Question

【題目】(10分)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下圖所示的循環系統實現光分解水制氫。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+等可循環使用。

（1）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。

（2）若電解池A中生成3.36 L H2(標準狀況)，電解池B中生成Fe2+的物質的量為 。

（3）若循環系統處于穩定工作狀態時，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·L－1，循環系統中溶液的流量為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式表示溶液的流量Q。

Answer 1

【答案】

（1）電解池A：2H++2I-H2↑+I2

電解池B：4Fe3++2H2O O2↑+4H++4Fe2+

光催化反應池：2Fe2++I22Fe3++2I-

（2）0.3 mol;

（3） c/(a-b)L·min-1

【解析】

試題分析：（1）由圖可知，電解池A中，電解HI生成氫氣與I2，電解池中總反應的離子方程式為：2H++2I-H2↑+I2 ，電解池B中為電解鐵鹽溶液，生成Fe2+、O2、H+，電解池中總反應的離子方程式為：4Fe3++2H2O4Fe2++O2↑+4H+，光催化反應池中為Fe2+、I2、H+，生成Fe3+、I-、H+，光催化反應池中總反應的離子方程式為：2Fe2++I22Fe3++2I-，故答案為：2H++2I-H2↑+I2 ；4Fe3++2H2O4Fe2++O2↑+4H+；2Fe2++I22Fe3++2I-；

（2）若電解池A中生成3.36LH2(標準狀況)，氫氣的物質的量==0.15mol，轉移電子物質的量=0.15mol×2=0.3mol，根據電子轉移守恒，電解池B中生成Fe2+的物質的量為=0.3mol，故答案為：0.3mol；

（3）若電解池A中流入和流出的HI濃度分別為amol/L和bmol/L，則單位時間內消耗的HI的物質的量為(a-b)×Qmol/L，根據反應方程式得失電子守恒，光催化反應池中單位時間內生成Fe3+的物質的量為cmol/min，則有(a-b)×Qmol/L=cmol/min，故答案為：Q=L/min