Question

25.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。某研究小組設計了如圖所示的循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)光分解水制氫。反應過程中所需的電能由太陽能光電池提供，反應體系中I₂和Fe²⁺等可循環(huán)使用。

⑴寫出電解池A、電解池B和光催化反應池中反應的離子方程式。

⑵若電解池A中生成3.36 L H₂（標準狀況），試計算電解池B中生成Fe²⁺的物質的量。

⑶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

    （1）A：2H⁺+2I^-H₂↑+I₂

            B：4Fe³⁺+2H₂OO₂↑+4H⁺+4Fe²⁺

            光催化反應池：2Fe²⁺+I₂2Fe³⁺+2I^-

    （2）0.300 mol

    （3）Q= L·min^-1

解析：由所給圖示知電解池A中電解為HI，而B為Fe³⁺的溶液所以有

    (1)電解池A：2H⁺+2I^-H₂↑+I₂

    電解池B：4Fe³⁺+2H₂OO₂↑+4H⁺+4Fe²⁺

    光催化反應池：2Fe²⁺+I₂2Fe³⁺+2I^-

    (2)n(H₂)==0.150 mol

    轉移電子的物質的量為n(e^-)=2n(H₂)=0.150 mol×2=0.300 mol

    因為電解池A、B是串聯(lián)電解池，電路中轉移的電子數(shù)目相等。

    所以，n(Fe²⁺)=n(e^-)=0.300 mol

    答：電解池B中生成Fe²⁺的物質的量為0.300 mol。

    (3)根據(jù)化學反應2Fe²⁺+I₂2Fe³⁺+2I^-

    光催化反應生成I^-的速率v(I^-)=v(Fe³⁺)=c mol·min^-1

    電解池A中消耗I^-的速率應等于光催化反應池中生成I^-的速率

    a mol·L^-1×Q-b mol·L^-1×Q=c mol·min^-1

    Q= L·min^-1

    答：溶液的流量Q為Q=L·min。