Question

【題目】鎳鎘電池是應用廣泛的二次電池，其總反應為：

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

①先加氨水的目的是 ___。

②用化學平衡移動原理分析加入NaOH需過量的原因是____。

(3)用無水乙醇代替水洗滌濾渣的優點是_____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將多組上述結構串聯；③向電池中注入KOH溶液；④密封。

(4)下列對鎳鎘電池組裝和使用的分析正確的是____（填字母序號）。

a．密封鎳鎘電池可以避免KOH變質

b．鎳電極為電池的負極，鎘電極為電池的正極

c．電池組裝后，應先充電，再使用

III.過度充電的保護

電池充電時，若Cd(OH)2和Ni(OH)2耗盡后繼續充電，會造成安全隱患，稱為過度充電。制造電池時，在鎘電極加入過量的Cd(OH)2可對電池進行過度充電保護，該方法稱為鎘氧循環法。

(5) Cd(OH)2耗盡后繼續充電，鎘電極上生成的物質為____。

(6)已知：①隔膜可以透過陰離子和分子：②O2可以與Cd發生反應生成Cd(OH)2。請結合兩個電極上的電極反應式說明用鎘氧循環法實現過度充電保護的原理：______________________。

Answer 1

【答案】過濾 先加入氨水，可使Ni2+發生反應轉化為[Ni(NH3)6]2+，降低溶液中Ni2+的濃度，再加入NaOH

時，可減慢Ni(OH)2的沉降速率 加入NaOH后，溶液中存在兩個平衡，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，溶液中Ni2+的濃度減小，促使平衡②逆向移動，從而提高Ni(OH)2的產率。 除去Ni(OH)2表面的水分(或乙醇易揮發，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，由于鎘電極Cd(OH)2過量，陰極電極反應為2Cd(OH)2+4e-=2Cd+4OH-,避免生成H2,陽極電極反應為4OH--4e-=O2↑+2H2O；O2通過隔膜進入陰極室，與Cd發生反應2Cd+O2+2H2O=2Cd(OH)2，可繼續作為陰極反應物，OH-透過隔膜進入陽極室補充消耗的OH-，使反應循環發生。

【解析】

（1）根據硫酸鎳(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粗產品，再經過洗滌干燥得到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Cd是負極，鎳電極是正極。

(1)從工藝流程圖操作a后續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+發生反應轉化為[Ni(NH3)6]2+，降低溶液中Ni2+的濃度。②再加入NaOH時，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點是乙醇易揮發，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反應生成碳酸鉀而變質，a項正確

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

c．電池組裝后，應先充電，再使用，c項正確

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

(6) 過度充電時，由于鎘電極Cd(OH)2過量，陰極電極反應為2Cd(OH)2+4e-=2Cd+4OH-,避免生成H2,陽極電極反應為4OH--4e-=O2↑+2H2O；O2通過隔膜進入陰極室，與Cd發生反應2Cd+O2+2H2O=2Cd(OH)2，可繼續作為陰極反應物，OH-透過隔膜進入陽極室補充消耗的OH-，使反應循環發生。