CO2/ HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面…——2020 高考化学第 20 题答案解析

【答案】 (1). 3 2 2HCO H HCOO H O- -+ +催化剂 (2).
温度升高反应速率增大，温度升高催化剂的活性增强 (3).
$3 2HCOO 2OH 2e HCO H O- - - -+ - = +$ (4). H2SO4 (5).
$2 3 22HCOOH 2OH O 2HCO 2H O- -+ + = +$或 $2 32HCOO O 2HCO- -+ =$ (6). HD (7).
提高释放氢气的速率，提高释放出氢气的纯度
【解析】
【分析】
(1)根据元素守恒和电荷守恒书写离子方程式；从温度对反应速率的影响以及温度对催化剂的
影响的角度分析。
(2)该装置为原电池装置，放电时HCOOˉ转化为 3HCO-被氧化，所以左侧为负极，Fe3+转化为
Fe2+被还原，所以右侧为正极。
(3)HCOOH生成HCOOˉ和H+分别与催化剂结合，在催化剂表面HCOOˉ分解生成CO2和Hˉ，之
后在催化剂表面Hˉ和第一步产生的H+反应生成H2。
【详解】(1)含有催化剂的KHCO3溶液中通入H2生成HCOOˉ，根据元素守恒和电荷守恒可得
离子方程式为： 3HCO-+H2
催化剂
HCOOˉ+H2O；反应温度在40℃~80℃范围内时，随温度升
高，活化分子增多，反应速率加快，同时温度升高催化剂的活性增强，所以 3HCO-的催化加
氢速率迅速上升；
(2)①左侧为负极，碱性环境中HCOOˉ失电子被氧化为 3HCO-，根据电荷守恒和元素守恒可得

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电极反应式为HCOOˉ+2OHˉ－2eˉ===
3HCO-+H2O；电池放电过程中，钾离子移向正极，即右侧，根据图示可知右侧的阴离子为硫
酸根，而随着硫酸钾不断被排除，硫酸根逐渐减少，铁离子和亚铁离子进行循环，所以需要
补充硫酸根，为增强氧气的氧化性，溶液最好显酸性，则物质A为H2SO4；
②根据装置图可知电池放电的本质是HCOOH在碱性环境中被氧气氧化为 3HCO-，根据电子守
恒和电荷守恒可得离子方程式为2HCOOH+O2+2OHˉ = 2 3HCO-+2H2O或2HCOOˉ+$O2=$
2 3HCO-；
(3)①根据分析可知HCOOD可以产生HCOOˉ和D+，所以最终产物为CO2和HD(Hˉ与D+结合生
成)；
②HCOOK是强电解质，更容易产生HCOOˉ和K+，更快的产生KH，KH可以与水反应生成H2
和KOH，生成的KOH可以吸收分解产生的CO2，从而使氢气更纯净，所以具体优点是：提高
释放氢气的速率，提高释放出氢气的纯度。
【点睛】第3小题为本题难点，要注意理解图示的HCOOH催化分解的反应机理，首先HCOO
H分解生成H+和HCOOˉ，然后HCOOˉ再分解成CO2和Hˉ，Hˉ和H+反应生成氢气。