21. (16分)(2025·江苏扬州)氢气是一种清洁能源,氢能产业技术主要包括氢气的制取、储运及应用。
(1) 分析H₂的性质。查阅资料,汽油与氢气的部分性质如表所示。
① 与汽油相比,除爆炸极限范围更宽外,表中支持"H₂在使用时更需注意安全性"观点的数据还有
A
(填字母)。
② 对比表中单位质量发热量与单位体积发热量的数据进行分析,除安全性外,氢气不宜直接运输的原因还有
氢气的单位体积发热量低
。
(2) 电解水制氢。有研究认为,一定条件下电解水的过程中,某电极上发生的变化如图1所示。
① "阶段一"中,生成的"●●"是一种阴离子,其化学式为
${OH^{-}}$
。
② "阶段三"中,气泡从电极表面脱离后,在溶液中向上运动时,所受压强逐渐减小,体积逐渐增大。从微观粒子的视角,对气泡体积增大进行解释:
压强减小，气体分子间距离增大，单位体积内气体分子数目减少，气泡体积增大
。
③ 相同条件下,若电极表面的气泡难以脱离,则不利于氢气的产生。原因是
阻碍电极与溶液的接触，影响电解反应的进行
。
(3) 甲酸(HCOOH)分解制氢。常温下,甲酸是一种液态物质,可通过反应Ⅰ制备H₂,化学方程式为HCOOH $\xlongequal{
催化剂}$ CO₂↑+H₂↑。
① 制备H₂时,部分甲酸会发生反应Ⅱ:HCOOH分解为H₂O和另一种有毒气体。该气体的化学式为
${CO}$
。
② 仅考虑以上两个反应,若有92%的甲酸发生反应Ⅰ,500t甲酸可制得H₂的质量为
20
t。
(4) 高效利用能源。为实现可持续发展,用可再生能源如太阳能、风能等发电引起人们的关注。但太阳能、风能等无法实现及时或稳定的能源供应,通过它们产生的过剩电能制氢,再供给有能源需求的地区使用,如图2所示,可实现能源的高效利用。该过程中HCOOH的作用是
作为能量载体，实现氢能的储存与运输，降低运输损耗，减少运输成本
。
