习改变了传统的学习方式, 学生由课堂走进社会,由机械被动接受老师的“传道授业解惑”而转向通过调查研究、翻阅资料而解决实际问题的主动学习, 逐步形成通过我们自己的主动探究获取知识的学习方式。林心羽：通过这次旧电池回收活动，我获得了很多，也学到了很多。我了解到了随意乱扔旧电池会对环境产生很大的污染，也学会怎样回收旧电池，怎样将旧电池分类处理。我想：如果人人从我做起，营造一种珍爱家园，保护环境的氛围，还愁我们的天不蓝，水不清，花不红，叶不绿吗？还愁每月销售出去的10万电池找不到“家”吗？李玉梅：很小的时候就知道电池的污染范围很广，随着年龄的增长和知识的增加，不禁对电池的污染感到震惊，一个五号电池可以污染一平方米的土地，一个纽扣电池可以污染一吨水。制约中国经济发展的原因之一，缺水。试想：随意丢弃一颗纽扣电池就可以污染一个人几天的生活用水，甚至可以影响一个人的生命。刘佳：旧电池回收有利于保护环境，电池里含有汞等有害物质，如果直接丢弃，有毒物质泄露出来，会带来很大的环境问题，所以需要回收。而且，旧电池回收，有利于循环利用，节约资源。从旧电池回收中，我得到了很多启发。这种保护环境，并且循环利用资源，在如今21世纪是很值得提倡的。我们可以放眼，将这种方法运用到废品废物中去。相信，经过我们的努力，一定会有一个更美好的未来。附录：1 废电池的危害 电池的组成物质在电池使用过程中，被封存在电池壳内部，并不会对环境造成影响。但经过长期机械磨损和腐蚀，使得内部的重金属和酸碱等泄露出来，进入土壤或水源，就会通过各种途径进入人的食物链.生物从环境中摄取的重金属可以经过食物链的生物放大作用，逐级在较高级的生物中成千上万地富积，然后经过食物进入人的身体，在某些器官中积蓄造成慢性中毒。汞：汞即水银，是一种液体金属。比重13.6，熔点-39.3、沸点357。汞在常温下即可蒸发，其蒸气无色无味，比空气重七倍。汞及其化合物毒性都很大，特别是汞的有机化合物毒性更大。鱼在含汞量0.010.02毫克/升的水中生活就会中毒；人若食用0.1克汞就会中毒致死。汞及其化合物可通过呼吸道、皮肤或消化道等不同途径侵入人体。当汞进入人体后，即集聚于肝、肾、大脑、心脏和骨髓等部位，造成神经性中毒和深部组织病变，引起疲倦，头晕、颤抖、牙龈出血、秃发、手脚麻痹、神经衰弱等症状，甚至会出现精神混乱，进而疯狂痉挛致死。有机汞还能进入胎盘，使胎儿先天性汞中毒，或畸形，或痴呆。汞的毒性是积累性的，往往要几年或十几年才能反应出来。食物链对汞有相当大的富集能力。如淡水鱼和浮游植物对汞的富集倍数为一千，淡水无脊椎动物为十万，海洋植物为一百，海洋动物为二十万。食用被汞污染的水产品，产生甲基汞中毒，关头晕，四肢末梢麻木，记忆力减退，神经错乱，甚至死亡，还影响孕妇胎儿畸形。 铅：铅的分子量是278，是一个重金属元素，重金属元素进入人体内会使体内的蛋白质发生变性，也就是使蛋白质正常功能受到损坏，从而使人体不能发挥正常的功能。食用含铅食物，会影响酶及正常血红素合成，影响神系统，铅在骨骼及肾脏中积累，有潜在的长期影响。 镉：镉是一种毒性很大的重金属，其化合物也大都属毒性物质。震惊世界的日本“痛痛痛”就是因镉污染而致。含镉的矿山废水污染了河水及河两岸的土壤、粮食、牧草、通过食物链进入人体而慢慢积累，在肾脏和骨骼中。会取代骨中钙，使骨骼严重软化，骨头寸断；镉会引起胃脏功能失调，干扰人体和生物体内锌的酶系统，使锌镉比降低，而导致高血压症上升。镉毒性是潜在性的。即使饮用水中镉浓度低至0.1毫克/升，也能在人体(特别是妇女)组织中积聚，潜伏期可长达十至三十年，且早期不易觉察。资料表明，人体内镉的生物学半衰期为2040年。