题目内容
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下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Fe3+等可循环使用。
(1)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。
(2)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。
(3)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·L-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。
解析：(1)电解池A中，H+和I-反应生成H2和I2。2H++2I-
H2↑+I2。
电解池B中，Fe3+和H2O反应生成O2、H+和Fe2+。4Fe3++2H2O
O2↑+4H++4Fe2+。
光催化反应池中，H+、I2、Fe2+反应生成H+、I-和Fe3+:2Fe2++I2
2Fe3++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。
(3)根据化学反应2Fe2++I2
2Fe3++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
答案：(1)电解池A：2H++2I-
H2↑+I2
电解池B：4Fe3++2H2O
O2↑+4H++4Fe2+
光催化反应池：2Fe2++I2
2Fe3++2I-
(2)0.300 mol (3)
L·min-1
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