Question

利用太陽光分解水制氫是未來解決能源危機(jī)的理想方法之一。某研究小組設(shè)計(jì)了如右圖所示的循環(huán)系統(tǒng)實(shí)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Fe³⁺ 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3.36LH₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況），試計(jì)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的濃度分別為amol?L^-1和bmol?L^-1，光催化反應(yīng)生成Fe³⁺的速率為cmol?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)流過溶液的體積）。試用含所給字母的代數(shù)式表示溶液的流量Q。

Answer 1

（1）觀察電解池A，進(jìn)入電解池A中的離子有H⁺、I^-，離開電解池A的物質(zhì)有H₂、I₂，故可得陰極反應(yīng)式：2H⁺+2e^-=H₂↑，陽極反應(yīng)式：2I^--2e^-=I₂，總反應(yīng)式：2H⁺+2I^- H₂↑+I₂；觀察電解池B，進(jìn)入電解池B中的物質(zhì)有Fe³⁺、H₂O，離開電解池B的物質(zhì)有O₂、H⁺、Fe²⁺，故可得陽極反應(yīng)式：2H₂O-4e^-=O2↑+4H+，陰極反應(yīng)式：4Fe³⁺+4e^-=4Fe²⁺，總反應(yīng)式：4Fe³⁺+2H₂O4Fe²⁺+O₂↑+4H⁺；觀察進(jìn)入光催化反應(yīng)池的物質(zhì)有Fe²⁺、I₂、H⁺，離開光催化反應(yīng)池中的物質(zhì)有H⁺、I^-、Fe³⁺，說明H+沒有參加反應(yīng)，而Fe²⁺、I₂在光催化反應(yīng)池中發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，生成了I^-、Fe³⁺，離子方程式：2Fe²⁺+I₂2I^-+2Fe³⁺。
（2）電解池A的陰極反應(yīng)式：2H⁺+2e^-=H₂↑，電解池B的陰極反應(yīng)式：4Fe³⁺+4e^-=4Fe²⁺，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒得關(guān)系式：H₂~2Fe²⁺，n（H₂）=0.15mol，則n（Fe²⁺）=2n（H₂）=0.30mol。
（3）根據(jù)2Fe²⁺+I₂2I^-+2Fe³⁺，生成Fe³⁺的速率與生成I^-的速率相等，都等于cmol?min^-1。電解池A實(shí)際就是電解氫碘酸（HI），根據(jù)電解池A中流入和流出的HI的濃度分別為amol?L^-1和bmol?L^-1，則參加反應(yīng)的c（HI）=c（I^-）=（a-b）mol?L^-1，根據(jù)給出的速率單位，結(jié)合題意有：Q×（a-b）mol?L^-1=cmol?min^-1，解得：Q=L?min^-1。
【試題分析】