镉对人体组织和器官的毒害是多方面的，且治疗极为困难。因此，由于镉化合物具有程度不同的毒性，用任何方法从废水中除镉，只能改变其存在方式和转移其存在的位置，并不能消除其毒性。因此，镉废水的处理应尽量与回收利用结合。 铬：铬是一种具有银白色光泽的金属，无毒，化学性质很稳定，不锈钢中便含有12%以上的铬。常见的铬化合物有六价的铬酐、重铬酸钾、重铬酸钠、铬酸钾、铬酸钠等；三价的三氧化二铬(铬绿、Cr2O3)；二价的氧化亚铬。铬的化合物中以六价铬毒性最强，三价铬次之。据研究表明，铬是哺乳动物生命与健康所需的微量元素。缺乏铬可引起动脉粥样硬化。成人每天需500700微克铬，而在一般伙食中每天仅能提供50100微克。红糖全谷类糙米、未精制的油、小米、胡萝卜、豌豆含铬较高。铬对植物生长有刺激作用，微量铬可提高植物收获量；但浓度稍高，又可抑制土壤内有机物质的硝化作用。铬酸、重铬酸及其盐类对人的粘模及皮肤有刺激和灼烧作用、并导致伤、接触性皮炎。这些化合物以蒸气或粉尘方式进入人体，均会引中鼻中隔穿孔、肠胃疾患、白血球下降、类似哮喘的肺部病变。皮肤接触铬化物，可引起愈合极慢的“铬疮”，当空气中铬酸酐的浓度达0.150.31毫克/立方米时就可使鼻中隔穿孔。三价铬还是一种蛋白凝聚剂。此外，六价铬，特别是铬酸对下水系统金属管道有强文化馆作用，浓度2为0.31mg/l的重铬酸钠即可腐蚀管道。含3.4-17.3mg/l的三价铬废水灌田，就能使所有植物中毒。铬的污染主要由工业引起。铬的开采、冶炼、铬盐的制造、电镀、金属加工、制革、油漆、颜料、印染工业，都会有铬化合物排出。如制革工业通常处理一吨原皮，要排含铬410mg/l的废水5060吨；若每天处理原皮十吨，则年排铬7286吨。铬进入人体内，分布于肝、肾中，出现肝炎和肾炎病理。2 废电池的回收 对于废电池的回收、处理和处置，国家也没有制定具体的政策和法规。1995年颁布的固体废弃物污染环境防治法对于废电池的回收处理未作任何规定。1)放置费电池回收桶 ；2）定期专人上门收集 ；3）电池分类（普通电池、纽扣电池）；4）市内库房分类储存 ；5）集中到一定数量后运至郊区放置地点依电池种类装入集装箱内封存，直至国内成熟废电池回收技术出台。 3 废电池的利用废电池中含有许多重要的化学物质如铜、锌、二氧化锰、氯化铵等，若能很好处理，可从中获得许多有用物质。根据电池的结构，可按以下方法进行处理。 1、收集铜帽：取下废电池盖，用小刀除去沥青，用钳子慢慢把碳棒拔出，取下铜帽集存，可做为实验或生产硫酸铜等化工产品的原料。 2、提纯氯化铵（NH4CI）：用小刀把废电池外壳剥开，取出里边的黑色物质（它是由二氧化锰MnO2、炭粉、氯化铵、氯化锌等组成的混合物），然后加水（每节电池的黑色物质加水约50毫升），搅拌溶解，澄清后，进行过滤。把滤液加热蒸发，至滤液中有晶体出现时，改用小火加热，并不断搅拌（以防局部过热致使氯化铵分解）。待容器中剩下少量氯化锌（ZnCI2），如欲获得较纯的NH4CI，可利用NH4CI在350时升华的性质，把它和ZnCI2分开。 3、提纯二氧化锰：把在过滤时所剩余的黑色沉淀物，用水冲洗5-6次后。先用小火烘干，再在搅拌下用强火灼烧，以除去其中所含炭粉和有机物。到不冒火星时，再灼烧5-10分钟，冷却后即得MnO2。 4、制取锌粒：把从废电池剥下的铁壳，用水浸，洗去浆糊状物质。然后把锌壳敲扁。集中放在铁瓢中，加热至500左右（锌的熔点为419.4），锌即熔化，氧化物等杂质浮在表面，用铁丝把它刮去后，迅速地倒在一个打有许多小孔的铁彭瓢中，并不断地来回振摇铁瓢。液锌穿过铁瓢小孔，流入盛有冷水的缸内冷却，立即形成光亮的锌粒