Question

1．新型锂离子电池材料Li₂MSiO₄（M为Fe，Co，Mn，Cu等）是一种发展潜力很大的电池电极材料．工业制备Li₂MSiO₄有两种方法：
方法一：固相法，2Li₂SiO₃+FeSO₄ $\frac{\underline{\;惰性气体\;}}{高温}$ Li₂FeSiO₄+Li₂SO₄+SiO₂
方法二：溶胶-凝胶法，
（1）固相法中制备Li₂FeSiO₄过程采用惰性气体气氛，其原因是防止二价铁被氧化；
（2）溶胶-凝胶法中，检查溶液中有胶体生成的方法是取少量液体，用一束强光光线照射，有丁达尔现象；生产中生成1mol Li₂FeSiO₄整个过程转移电子物质的量为1mol；
（3）以Li₂FeSiO₄和嵌有Li的石墨为电极材料，含锂的导电固体作电解质，构成电池的总反应式为：Li+LiFeSiO₄ $\frac{\underline{\;放电\;}}{充电}$ Li₂FeSiO₄则该电池的负极是嵌有Li的石墨；充电时，阳极反应的电极反应式为Li₂FeSiO₄-e^-=LiFeSiO₄+Li⁺；
（4）使用（3）组装的电池必须先充电．

Answer 1

分析 （1）依据亚铁离子具有还原性分析；
（2）依据胶体的特征性质分析设计实验验证，依据溶胶-凝胶法中铁元素守恒，铁元素化合价从+3价变化为+2价，根据化合价的变化分析；
（3）放电时原电池反应，正极上是得到电子发生还原反应，电池反应中元素化合价降低得到电子，依据总反应式分析判断；
（4）可充电池使用前需要先充电，才能正常使用．

解答 解：（1）固相法中制备Li₂FeSiO₄的过程必须在惰性气体氛围中进行，因为亚铁离子具有还原性，易被氧化，所以惰性气体氛围中是为了防止亚铁离子被氧化，
故答案为：防止二价铁被氧化；
（2）胶体具有丁达尔现象，取少量液体，用一束强光光线照射，有丁达尔现象证明是胶体；胶-凝胶法中铁元素守恒，铁元素化合价从+3价变化为+2价，若制得1mol Li₂FeSiO₄，电子转移1mol，
故答案为：取少量液体，用一束强光光线照射，有丁达尔现象；1；
（3）总反应式可表示为Li₂FeSiO₄ $?_{放电}^{充电}$Li+LiFeSiO₄，放电过程中是原电池反应，Li做负极失电子发生氧化反应，LiFeSiO₄在正极上得到电子发生还原反应，电极反应为LiFeSiO₄+Li⁺+e^-=Li₂FeSiO₄，
故答案为：嵌有Li的石墨；LiFeSiO₄+Li⁺+e^-=Li₂FeSiO₄ ；
（4）（3）组装的可充电池需要先充电，才可使用，故答案为：充电．

点评 本题考查了物质制备实验分析判断、氧化还原反应、原电池原理的应用等，注意氧化还原反应分析和电子转移计算应用，原电池反应和电极反应书写，图象分析判断是关键，题目难度中等．