Question

25.利用太阳光分解水制氢是未来解决能源危机的理想方法之一。某研究小组设计了如图所示的循环系统实现光分解水制氢。反应过程中所需的电能由太阳能光电池提供，反应体系中I₂和Fe²⁺等可循环使用。

⑴写出电解池A、电解池B和光催化反应池中反应的离子方程式。

⑵若电解池A中生成3.36 L H₂（标准状况），试计算电解池B中生成Fe²⁺的物质的量。

⑶若循环系统处于稳定工作状态时，电解池A中流入和流出的HI浓度分别为a mol·L^－1和b mol·L^－1，光催化反应生成Fe³⁺的速率为c mol·min^－1，循环系统中溶液的流量为Q（流量为单位时间内流过的溶液体积）。试用含所给字母的代数式表示溶液的流量Q。

Answer 1

    （1）A：2H⁺+2I^-H₂↑+I₂

            B：4Fe³⁺+2H₂OO₂↑+4H⁺+4Fe²⁺

            光催化反应池：2Fe²⁺+I₂2Fe³⁺+2I^-

    （2）0.300 mol

    （3）Q= L·min^-1

解析：由所给图示知电解池A中电解为HI，而B为Fe³⁺的溶液所以有

    (1)电解池A：2H⁺+2I^-H₂↑+I₂

    电解池B：4Fe³⁺+2H₂OO₂↑+4H⁺+4Fe²⁺

    光催化反应池：2Fe²⁺+I₂2Fe³⁺+2I^-

    (2)n(H₂)==0.150 mol

    转移电子的物质的量为n(e^-)=2n(H₂)=0.150 mol×2=0.300 mol

    因为电解池A、B是串联电解池，电路中转移的电子数目相等。

    所以，n(Fe²⁺)=n(e^-)=0.300 mol

    答：电解池B中生成Fe²⁺的物质的量为0.300 mol。

    (3)根据化学反应2Fe²⁺+I₂2Fe³⁺+2I^-

    光催化反应生成I^-的速率v(I^-)=v(Fe³⁺)=c mol·min^-1

    电解池A中消耗I^-的速率应等于光催化反应池中生成I^-的速率

    a mol·L^-1×Q-b mol·L^-1×Q=c mol·min^-1

    Q= L·min^-1

    答：溶液的流量Q为Q=L·min。