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（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)

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。現(xiàn)有一組實驗結(jié)果（500K）如表4。

表中P_CO、P_O2 分別為CO和O₂的分壓；r_co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的吸附強得多。試根據(jù)上述反應(yīng)機理推導(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)

在373.15K，100kPa下，水的蒸發(fā)焓Δ_vap H_m=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）=_________。