Question

【题目】(10分)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Fe2+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)，电解池B中生成Fe2+的物质的量为 。

（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。

Answer 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++I22Fe3++2I-

（2）0.3 mol;

（3） c/(a-b)L·min-1

【解析】

试题分析：（1）由图可知，电解池A中，电解HI生成氢气与I2，电解池中总反应的离子方程式为：2H++2I-H2↑+I2 ，电解池B中为电解铁盐溶液，生成Fe2+、O2、H+，电解池中总反应的离子方程式为：4Fe3++2H2O4Fe2++O2↑+4H+，光催化反应池中为Fe2+、I2、H+，生成Fe3+、I-、H+，光催化反应池中总反应的离子方程式为：2Fe2++I22Fe3++2I-，故答案为：2H++2I-H2↑+I2 ；4Fe3++2H2O4Fe2++O2↑+4H+；2Fe2++I22Fe3++2I-；

（2）若电解池A中生成3.36LH2(标准状况)，氢气的物质的量==0.15mol，转移电子物质的量=0.15mol×2=0.3mol，根据电子转移守恒，电解池B中生成Fe2+的物质的量为=0.3mol，故答案为：0.3mol；

（3）若电解池A中流入和流出的HI浓度分别为amol/L和bmol/L，则单位时间内消耗的HI的物质的量为(a-b)×Qmol/L，根据反应方程式得失电子守恒，光催化反应池中单位时间内生成Fe3+的物质的量为cmol/min，则有(a-b)×Qmol/L=cmol/min，故答案为：Q=L/min