Question

【題目】甲酸被認(rèn)為是理想的氫能載體，我國科技工作者運用DFT計算研究單分子HCOOH在催化劑表面分解產(chǎn)生H2的反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用*標(biāo)注

回答下列問題：

(1)該歷程中決速步驟的能壘(活化能)E正=__________eV，該步驟的反應(yīng)方程式為__________

(2)甲酸分解制氫氣的熱化學(xué)方程式為__________

(3)在溫度為383K壓強為p0時，將一定量的HCOOH氣體充入一個盛有催化劑的剛性容器中，達(dá)到平衡時，H2的分壓為0.55p0，則該反應(yīng)α(HCOOH)=______________，該溫度下的壓強平衡常數(shù)Kp=__________ (計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

(4)HCOOH的分解存在副反應(yīng)HCOOH(g)CO(g)+H2O(g)

已知H2的選擇性=能夠增大H2選擇性的可能方法是____

(5)甲酸作為直接燃料電池的燃料具有能量密度高的優(yōu)點若電解質(zhì)溶液顯酸性，甲酸直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為__________，該電池的理論輸出電壓為1.48V，能量密度E=________kW·h/kg(能量密度=電池輸出電能/燃料質(zhì)量，1kW·h=3.6×106J)

Answer 1

【答案】0.98 HCOOH*=HCOO*+H* HCOOH(g)=CO2(g)+H2(g) △H=-0.15NAeV/mol 55% 0.67p0 選擇合適催化劑 HCOOH-2e-=CO2↑+2H+ 1.72

【解析】

(1)反應(yīng)所需能壘（活化能）越大，反應(yīng)速率越慢，而決定該歷程反應(yīng)速率的是反應(yīng)速率最慢的一步，即決速步驟是能壘最高的一步，該歷程中三步的能壘分別為[0.77-(-0.21)]eV=0.98eV、(0.89-0.11)eV=0.78eV、[0.46-(-0.08)]eV=0.54ev，所以該歷程中決速步驟的能壘(活化能)E正=0.98eV，該步驟的反應(yīng)方程式為HCOOH*=HCOO*+H*，故答案為：0.98；HCOOH*=HCOO*+H*；

(2)結(jié)合反應(yīng)歷程可知，1molHCOOH(g)分解得到1molCO2(g)和1molH2(g)釋放0.15eV能量，所以甲酸分解制氫氣的熱化學(xué)方程式為HCOOH(g)=CO2(g)+H2(g)△H=-0.15NAeV/mol，故答案為：HCOOH(g)=CO2(g)+H2(g)△H=-0.15NAeV/mol；

(3)因為是剛性容器，所以可將分壓代入三段式解答，平衡時，H2的分壓為0.55p0，所以： ，所以，α(HCOOH)==55%，Kp=≈0.67p0，故答案為：55%；0.67p0；

(4)可選擇合適的催化劑增大氫氣的選擇性，故答案為：選擇合適的催化劑；

(5)甲酸作燃料，失電子，發(fā)生的電極反應(yīng)為：HCOOH-2e-=CO2↑+2H+，1molHCOOH反應(yīng)轉(zhuǎn)移2mol電子，則1000gHCOOH轉(zhuǎn)移×2mol電子，所以電池輸出電能=1.48V××2mol×96500C/mol，則能量密度E=J/kg=kW·h/kg≈1.72kW·h/kg，故答案為：HCOOH-2e-=CO2↑+2H+；1.72。