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第4讲　自然界的水
真题精粹 —— 福建5年真题精选及拓展
考向1 水的净化
1.(2023·福建)自来水厂将天然水净化为饮用水,无须进行的操作是 (　　)
A.降温结晶 B.絮凝沉降
C.杀菌消毒 D.细沙滤水
水的循环
1.1　为了保障航天员在空间站的生命和健康,科学家们精心研制出最新的环境控制和生命保障系统,部分循环过程如图。下列说法错误的是 (　　)
A.水电解系统发生的反应为2H2O2H2↑+O2↑
B.X的化学式为CO2
C.图中所示的物质转化可实现氧气的再生
D.图中所示的物质转化中,电解的水与生成的水质量相等
考向2 水的组成
2.(2024·福建节选)氢气的发现、生产和应用极大地推动了人类社会的发展。
(1)18世纪,科学家利用铁和稀盐酸反应得到“易燃空气”,之后命名为氢气。
①该反应的化学方程式为　 　。
②发现氢气后,人们一直追求将氢气作为一种绿色能源,其理由是　 　。
(2)1969年,科学家利用催化剂TiO2实现光分解水制氢气。该反应的化学方程式为　 。
3.(2023·福建节选)“嫦娥五号”月球采样返回,“天问一号”成功抵达火星,标志着我国航天事业取得突破性进展。
着陆器上的仪器可探测水。若月球上存在大量的水,可利用光催化分解水技术得到氧气,对人类在月球上活动的意义重大,该反应的化学方程式为　。
水的电解
3.1　下图是电解水实验的改进装置。
(1)反应前,注射器活塞均在0刻度处,反应一段时间后,若注射器Ⅰ活塞移动至4 mL刻度处,则理论上注射器Ⅱ活塞应移动至　　　mL刻度处。
(2)电解水过程中,将电能转化为　　　　能,写出该反应的化学方程式:　　 　。
(3)使用石墨电极进行电解水实验,使用Ca(OH)2饱和溶液增强导电性。连接电源,除两极有气泡产生外,正极附近还出现明显的白色浑浊(已知电解过程中溶液的温度会升高)。这一“异常”现象中白色不溶物形成的原因不可能是　　　(填字母)。
A.电解过程中,水的减少导致白色浑浊
B.电解过程中,水温上升导致白色浑浊
C.空气中的二氧化碳溶于水,与Ca(OH)2溶液反应导致白色浑浊
D.石墨电极含碳元素,电解过程中石墨电极与正极生成的O2反应生成CO2的导致白色浑浊
回归教材 —— 福建中考核心考点梳理
【单元构建】
【知识清单】
考点1 保护水资源　5年1考
1.人类拥有的水资源:地球上水的储量虽然很大,但可供利用的淡水是有限的。
2.保护水资源:既要　　　　　　　　　,又要　　　　　　　　。
3.防治水体污染的主要措施:应用　　　　　、　　　　　可以减少污染的产生;对污水进行处理,可以使之　　　　　　　　。
4.节约用水的方法:工业用水重复使用、采用节水灌溉方式、推广节水器具等。
考点2 水的净化　5年3考
1.自来水的生产流程如图:
　　2.净化方法的原理与作用
净化方法 原理 作用
静置 (或沉淀) 静置,使颗粒或密度比较大的难溶物在重力的作用下沉淀下来 除去水中颗粒或密度较大的难溶物
沉降 加入混凝剂,如明矾溶于水生成胶状物质使悬浮于水中的颗粒沉降 除去悬浮于水中的颗粒
过滤 使较小的不溶性杂质与水分离 除去较小的不溶性杂质
吸附 利用木炭或活性炭的　　　　　,除去水中的色素和异味 除去水中的色素和异味
消毒 投入消毒试剂,杀死水中的微生物和细菌 除去水中的微生物和细菌
煮沸 将水中的可溶性钙、镁化合物转化为难溶性物质以及杀死水中的微生物和细菌 降低水的硬度,同时杀死微生物和细菌
