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．某研究小組設計了如下圖所示的循環系統實驗光分解水制氫．反應過程中所需的電能由太陽能光電池提供，反應體系中I₂和Fe²⁺等可循環使用．
（1）寫出電解池A

 

、電解池B

 

和光催化反應池中

 

反應的離子方程式．
（2）若電解池A中生成3.36L H₂（標準狀況），試計算電解池B中生成Fe²⁺的物質的量

 

．
（3）若循環系統處于穩定工作狀態時，電解池A中流入和流出的HI濃度分別為a mol/L和b mol/L，光催化反應生成Fe³⁺的速率為c mol/min，循環系統中溶液的流量為Q（流量為單位時間內流過的溶液體積）．試用含所給字母的代數式表示溶液的流量Q

 

．

Answer 1

考點：電解原理

專題：電化學專題

分析：（1）由圖可知，電解池A中，電解HI生成氫氣與I₂，電解池B中為電解鐵鹽溶液，生成Fe²⁺、O₂、H⁺，光催化反應池中為Fe²⁺、I₂、H⁺，生成Fe³⁺、I^-、H⁺；
（2）根據電子轉移守恒計算；
（3）根據得失電子守恒計算；

解答： 解：（1）由圖可知，電解池A中，電解HI生成氫氣與I₂，電解池中總反應的離子方程式為：2H⁺+2I^-

通電  .

H₂↑+I₂ ，
電解池B中為電解鐵鹽溶液，生成Fe²⁺、O₂、H⁺，電解池中總反應的離子方程式為：4Fe³⁺+2H₂O

通電  .

4Fe²⁺+O₂↑+4H⁺，
光催化反應池中為Fe²⁺、I₂、H⁺，生成Fe³⁺、I^-、H⁺，光催化反應池中總反應的離子方程式為：2Fe²⁺+I₂

光照  .

2Fe³⁺+2I^-，
故答案為：2H⁺+2I^-

通電  .

H₂↑+I₂ ；4Fe³⁺+2H₂O

通電  .

4Fe²⁺+O₂↑+4H⁺；2Fe²⁺+I₂

光照  .

2Fe³⁺+2I^-；
（2）若電解池A中生成3.36L H₂（標準狀況），氫氣的物質的量=

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，轉移電子物質的量=0.15mol×2=0.3mol，根據電子轉移守恒，電解池B中生成Fe²⁺的物質的量為

0.3mol

3-2

=0.3mol，
故答案為：0.3mol；
（3）若電解池A中流入和流出的HI濃度分別為a mol/L和b mol/L，則單位時間內消耗的HI的物質的量為（a-b）×Qmol/L，根據反應方程式得失電子守恒，光催化反應池中單位時間內生成Fe³⁺的物質的量為c mol/min，則有（a-b）×Qmol/L=c mol/min，故答案為：Q=

c

a-b

L/min．

點評：本題屬于圖表信息題，涉及電解原理、氧化還原反應的得失電子守恒的計算等問題，關鍵讀懂圖表．