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下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Fe³⁺等可循环使用。

(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⁺的速率为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)A：2H++2I- H2↑+I2 ；B：4Fe3++2H2O  O2↑+4H++4Fe2+

光催化反应池：2Fe2++I22Fe3++2I-       (2)0.300 mol  (3)  L·min-1

【解析】

试题分析：（1）电解池A中，H+和I-反应生成H2和I2，则反应的离子方程式是2H++2I- H2↑+I2。电解池B中，Fe3+和H2O反应生成O2、H+和Fe2+，则反应的离子方程式是4Fe3++2H2O  O2↑+4H++4Fe2+。光催化反应池中，H+、I2、Fe2+反应生成H+、I-和Fe3+，则光催化反应池中的离子方程式是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-可知

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＝ L·min-1

考点：考查电化学原理的有关判断和计算以及反应速率的计算