Question

利用太陽光分解水制氫是未來解決能源危機的理想方法之一．某研究小組設(shè)計了如下圖所示的循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)光分解水制氫．反應(yīng)過程中所需的電能由太陽能光電池提供，反應(yīng)體系中I₂和Fe²⁺等可循環(huán)使用．

(1)寫出電解池A、電解池B和光催化反應(yīng)池中反應(yīng)的離子方程式．

(2)若電解池A中生成3.36 L H₂(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，試計算電解池B中生成Fe²⁺的物質(zhì)的量．

(3)若循環(huán)系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時，電解池A中流入和流出的HI濃度分別為a mol·L^－1和b mol·L^－1，光催化反應(yīng)生成Fe³⁺的速率為c mol·min^－1，循環(huán)系統(tǒng)中溶液的流量為Q(流量為單位時間內(nèi)流過的溶液體積)．試用含所給字母的代數(shù)式表示溶液的流量Q．

Answer 1

答案：
解析：

答案：(1)電解池A：2H+＋2I－H2↑＋I2 　　電解池B：4Fe3+＋2H2OO2↑＋4H+＋4Fe2+ 　　光催化反應(yīng)池：2Fe2+＋I22Fe3+＋2I－ 　　(2)0.300 mol 　　(3)Q＝c/(a－b)L·min－1 　　解析：(1)電解池A：2H+＋2I－H2↑＋I2 　　電解池B：4Fe3+＋2H2OO2↑＋4H+＋4Fe2+ 　　光催化反應(yīng)池：2Fe2+＋I2Fe3+＋2I－(在光照的條件下) 　　(2)n(H2)＝3.36 L/22.4 L·mol－1＝0.150 mol 轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為n(e－)＝2n(H2)＝0.150 mol×2＝0.300 mol 　　因為電解池A、B是串聯(lián)的，電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目相等．所以，n(Fe2+)＝n(e－)＝0.300 mol 　　(3)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)2Fe2+＋I22Fe3+＋2I－，光催化反應(yīng)生成I－的速率v(I－)＝v(Fe3+)＝c mol·min－1，電解池A中消耗I－的速率應(yīng)等于光催化反應(yīng)池中生成I－的速率a mol·L－1×Q－b mol·L－1×Q＝c mol·min－1，Q＝c/(a－b)L·min－1