蒸馏 利用混合物中各成分的　　　　不同将其分离 除去水中的可溶性物质,同时降低水的硬度
　　一般单一的净水操作相对净化的程度由低到高的是沉降→过滤→吸附→蒸馏。净水程度最高的方法为蒸馏,可得到纯净的水,但人体不能长期喝纯水,因为有些人体所需要的元素要从自然界的水中获得。净水方法中属于物理变化的是沉淀、过滤、吸附、蒸馏,属于化学变化的是消毒。
　　3.过滤的基本操作
(1)原理:把不溶于液体的固体与液体分离。
(2)过滤操作需要用到的仪器:　　　　、　　　　、　　　　　、带铁圈的铁架台。
(3)操作要领:“一贴、二低、三靠”。
“一贴”:过滤时,滤纸要紧贴　　　　　　。
“二低”:滤纸的边缘要低于　　　　　　;滤纸内的液面要低于　　　　　　。
“三靠”:过滤时,盛有液体的烧杯的内嘴应轻靠在　　　　　上;玻璃棒要轻靠在　　　　　　处;漏斗下端要紧靠　　　　　　。
　　滤纸折后如果高于漏斗,要剪至比漏斗边缘稍低。如果过滤时发现液体仍然是浑浊的,需要再次过滤,二次过滤之后仍然是浑浊的,就要查找原因,可能是滤纸破损、过滤时液面高于滤纸边缘或仪器不干净等。过滤时,盛有液体的烧杯的内嘴应轻靠在玻璃棒上,漏斗下端要紧靠烧杯内壁,目的是防止液体飞溅。玻璃棒要轻靠在三层滤纸处,防止玻璃棒捅破滤纸。
　　4.硬水和软水
(1)概念:软水含有少量或不含可溶性钙、镁化合物,而硬水含有较多的可溶性钙、镁化合物。
(2)硬水的危害:一是洗衣服时既浪费肥皂,也洗不干净衣服,时间长了还会使衣服变硬。二是长期煮硬水会使锅炉内结垢,不仅浪费燃料,而且会使锅炉管道局部过热,易引起管道变形或损坏,严重时还可能引起爆炸。三是长期饮用硬水会影响人体健康。
(3)硬水软化的方法:生活中常用煮沸的方法降低水的硬度,而实验室里常用蒸馏的方法降低水的硬度。
　　5.氢气的性质与实验室制法
(1)物理性质:氢气是一种无色、无臭,　　　　于水的气体,密度比空气　　　。
(2)化学性质:
①可燃性:氢气在空气中燃烧的化学方程式为　。
②还原性:氢气与金属氧化物反应时,能从该金属氧化物中获得氧元素,体现出还原性,常作　　　　剂。如氢气与氧化铜反应的化学方程式为　。
(3)用途:①填充气球,但出于安全考虑,目前多用氦气来代替氢气;②氢气是理想的清洁燃料,原因是燃烧放出的热量高,燃烧产物是　　　,不污染环境且制取原料丰富;③作化工原料,如合成氨、盐酸等。
(4)实验室制法:
①制取原理:活泼金属锌与稀硫酸反应,反应的化学方程式为　。
②发生装置:固体+液体常温(不加热)型,如图A。
③收集装置:因为氢气难溶于水,可以选用排水法收集,如图B;因为氢气的密度比空气的密度小,可以选用向下排空气法,如图C。
④验纯方法:收集一小试管氢气,用拇指堵住管口,管口向下,接近酒精灯火焰,移开拇指,若听到尖锐的爆鸣声,说明氢气不纯,需要重新收集检验;若听到很小的声音或轻微的“噗”声,说明氢气较纯。
【核心突破】
重难点一、水的净化
“再生水”是国际公认的“第二水源”,是将生产、生活中产生的污水经过处理达标后,可以在一定范围内使用的水,生产再生水的主要流程如图。
(1)一级处理的格栅的作用类似于　　　　(填实验操作名称)。污水经过格栅后,还需要向其中加入明矾,其作用是　　 　。
(2)二级处理可利用活性炭除去水中的异味,是因为活性炭具有　　　　性。
(3)日常生活中使硬水软化的方法是　　　　。
[思维破冰]　要熟记水的净化方法、原理和相关操作等,然后细致地分析题意或实验信息,并根据所学的相关知识,选择好净化的方法,细心地思考、探究,来解答相关的实际问题。
