鎳鎘電池是應(yīng)用廣泛的二次電池,其總反應(yīng)為:Cd+2NiOOH+2H2O放電充電2Ni(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的主要過程如圖所示。制備過程中,通過降低鎳離子的濃度可以降低Ni(OH)2沉淀速率,從而避免沉淀團(tuán)聚,提升電池性能。
已知:Ni2++6NH3?H2O?[Ni(NH3)6]2++6H2O
(1)操作a是 過濾過濾。
(2)制備過程中,需先加氨水,再加過量NaOH,請(qǐng)分析:
①先加氨水的目的是 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。
②用化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析加入NaOH需過量的原因是 溶液中存在兩個(gè)平衡:平衡①:Ni2+(aq)+2OH-?Ni(OH)2(s),平衡②:Ni2++6NH3?H2O?[Ni(NH3)6]2++6H2O;OH-過量,使平衡①正向移動(dòng),溶液中的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)率溶液中存在兩個(gè)平衡:平衡①:Ni2+(aq)+2OH-?Ni(OH)2(s),平衡②:Ni2++6NH3?H2O?[Ni(NH3)6]2++6H2O;OH-過量,使平衡①正向移動(dòng),溶液中的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。
(3)用無(wú)水乙醇代替水洗滌濾渣的優(yōu)點(diǎn)是 除去Ni(OH)2表面的水分或或乙醇易揮發(fā),有利于真空干燥,降低Ni(OH)2的溶解度除去Ni(OH)2表面的水分或或乙醇易揮發(fā),有利于真空干燥,降低Ni(OH)2的溶解度(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 acac(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
(5)該電池充電時(shí),陽(yáng)極反應(yīng)式為 2Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiOOH+2H2O2Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiOOH+2H2O,陰極反應(yīng)式為 Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-。充電時(shí),若Cd(OH)2耗盡后繼續(xù)充電,會(huì)造成安全隱患,鎘電極上生成的氣體是 H2(或氫氣)H2(或氫氣)。
(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。制造電池時(shí),在鎘電極加入過量的Cd(OH)2,則Cd(OH)2不會(huì)被消耗完,對(duì)電池進(jìn)行過度充電保護(hù),此時(shí):OH-從 鎘鎘電極區(qū)(填“鎳”或“鎘”)到 鎳鎳電極區(qū)(填“鎳”或“鎘”,下同)。O2從 鎳鎳電極區(qū)到 鎘鎘電極區(qū)。
放電
充電
【答案】過濾;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;溶液中存在兩個(gè)平衡:平衡①:Ni2+(aq)+2OH-?Ni(OH)2(s),平衡②:Ni2++6NH3?H2O?[Ni(NH3)6]2++6H2O;OH-過量,使平衡①正向移動(dòng),溶液中的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表面的水分或或乙醇易揮發(fā),有利于真空干燥,降低Ni(OH)2的溶解度;ac;2Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiOOH+2H2O;Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-;H2(或氫氣);鎘;鎳;鎳;鎘
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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