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验光分解水制氢．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．

（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3.36L 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和b mol/L，光催化反应生成Fe³⁺的速率为c mol/min，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）2H++2I﹣H2↑+I2 ；

4Fe3++2H2O4Fe2++O2↑+4H+；

2Fe2++I22Fe3++2I﹣；

（2）0.3mol；

（3）Q=

【解析】（1）由图可知，电解池A中，电解HI生成氢气与I2，电解池中总反应的离子方程式为：2H++2I﹣H2↑+I2 ，

电解池B中为电解铁盐溶液，生成Fe2+、O2、H+，电解池中总反应的离子方程式为：4Fe3++2H2O4Fe2++O2↑+4H+，

光催化反应池中为Fe2+、I2、H+，生成Fe3+、I﹣、H+，光催化反应池中总反应的离子方程式为：2Fe2++I22Fe3++2I﹣，

故答案为：2H++2I﹣H2↑+I2 ；4Fe3++2H2O4Fe2++O2↑+4H+；2Fe2++I22Fe3++2I﹣；

（2）若电解池A中生成3.36L H2（标准状况），氢气的物质的量==0.15mol，转移电子物质的量=0.15mol×2=0.3mol，根据电子转移守恒，电解池B中生成Fe2+的物质的量为=0.3mol，

故答案为：0.3mol；

（3）若电解池A中流入和流出的HI浓度分别为a mol/L和b mol/L，则单位时间内消耗的HI的物质的量为（a﹣b）×Qmol/L，根据反应方程式得失电子守恒，光催化反应池中单位时间内生成Fe3+的物质的量为c mol/min，则有（a﹣b）×Qmol/L=c mol/min，故答案为：Q=．