Question

3．新型電池在飛速發(fā)展的信息技術中發(fā)揮著越來越重要的作用．Li₂MSiO₄（M=Mn、Fe、Co等）是極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦弯囯x子電池電極材料，在蘋果的幾款最新型的產品中已經有了一定程度的應用．下面列出了兩種制備Li₂FeSiO₄的方法：
固相法：2Li₂SiO₃+FeSO₄$\frac{\underline{\;惰性氣體\;}}{高溫}$Li₂FeSiO₄+Li₂SO₄+SiO₂
溶膠-凝膠法：如圖1

（1）固相法中制備Li₂FeSiO₄的過程必須在惰性氣體氛圍中進行，其原因是防止二價鐵被氧化；根據已有信息，以下判斷正確的是③．
①該反應是氧化還原反應                 ②該反應一定是吸熱反應
③Li₂SiO₃ 和Li₂FeSiO₄屬于硅酸鹽
（2）溶膠-凝膠法中，檢驗溶液中有膠體產生的方法是取少量液體，用一束強光光線照射，有丁達爾現象；實驗中若制得1mol Li₂FeSiO₄，整個反應過程中轉移電子的物質的量為1mol．
（3）以Li₂FeSiO₄、嵌有Li的石墨為電極，含Li⁺的導電固體為電解質的鋰離子電池，充、放電的總反應式可表示為Li₂FeSiO₄$?_{放電}^{充電}$Li+LiFeSiO₄，該電池放電時，負極是Li，正極反應為LiFeSiO₄+Li⁺+e^-=Li₂FeSiO₄ ．
（4）三種Li₂MSiO₄的性能對比如圖2所示．實際應用時，常用來源豐富的鐵元素生產的Li₂FeSiO₄作電極材料，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．

Answer 1

分析 （1）依據亞鐵離子具有還原性分析；根據反應2Li₂SiO₃+FeSO₄$\frac{\underline{\;惰性氣體\;}}{高溫}$Li₂FeSiO₄+Li₂SO₄+SiO₂可知，反應中各元素化合價沒有變化，也無法判斷反應的執(zhí)效應，但Li₂SiO₃ 和Li₂FeSiO₄都屬于硅酸鹽，據此答題；
（2）依據膠體的特征性質分析設計實驗驗證，依據溶膠-凝膠法中鐵元素守恒，鐵元素化合價從+3價變化為+2價，根據化合價的變化分析；
（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，依據總反應式分析判斷；
（4）依據圖象變化意義分析；

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，根據反應2Li₂SiO₃+FeSO₄$\frac{\underline{\;惰性氣體\;}}{高溫}$Li₂FeSiO₄+Li₂SO₄+SiO₂可知，反應中各元素化合價沒有變化，也無法判斷反應的執(zhí)效應，但Li₂SiO₃ 和Li₂FeSiO₄都屬于硅酸鹽，故③正確，
故答案為：防止二價鐵被氧化；③；
（2）膠體具有丁達爾現象，取少量液體，用一束強光光線照射，有丁達爾現象證明是膠體；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，
故答案為：取少量液體，用一束強光光線照射，有丁達爾現象；1mol；
（3）總反應式可表示為Li₂FeSiO₄$?_{放電}^{充電}$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：Li；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 本題考查了物質制備實驗分析判斷、氧化還原反應、原電池原理的應用等，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．