Question

【題目】鎳鎘電池是應(yīng)用廣泛的二次電池，其總反應(yīng)為：

Cd+2NiOOH+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2

制造密封式鎳鎘電池的部分工藝如下：

I．Ni(OH)2的制備

以硫酸鎳(NiSO4)為原料制備Ni(OH)2的主要過程如下圖所示。制備過程中，降低Ni(OH)2沉淀速率，可以避免沉淀團(tuán)聚，提升電池性能。

已知：Ni2++6NH3H2O[Ni(NH3)6]2++6H2O

(1)操作a是 ____。

(2)制備過程中，需先加氨水，再加過量NaOH，請(qǐng)

①先加氨水的目的是 ___。

②用化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析加入NaOH需過量的原因是____。

(3)用無水乙醇代替水洗滌濾渣的優(yōu)點(diǎn)是_____答出1條即可）。

II．鎳鎘電池的組裝

主要步驟：①將Ni(OH)2和Cd(OH)2固定，中間以隔膜隔開（如下圖所示）；②將多組上述結(jié)構(gòu)串聯(lián)；③向電池中注入KOH溶液；④密封。

(4)下列對(duì)鎳鎘電池組裝和使用的分析正確的是____（填字母序號(hào)）。

a．密封鎳鎘電池可以避免KOH變質(zhì)

b．鎳電極為電池的負(fù)極，鎘電極為電池的正極

c．電池組裝后，應(yīng)先充電，再使用

III.過度充電的保護(hù)

電池充電時(shí)，若Cd(OH)2和Ni(OH)2耗盡后繼續(xù)充電，會(huì)造成安全隱患，稱為過度充電。制造電池時(shí)，在鎘電極加入過量的Cd(OH)2可對(duì)電池進(jìn)行過度充電保護(hù)，該方法稱為鎘氧循環(huán)法。

(5) Cd(OH)2耗盡后繼續(xù)充電，鎘電極上生成的物質(zhì)為____。

(6)已知：①隔膜可以透過陰離子和分子：②O2可以與Cd發(fā)生反應(yīng)生成Cd(OH)2。請(qǐng)結(jié)合兩個(gè)電極上的電極反應(yīng)式說明用鎘氧循環(huán)法實(shí)現(xiàn)過度充電保護(hù)的原理：______________________。

Answer 1

【答案】過濾 先加入氨水，可使Ni2+發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為[Ni(NH3)6]2+，降低溶液中Ni2+的濃度，再加入NaOH

時(shí)，可減慢Ni(OH)2的沉降速率 加入NaOH后，溶液中存在兩個(gè)平衡，平衡①：Ni2+(aq)+2OH-(aq) Ni(OH)2(s),平衡②：Ni2++6NH3H2O[Ni(NH3)6]2++6H2O；OH-過量，使平衡①正向移動(dòng)，溶液中Ni2+的濃度減小，促使平衡②逆向移動(dòng)，從而提高Ni(OH)2的產(chǎn)率。 除去Ni(OH)2表面的水分(或乙醇易揮發(fā)，有利于真空干燥；降低Ni(OH)2的溶解度) ac H2(或氫氣) 過度充電時(shí)，由于鎘電極Cd(OH)2過量，陰極電極反應(yīng)為2Cd(OH)2+4e-=2Cd+4OH-,避免生成H2,陽極電極反應(yīng)為4OH--4e-=O2↑+2H2O；O2通過隔膜進(jìn)入陰極室，與Cd發(fā)生反應(yīng)2Cd+O2+2H2O=2Cd(OH)2，可繼續(xù)作為陰極反應(yīng)物，OH-透過隔膜進(jìn)入陽極室補(bǔ)充消耗的OH-，使反應(yīng)循環(huán)發(fā)生。

【解析】

（1）根據(jù)硫酸鎳(NiSO4)為原料制備Ni(OH)2的流程圖可知：硫酸鎳(NiSO4)加氨水得到[Ni(NH3)6]2+ ，再加過量NaOH得到Ni(OH)2，通過過濾可以得到Ni(OH)2粗產(chǎn)品，再經(jīng)過洗滌干燥得到Ni(OH)2。

（2）通過Cd+2NiOOH+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2 可以判斷電池的電極，放電時(shí)Cd是負(fù)極，鎳電極是正極。

(1)從工藝流程圖操作a后續(xù)使用無水乙醇洗滌濾渣，可逆推分析得知操作a是過濾

（2）從題干已知信息已知：Ni2++6NH3H2O[Ni(NH3)6]2++6H2O可知

①制備過程中，需先加氨水可使Ni2+發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為[Ni(NH3)6]2+，降低溶液中Ni2+的濃度。②再加入NaOH時(shí)，可減慢Ni(OH)2的沉降速率。

(3)用無水乙醇代替水洗滌濾渣的優(yōu)點(diǎn)是乙醇易揮發(fā)，有利于真空干燥，除去Ni(OH)2表面的水分。降低Ni(OH)2的溶解度。

(4)下列對(duì)鎳鎘電池組裝和使用的分析正確的是ac

a．密封鎳鎘電池可以避免空氣中二氧化碳與KOH反應(yīng)生成碳酸鉀而變質(zhì)，a項(xiàng)正確

b．通過Cd+2NiOOH+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2 可以判斷電池的電極，放電時(shí)Cd是負(fù)極，鎳電極是正極，b向錯(cuò)誤

c．電池組裝后，應(yīng)先充電，再使用，c項(xiàng)正確

(5) Cd(OH)2耗盡后繼續(xù)充電，水中氫離子放電生成氫氣，所以鎘電極上生成的物質(zhì)為H2

(6) 過度充電時(shí)，由于鎘電極Cd(OH)2過量，陰極電極反應(yīng)為2Cd(OH)2+4e-=2Cd+4OH-,避免生成H2,陽極電極反應(yīng)為4OH--4e-=O2↑+2H2O；O2通過隔膜進(jìn)入陰極室，與Cd發(fā)生反應(yīng)2Cd+O2+2H2O=2Cd(OH)2，可繼續(xù)作為陰極反應(yīng)物，OH-透過隔膜進(jìn)入陽極室補(bǔ)充消耗的OH-，使反應(yīng)循環(huán)發(fā)生。