Question

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1-2-21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。

图1-2-21

(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⁺的速度为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

解析:由所给图示可知，电解池A中电解质为HI，而B中则为含有Fe²⁺的溶液，所以有：

(1)电解池A：2 H⁺+2I^-H₂↑+I₂

电解池B：4Fe³⁺+2H₂OO₂↑+4 H⁺+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

(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=

答案:(1) A  2 H⁺+2I^-H₂↑+I₂

B  4Fe³⁺+2H₂OO₂↑+4 H⁺+4Fe²⁺

光催化反应2Fe²⁺+I₂2Fe³⁺+2I^-

(2)0.300 mol

(3)Q=