Question

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

(1)寫出電解池A、電解池B和光催化反應(yīng)池中反應(yīng)的離子方程式__________________
(2)若電解池A中生成3.36LH₂(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，試計算電解池B中生成Fe²⁺的物質(zhì)的量
(3)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(yīng)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(nèi)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)電解池A：2H⁺+2I^-H₂↑+I₂；電解池B：4Fe³⁺+2H₂OO₂↑+4H⁺+4Fe²⁺；光催化反應(yīng)池：
2Fe²⁺+I₂2Fe³⁺+2I^-

（2）n(H₂)=，
轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為n(e^-)=2n(H₂)=0.150mol×2=0.300mol
因為電解池A、B是串聯(lián)電解池，電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目相等。
所以，n(Fe²⁺)=n(e^-)=0.300mol
答：電解池B中生成Fe²⁺的物質(zhì)的量為0.300mol。
(3)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)2Fe²⁺+I₂2Fe³⁺+2I^-
光催化反應(yīng)生成I^-的速率(I^-)=(Fe³⁺)=c mol·min^-1
電解池A中消耗I^-的速率應(yīng)等于光催化反應(yīng)池中生成I^-的速率
a mol·L^-1×Q=b mol·L^-1×Q=c mol·min^-1