Question

【题目】镍镉电池是应用广泛的二次电池，其总反应为：

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

制造密封式镍镉电池的部分工艺如下：

I．Ni(OH)2的制备

以硫酸镍(NiSO4)为原料制备Ni(OH)2的主要过程如下图所示。制备过程中，降低Ni(OH)2沉淀速率，可以避免沉淀团聚，提升电池性能。

已知：Ni2++6NH3H2O[Ni(NH3)6]2++6H2O

(1)操作a是 ____。

(2)制备过程中，需先加氨水，再加过量NaOH，请

①先加氨水的目的是 ___。

②用化学平衡移动原理分析加入NaOH需过量的原因是____。

(3)用无水乙醇代替水洗涤滤渣的优点是_____答出1条即可）。

II．镍镉电池的组装

主要步骤：①将Ni(OH)2和Cd(OH)2固定，中间以隔膜隔开（如下图所示）；②将多组上述结构串联；③向电池中注入KOH溶液；④密封。

(4)下列对镍镉电池组装和使用的分析正确的是____（填字母序号）。

a．密封镍镉电池可以避免KOH变质

b．镍电极为电池的负极，镉电极为电池的正极

c．电池组装后，应先充电，再使用

III.过度充电的保护

电池充电时，若Cd(OH)2和Ni(OH)2耗尽后继续充电，会造成安全隐患，称为过度充电。制造电池时，在镉电极加入过量的Cd(OH)2可对电池进行过度充电保护，该方法称为镉氧循环法。

(5) Cd(OH)2耗尽后继续充电，镉电极上生成的物质为____。

(6)已知：①隔膜可以透过阴离子和分子：②O2可以与Cd发生反应生成Cd(OH)2。请结合两个电极上的电极反应式说明用镉氧循环法实现过度充电保护的原理：______________________。

Answer 1

【答案】过滤 先加入氨水，可使Ni2+发生反应转化为[Ni(NH3)6]2+，降低溶液中Ni2+的浓度，再加入NaOH

时，可减慢Ni(OH)2的沉降速率 加入NaOH后，溶液中存在两个平衡，平衡①：Ni2+(aq)+2OH-(aq) Ni(OH)2(s),平衡②：Ni2++6NH3H2O[Ni(NH3)6]2++6H2O；OH-过量，使平衡①正向移动，溶液中Ni2+的浓度减小，促使平衡②逆向移动，从而提高Ni(OH)2的产率。 除去Ni(OH)2表面的水分(或乙醇易挥发，有利于真空干燥；降低Ni(OH)2的溶解度) ac H2(或氢气) 过度充电时，由于镉电极Cd(OH)2过量，阴极电极反应为2Cd(OH)2+4e-=2Cd+4OH-,避免生成H2,阳极电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O；O2通过隔膜进入阴极室，与Cd发生反应2Cd+O2+2H2O=2Cd(OH)2，可继续作为阴极反应物，OH-透过隔膜进入阳极室补充消耗的OH-，使反应循环发生。

【解析】

（1）根据硫酸镍(NiSO4)为原料制备Ni(OH)2的流程图可知：硫酸镍(NiSO4)加氨水得到[Ni(NH3)6]2+ ，再加过量NaOH得到Ni(OH)2，通过过滤可以得到Ni(OH)2粗产品，再经过洗涤干燥得到Ni(OH)2。

（2）通过Cd+2NiOOH+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2 可以判断电池的电极，放电时Cd是负极，镍电极是正极。

(1)从工艺流程图操作a后续使用无水乙醇洗涤滤渣，可逆推分析得知操作a是过滤

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

①制备过程中，需先加氨水可使Ni2+发生反应转化为[Ni(NH3)6]2+，降低溶液中Ni2+的浓度。②再加入NaOH时，可减慢Ni(OH)2的沉降速率。

(3)用无水乙醇代替水洗涤滤渣的优点是乙醇易挥发，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)下列对镍镉电池组装和使用的分析正确的是ac

a．密封镍镉电池可以避免空气中二氧化碳与KOH反应生成碳酸钾而变质，a项正确

b．通过Cd+2NiOOH+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2 可以判断电池的电极，放电时Cd是负极，镍电极是正极，b向错误

c．电池组装后，应先充电，再使用，c项正确

(5) Cd(OH)2耗尽后继续充电，水中氢离子放电生成氢气，所以镉电极上生成的物质为H2

(6) 过度充电时，由于镉电极Cd(OH)2过量，阴极电极反应为2Cd(OH)2+4e-=2Cd+4OH-,避免生成H2,阳极电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O；O2通过隔膜进入阴极室，与Cd发生反应2Cd+O2+2H2O=2Cd(OH)2，可继续作为阴极反应物，OH-透过隔膜进入阳极室补充消耗的OH-，使反应循环发生。