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)計了如下圖所示的循環(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Fe³⁺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3.36 L H₂(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·L^-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)A：2H⁺+2I^- H₂↑+I₂ ；B：4Fe³⁺+2H₂O  O₂↑+4H⁺+4Fe²⁺
光催化反應(yīng)池：2Fe²⁺+I₂2Fe³⁺+2I^-       (2)0.300 mol  (3)  L·min^-1

解析試題分析：（1）電解池A中，H⁺和I^-反應(yīng)生成H₂和I₂，則反應(yīng)的離子方程式是2H⁺+2I^- H₂↑+I₂。電解池B中，F(xiàn)e³⁺和H₂O反應(yīng)生成O₂、H⁺和Fe²⁺，則反應(yīng)的離子方程式是4Fe³⁺+2H₂O  O₂↑+4H⁺+4Fe²⁺。光催化反應(yīng)池中，H⁺、I₂、Fe²⁺反應(yīng)生成H⁺、I^-和Fe³⁺，則光催化反應(yīng)池中的離子方程式是2Fe²⁺+I₂2Fe³⁺+2I^-。
（2）n(H₂)＝ ＝0.150 mol
轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為n(e^-)＝2n(H₂)＝0.150 mol×2＝0.300 mol
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^-)＝0.300 mol
（3）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)2Fe²⁺+I₂2Fe³⁺+2I^-可知
光催化反應(yīng)生成I^-的速率v(I^-)＝v(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
Q＝ L·min^-1
考點：考查電化學(xué)原理的有關(guān)判斷和計算以及反應(yīng)速率的計算
點評：該題是中等難度的試題，試題基礎(chǔ)性強，在注重對學(xué)生基礎(chǔ)知識鞏固和訓(xùn)練的同時，側(cè)重對學(xué)生基礎(chǔ)知識的鞏固和訓(xùn)練，旨在培養(yǎng)學(xué)生的靈活運用基礎(chǔ)知識解決實際問題的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力和發(fā)散思維能力。該題的關(guān)鍵是明電解池的工作原理，利用好電子的得失守恒，然后結(jié)合題意靈活運用即可。