(1)一级处理的格栅的作用类似于过滤;污水经过格栅后,还需要向其中加入明矾,其作用是吸附水中的悬浮杂质,加速其沉降。
(2)二级处理可利用活性炭除去水中的异味,是因为活性炭具有吸附性。
(3)日常生活中使硬水软化的方法是煮沸。
党的二十大报告强调,必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,坚持节约资源和保护环境的基本国策。为了人类和社会经济的可持续发展,我们必须爱护水资源。
(1)明矾[KAl(SO4)2·12H2O]能作混凝剂,是因为明矾溶于水后生成具有吸附作用的胶状物氢氧化铝,它的化学式是　 。
(2)下列说法正确的是　　　　(填字母)。
A.活性炭可以除去水中的色素和异味
B.净化后的自来水一定是纯净物
C.可通过蒸馏降低水的硬度
(3)目前自来水用液氯作为消毒剂,下图为液氯注入水中发生反应的示意图。其中产物D有杀菌消毒的作用。写出此反应的化学方程式:　 。
(4)太阳能吸附式制冷结露法空气取水器的工作原理如图所示,可用于野外获取淡水。该过程中不发生变化的有　　　　(填字母)。
A.分子质量　B.分子种类　C.分子间隔
水的净化
水的净化是指将自然界中含有的许多可溶性和不溶性杂质,通过各种途径净化处理的过程。沉降和过滤可除去不溶性杂质,明矾溶于水后生成的胶状物能把天然水的一些悬浮小颗粒吸附,可用活性炭吸附色素和异味,蒸馏得到纯净水,除去可溶性和难溶性杂质。消毒可以杀灭水中的病毒和细菌。
重难点二、水的电解
爱护水资源是每个公民的义务和责任。
(1)图1为电解水的实验装置,可使用　　　　　　检验a管产生的气体;理论上当电源正极产生8 mL气体时,负极产生　　　　 mL气体。
(2)图2为光解水的微观模型图,反应Ⅰ的化学方程式为　 ,
反应前后不变的粒子是　　　　(填粒子符号)。
(3)对比图1和图2两种水的分解方法,图2光解水的优点是　　　　　　　　　　　　(写一个)。
[思维破冰]　(1)由图1可知,a管产生的气体较少,是氧气,氧气具有助燃性,可用带火星的木条来检验;由“正氧负氢、氢二氧一”可知,理论上当电源正极产生8 mL气体时,负极产生16 mL气体。
(2)根据微观模型可知反应Ⅰ生成过氧化氢分子和氢气分子,结合反应的条件书写出化学方程式,化学变化中分子可以再分而原子不能再分,反应物和生成物中不变的微粒是H、O。
(3)对比以上两种水的分解方法,图2方案的优点有节约能源等。
水经过热分解可得到氢气。高温下水分解体系中粒子含量与温度的关系如图所示。
(1)温度低于2 000 ℃时,体系内H2O含量没有改变,其原因是　 　。
(2)曲线A、B对应的粒子是原子,曲线A对应的粒子是　　　(填粒子符号)。
(3)从元素守恒角度分析,曲线 A、B 所对应的原子的个数之比是　　　　　。
电解水实验的现象、微观解释及
误差分析
1.现象:接通直流电源后,电极上均有气体产生,且与正、负极相连的玻璃管内产生气体的体积之比约为1∶2。
2.微观解释:电解水的过程是水分子分解为氢原子和氧原子,氢原子重新组合成氢分子,氧原子重新组合成氧分子的过程。该过程中氢原子和氧原子不变,水分子改变。
3.误差分析:产生的氢气与氧气的体积之比大于2∶1,原因是H2比O2更难溶于水;氧气与电极发生反应。
实验探究 —— 学科核心素养提升
【围绕课标】
必做实验3　水的组成及变化的探究
【实验目的】通过实验探究水的组成。
【实验过程】
实验用品 实验 仪器 电解器、酒精灯、试管、玻璃片、烧杯、铁架台(带铁夹)、玻璃片等
