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(guò)程必須在惰性氣體氛圍中進(jìn)行，其原因是

 

．
（2）溶膠-凝膠法中，檢驗(yàn)溶液中有膠體產(chǎn)生的方法是

 

；實(shí)驗(yàn)中若制得1mol Li₂FeSiO₄，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為

 

．
（3）以Li₂FeSiO₄、嵌有Li的石墨為電極，含Li⁺的導(dǎo)電固體為電解質(zhì)的鋰離子電池，充、放電的總反應(yīng)式可表示為L(zhǎng)i₂FeSiO₄

充電

放電

Li+LiFeSiO₄，該電池放電時(shí)的正極反應(yīng)式為

 

．
（4）Li₂MSiO₄的性能對(duì)比如下圖所示．實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常用鐵元素來(lái)源豐富的Li₂FeSiO₄作電極材料，使用該電極材料的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，依據(jù)溶膠-凝膠法中鐵元素守恒，鐵元素化合價(jià)從+3價(jià)變化為+2價(jià)，若制得1mol Li₂FeSiO₄，電子轉(zhuǎn)移1mol；
（3）放電時(shí)原電池反應(yīng)，正極上是得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電池反應(yīng)中元素化合價(jià)降低得到電子，依據(jù)總反應(yīng)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(guò)程必須在惰性氣體氛圍中進(jìn)行，因?yàn)閬嗚F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(jià)鐵被氧化；
（2）膠體具有丁達(dá)爾現(xiàn)象，取少量液體，用一束強(qiáng)光光線照射，有丁達(dá)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(jià)從+3價(jià)變化為+2價(jià)，若制得1mol Li₂FeSiO₄，電子轉(zhuǎn)移1mol，電子轉(zhuǎn)移數(shù)為6.02×10²³，
故答案為：取少量液體，用一束強(qiáng)光光線照射，有丁達(dá)爾現(xiàn)象；6.02×10²³；
（3）總反應(yīng)式可表示為L(zhǎng)i₂FeSiO₄

充電

放電

 Li+LiFeSiO₄，放電過(guò)程中是原電池反應(yīng)，Li做負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，LiFeSiO₄在正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為L(zhǎng)iFeSiO₄+Li⁺+e^-=Li₂FeSiO₄，
故答案為：LiFeSiO₄+Li⁺+e^-=Li₂FeSiO₄ ；
（4）實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常用鐵元素來(lái)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(gè)優(yōu)點(diǎn)是Li₂FeSiO₄ 充電時(shí)脫去Li⁺所需電壓低，
故答案為：Li₂FeSiO₄ 充電時(shí)脫去Li⁺所需電壓低．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)分析判斷，注意氧化還原反應(yīng)分析和電子轉(zhuǎn)移計(jì)算應(yīng)用，原電池反應(yīng)和電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)，圖象分析判斷是關(guān)鍵，題目難度中等．