題目列表(包括答案和解析)
（12分）車載甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC)將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的工 藝有兩種：（1）水蒸氣變換（重整）法；（2）空氣氧化法。兩種工藝都得 到副產(chǎn)品CO。
1．分別寫出這兩種工藝的化學(xué)方程式，通過計算，說明這兩種工藝的優(yōu)缺點。有關(guān)資料（298 .15K）列于表3。
表3 物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)
物質(zhì) | ΔfHm | Sm |
CH3OH（g） | -200.66 | 239.81 |
CO2（g） | -393.51 | 213.64 |
CO（g） | -110.52 | 197.91 |
H2O（g） | -241.82 | 188.83 |
H2 （g） | 0 | 130.59 |
2．上述兩種工藝產(chǎn)生的少量CO會吸附在燃料電池的Pt或其他貴金屬催化劑表面，阻礙H2的吸附和電氧化，引起燃料電池放電性能急劇下降，為此，開發(fā)了除去CO的方法�，F(xiàn)有一組實驗結(jié)果（500K）如表4。
表中PCO、PO2 分別為CO和O2的分壓；rco為以每秒每個催化劑Ru活性位上所消耗的CO分子數(shù)表示的CO的氧化速率。（1）求催化劑Ru上CO氧化反應(yīng)分別對CO和O2的反應(yīng)級數(shù)（取整數(shù)），寫出 速率方程。（2）固體Ru表面具有吸附氣體分子的能力，但是氣體分子只有碰到空活性位才可能發(fā)生吸附作用。當(dāng)已吸附分子的熱運動的動能足以克服固體引力場的勢壘時，才能脫附，重新回到氣相。假設(shè)CO和O2的吸附與脫附互不影響，并且表面是均勻的，以θ表示氣體分子覆蓋活性位的百分?jǐn)?shù)（覆蓋度），則氣體的吸附速率與氣體的壓力成正比，也與固體表面的空活性位數(shù)成正比。研究提出CO在Ru上的氧化反應(yīng)的一種機(jī)理如下：
其中kco,ads、 kco,des分別為CO在Ru的活性位上的吸附速率常數(shù)和脫附速率常數(shù)，ko2,ads為O2在Ru的活性位上的吸附速率常數(shù)。M表示Ru催化劑表面上的活性位。CO在Ru表面活性位上的吸附比O2的吸附強(qiáng)得多。試根據(jù)上述反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)CO在催化劑Ru表面上氧化反應(yīng)的速率方程（不考慮O2的脫附；也不考慮產(chǎn)物CO2的吸附），并與實驗結(jié)果比較。
3．有關(guān)物質(zhì)的熱力學(xué)函數(shù)（298．15 K）如表5。
表5 物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)
物質(zhì) | ΔfHm | Sm |
H2 （g） | 0 | 130.59 |
O2（g） | 0 | 205.03 |
H2O （g） | -241.82 | 188.83 |
H2O （l） | -285.84 | 69.94 |
在373.15K，100kPa下，水的蒸發(fā)焓Δvap Hm
=40.64kJ?mol-1，在298.15～3
73.15K間水的等壓熱容為75.6 J?K-1?mol-1。（1）將上述工藝得到的富氫氣體作為質(zhì)子交換膜燃料電池的燃料。燃料電池的理論效率是指電池所能做的最大電功相對于燃料反應(yīng)焓變的效率。在298.15K，100 kPa下，當(dāng)1 molH2燃燒分別生成H2O（l) 和 H2O（g)時，計算燃料電池工作的理論效率，并分析兩者存在差別的原因。（2）若燃料電池在473.15 K、100 kPa下工作，其理論效率又為多少（可忽略焓 變和嫡變隨溫度的變化）？（3）說明（1）和（2）中的同一反應(yīng)有不同理論效率的原因。
該實驗主要操作步驟為：①用砂紙擦去鎂條表面的氧化膜，稱得質(zhì)量為a g，系于銅絲末端；②錐形瓶中加有適量的稀硫酸，廣口瓶中裝有足量的水，連接好裝置；③檢查裝置氣密性；④把銅絲向下插入，使鎂條完全浸入稀硫酸中至鎂條完全溶解；⑤恢復(fù)到室溫，正確操作讀出量筒中水的體積為b mL。
請完成下列問題：
（1）用文字表述步驟③檢查該裝置氣密性的操作與觀察方法________________。
（2）本實驗除了數(shù)據(jù)a、b外，還需要測定的其他數(shù)據(jù)有________________。
（3）如果鎂條表面的氧化膜未除去，會導(dǎo)致實驗結(jié)果________（填“偏大”“偏小”或“不變”）。
（4）若實驗是在101 kPa、25 ℃下進(jìn)行的，水蒸氣的影響忽略不計，此時氣體摩爾體積約為24.0 L·mol-1，鎂原子的摩爾質(zhì)量的計算式為（可不必簡化）：M（Mg）=_________。
某研究性學(xué)習(xí)小組為探究在相同條件下，同濃度同體積的一元強(qiáng)酸和弱酸分別與同種金屬反應(yīng)時生成氫氣的速率是否相同，組裝了兩套如下圖所示的簡易實驗裝置．該裝置同時還可測定該溫度和壓強(qiáng)下的氣體摩爾體積．
該實驗的主要操作步驟如下∶
①配制濃度均為1 mol·L－1的鹽酸和醋酸溶液；
②在廣口瓶乙中裝水，按圖示連接好裝置，檢查裝置的氣密性；
③量取10.0 mL 1 mol·L－1的鹽酸和醋酸溶液分別加入兩套裝置的錐形瓶中；
④稱取兩份質(zhì)量均為a g的鎂帶(除去表面氧化膜、表面積相同)，并固定于塑料桿末端；
⑤同時將塑料桿向下移動，使鎂帶浸入酸中至反應(yīng)完全，記錄反應(yīng)的起止時間．
⑥反應(yīng)結(jié)束后待溫度恢復(fù)到室溫，讀出量筒中水的體積為V mL．
請根據(jù)上述步驟回答下列問題∶
(1)步驟④中，理論上稱取的鎂帶質(zhì)量不能少于________g．
(2)若水蒸氣的揮發(fā)影響忽略不計，在該溫度和壓強(qiáng)下，氣體摩爾體積為________L·mol－1．
(3)實驗過程中觀察到的主要現(xiàn)象是∶盛________(填“鹽酸”或“醋酸”)的錐形瓶中反應(yīng)更劇烈，反應(yīng)完全用時較少；與足量鎂帶反應(yīng)完全最終排出水的體積________(填序號字母)．
A．鹽酸更多
B．醋酸更多
C．一樣多
(4)如果將上述實驗改為∶在體積均為1 L，pH都等于2的鹽酸和醋酸溶液中，分別投入0.65 g鋅粒，則下圖所示比較符合客觀事實的是________(填序號字母)．
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