实验 试剂 蒸馏水、硫酸钠溶液或氢氧化钠溶液、氢气
实验项目 探究水的组成及变化 水的沸腾
实验原理 化学反应前后元素的种类　　　　　 在一个标准大气压下, 水的沸点为　　　　　 ℃
电解水 氢气燃烧
　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　
实验装置
注意事项 装置的气密性要好 用干冷的小烧杯 试管口要向上倾斜,与桌面成约45°角;铁夹夹在试管的中上部
实验步骤 1.连接装置; 2.接通直流电源; 3.将一根带火星的木条放在与电源正极相连的玻璃管的尖嘴处,打开活塞; 4.打开与电源负极相连的玻璃管的活塞,在玻璃管的尖嘴处点燃 1.检验氢气的纯度; 2.点燃氢气,在火焰上方罩一干冷的小烧杯 1.把盛有少量水的试管固定在铁架台上; 2.在试管底部小心加热至水沸腾; 3.把一块洁净的玻璃片移近试管口
注意事项:1.要使用直流电源; 2.加入少许硫酸钠溶液或氢氧化钠溶液,目的是　 　 点燃前要检验氢气的纯度,防止　 　 选用干冷的玻璃片进行实验
实验现象 1.玻璃管中有气泡产生,与负极、正极相连的玻璃管中气体的体积之比约为　　　　　; 2.带火星的木条　　　　; 3.氢气燃烧,产生　　　　色火焰,放出热量 　 试管中的水沸腾,玻璃片上有　　　　　出现
实验结论 水是由　　　　　　　　　组成的 水沸腾是　　　　变化
【实验分析与评价】
　　1.在做水的电解实验时,小明发现与负极、正极相连的玻璃管中气体的体积之比大于2∶1,可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(任写一点)。
2.从微观角度分析,水通电分解与水沸腾的本质区别为　 。
【实验拓展】
　　1.装置改进
　　图1的优点是　　　　　　　　　;图2的优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
　　2.知识拓展
1783年,拉瓦锡利用右图装置探究水的组成:往A中滴加少量水,水通过灼热的铁管时发生汽化,水蒸气与灼热的铁反应,生成了一种黑色固体(四氧化三铁)和“可燃空气”,将气体通过放在冷水中的铜管,在装置B中收集到纯净的“可燃空气”。最终,拉瓦锡证明了水的组成。
(1)气体通过放在冷水中的铜管可除去　　　　　。
(2)“可燃空气”的名称是　　　　。
(3)该实验可得出　　　　　　　　　　　　　的结论。
(4)Fe3O4中氧元素的质量与可燃空气的质量之和　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)参加反应的水的质量。
答案
真题精粹
1.A
1.1　D　【解析】A.水电解系统中水在通电的条件下分解生成氢气和氧气,反应的化学方程式为2H2O2H2↑+O2↑,正确;B.由图示可知,水在水电解系统中生成氢气和氧气,氧气供给航天员呼吸,排出二氧化碳,则X是CO2,正确;C.由图示知,萨巴蒂尔反应系统中有水生成,水通电分解可以生成氧气,实现氧气的再生,正确;D.根据质量守恒定律,化学反应前后元素的种类不变,水电解系统中生成氢气的质量等于电解水中氢元素的质量,萨巴蒂尔反应系统中生成的水和甲烷中氢元素的质量之和等于反应生成氢气的质量,所以最后生成的水中氢元素的质量比电解水中氢元素的质量小,因此生成的水的质量比电解的水的质量小,错误。
2.(1)①Fe+2HClFeCl2+H2↑　②氢气的燃烧产物是水,不会污染环境(合理即可)
(2)2H2O2H2↑+O2↑
