Question

甲酸被认为是理想的氢能载体，我国科技工作者运用DFT计算研究单分子HCOOH在催化剂表面分解产生H₂的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注｡

回答下列问题：

(1)该历程中决速步骤的能垒(活化能)E_正=__________eV，该步骤的反应方程式为__________｡

(2)甲酸分解制氢气的热化学方程式为__________｡

(3)在温度为383K､压强为p₀时，将一定量的HCOOH气体充入一个盛有催化剂的刚性容器中，达到平衡时，H₂的分压为0.55p₀，则该反应α(HCOOH)=______________，该温度下的压强平衡常数Kp=__________ (计算结果保留2位有效数字)｡

(4)HCOOH的分解存在副反应HCOOH(g)CO(g)+H₂O(g)｡

已知H₂的选择性=能够增大H₂选择性的可能方法是____｡

(5)甲酸作为直接燃料电池的燃料具有能量密度高的优点｡若电解质溶液显酸性，甲酸直接燃料电池的负极反应式为__________，该电池的理论输出电压为1.48V，能量密度E=________kW·h/kg(能量密度=电池输出电能/燃料质量，1kW·h=3.6×10⁶J)｡

Answer

0.98 HCOOH*=HCOO*+H* HCOOH(g)=CO2(g)+H2(g) △H=-0.15NAeV/mol 55% 0.67p0 选择合适催化剂 HCOOH-2e-=CO2↑+2H+ 1.72

【解析】

(1)反应所需能垒（活化能）越大，反应速率越慢，而决定该历程反应速率的是反应速率最慢的一步，即决速步骤是能垒最高的一步，该历程中三步的能垒分别为[0.77-(-0.21)]eV=0.98eV、(0.89-0.11)eV=0.78eV、[0.46-(-0.08)]eV=0.54ev，所以该历程中决速步骤的能垒(活化能)E正=0.98eV，该步骤的反应方程式为HCOOH*=HCOO*+H*，故答案为：0.98；HCOOH*=HCOO*+H*；

(2)结合反应历程可知，1molHCOOH(g)分解得到1molCO2(g)和1molH2(g)释放0.15eV能量，所以甲酸分解制氢气的热化学方程式为HCOOH(g)=CO2(g)+H2(g)△H=-0.15NAeV/mol，故答案为：HCOOH(g)=CO2(g)+H2(g)△H=-0.15NAeV/mol；

(3)因为是刚性容器，所以可将分压代入三段式解答，平衡时，H2的分压为0.55p0，所以： ，所以，α(HCOOH)==55%，Kp=≈0.67p0，故答案为：55%；0.67p0；

(4)可选择合适的催化剂增大氢气的选择性，故答案为：选择合适的催化剂；

(5)甲酸作燃料，失电子，发生的电极反应为：HCOOH-2e-=CO2↑+2H+，1molHCOOH反应转移2mol电子，则1000gHCOOH转移×2mol电子，所以电池输出电能=1.48V××2mol×96500C/mol，则能量密度E=J/kg=kW·h/kg≈1.72kW·h/kg，故答案为：HCOOH-2e-=CO2↑+2H+；1.72。