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

【答案】

(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

点评：该题是中等难度的试题，试题基础性强，在注重对学生基础知识巩固和训练的同时，侧重对学生基础知识的巩固和训练，旨在培养学生的灵活运用基础知识解决实际问题的能力，有利于培养学生的逻辑推理能力和发散思维能力。该题的关键是明电解池的工作原理，利用好电子的得失守恒，然后结合题意灵活运用即可。