Question

Li₂MSiO₄（M=Mn、Fe、Co等）是極具發(fā)展前景的新型鋰離子電池電極材料，下面列出了兩種制備Li₂FeSiO₄的方法．
固相法：2Li₂SiO₃+FeSO₄

惰性氣體  .

高溫

Li₂FeSiO₄+Li₂SO₄+SiO₂
溶膠-凝膠法：
（1）固相法中制備Li₂FeSiO₄的過程必須在惰性氣體氛圍中進行，其原因是

 

．
（2）溶膠-凝膠法中，檢驗溶液中有膠體產(chǎn)生的方法是

 

；實驗中若制得1mol Li₂FeSiO₄，整個反應過程中轉移電子的數(shù)目為

 

．
（3）以Li₂FeSiO₄、嵌有Li的石墨為電極，含Li⁺的導電固體為電解質(zhì)的鋰離子電池，充、放電的總反應式可表示為Li₂FeSiO₄

充電

放電

Li+LiFeSiO₄，該電池放電時的正極反應式為

 

．
（4）Li₂MSiO₄的性能對比如下圖所示．實際應用時，常用鐵元素來源豐富的Li₂FeSiO₄作電極材料，使用該電極材料的另一個優(yōu)點是

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（1）依據(jù)亞鐵離子具有還原性分析；
（2）依據(jù)膠體的特征性質(zhì)分析設計實驗驗證，依據(jù)溶膠-凝膠法中鐵元素守恒，鐵元素化合價從+3價變化為+2價，若制得1mol Li₂FeSiO₄，電子轉移1mol；
（3）放電時原電池反應，正極上是得到電子發(fā)生還原反應，電池反應中元素化合價降低得到電子，依據(jù)總反應式分析判斷；
（4）依據(jù)圖象變化意義分析．

解答： 解：（1）固相法中制備Li₂FeSiO₄的過程必須在惰性氣體氛圍中進行，因為亞鐵離子具有還原性，易被氧化，所以惰性氣體氛圍中是為了防止亞鐵離子被氧化，
故答案為：防止二價鐵被氧化；
（2）膠體具有丁達爾現(xiàn)象，取少量液體，用一束強光光線照射，有丁達爾現(xiàn)象證明是膠體；膠-凝膠法中鐵元素守恒，鐵元素化合價從+3價變化為+2價，若制得1mol Li₂FeSiO₄，電子轉移1mol，電子轉移數(shù)為6.02×10²³，
故答案為：取少量液體，用一束強光光線照射，有丁達爾現(xiàn)象；6.02×10²³；
（3）總反應式可表示為Li₂FeSiO₄

充電

放電

 Li+LiFeSiO₄，放電過程中是原電池反應，Li做負極失電子發(fā)生氧化反應，LiFeSiO₄在正極上得到電子發(fā)生還原反應，電極反應為LiFeSiO₄+Li⁺+e^-=Li₂FeSiO₄，
故答案為：LiFeSiO₄+Li⁺+e^-=Li₂FeSiO₄ ；
（4）實際應用時，常用鐵元素來源豐富的Li₂FeSiO₄作電極材料，分析圖象變化可知，使用該電極材料的另一個優(yōu)點是Li₂FeSiO₄ 充電時脫去Li⁺所需電壓低，
故答案為：Li₂FeSiO₄ 充電時脫去Li⁺所需電壓低．

點評：本題考查了物質(zhì)制備實驗分析判斷，注意氧化還原反應分析和電子轉移計算應用，原電池反應和電極反應書寫，圖象分析判斷是關鍵，題目難度中等．