【解析】(1)①铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,化学方程式为Fe+2HClFeCl2+H2↑。②氢气的燃烧产物是水,不会污染环境,故人们一直将氢气作为一种绿色能源。
(2)科学家利用催化剂TiO2实现光分解水制氢气,该反应的化学方程式为2H2O2H2↑+O2↑。
3.2H2O2H2↑+O2↑
3.1　(1)8
(2)化学　2H2O2H2↑+O2↑
(3)C
【解析】(1)电解水时,U形管正极产生氧气,负极产生氧气,注射器Ⅰ与U形管正极端相连,说明其中收集的气体为氧气,体积为4 mL,则与U形管负极相连的注射器Ⅱ中收集的气体为氢气,且其体积理论上为4 mL×2=8 mL,所以注射器Ⅱ活塞应移动至8 mL刻度处。
(2)电解水过程中,水在通电条件下分解生成氢气和氧气,则说明在该过程中是将电能转化为化学能,反应的化学方程式为2H2O2H2↑+O2↑。
(3)A.电解液为饱和氢氧化钙溶液,电解过程中消耗水,导致溶液中的溶剂减少,氢氧化钙析出,溶液出现浑浊;B.电解水过程中水温升高,氢氧化钙的溶解度下降,饱和溶液中的氢氧化钙析出导致溶液变浑浊;C.空气中的二氧化碳含量较少,不能快速地使氢氧化钙溶液变浑浊;D.石墨属于碳单质,电解水过程中正极产生的气体是氧气,可能会与石墨电极反应生成二氧化碳,使澄清石灰水变浑浊。
回归教材
知识清单
考点1
2.合理利用水资源　防治水体污染
3.新技术　新工艺　符合排放标准
考点2
2.吸附性　沸点
3.(2)烧杯　漏斗　玻璃棒
(3)漏斗内壁　漏斗边缘　滤纸边缘　玻璃棒　三层滤纸　烧杯内壁
5.(1)难溶　小
(2)①2H2+O22H2O　②还原　H2+CuOCu+H2O
(3)②水
(4)①Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
核心突破
例题1　(1)过滤　吸附水中的悬浮杂质,加速其沉降
(2)吸附
(3)煮沸
变式训练
(1)Al(OH)3
(2)AC
(3)Cl2+H2OHCl+HClO
(4)AB
【解析】(1)氢氧化铝中铝元素显+3价,氢氧根显-1价,它的化学式是Al(OH)3。
(2)A.活性炭具有吸附性,可以吸附色素和异味,说法正确;B.净化后的自来水含有其他杂质,属于混合物,说法不正确;C.可通过蒸馏降低水的硬度,说法正确。
(3)由图可知,氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,该反应的化学方程式为Cl2+H2OHCl+HClO。
(4)蒸发冷凝器中发生的是水的状态的改变,没有新物质生成,属于物理变化,所以该过程中分子质量、分子种类均不发生改变,分子间的间隔发生改变,故选AB。
例题2　(1)带火星的木条　16
(2)2H2OH2O2+H2↑　H、O
(3)节约能源(合理即可)
变式训练
(1)该条件下,水分子没有发生分解
(2)H
(3)2∶1
【解析】(1)温度低于2 000 ℃时,体系内H2O含量没有改变,其原因是该条件下,水分子没有发生分解。
(2)1个水分子中有1个氧原子和2个氢原子,故A对应的微粒是H。
(3)1个水分子中有1个氧原子和2个氢原子,曲线 A、B 所对应的原子的个数之比是2∶1。
实验探究
必做实验3　水的组成及变化的探究
【实验过程】不变　2H2O2H2↑+O2↑　2H2+O22H2O　100　增强水的导电性　气体不纯引起爆炸　2∶1　复燃　淡蓝　氢气燃烧,产生淡蓝色火焰,放出热量,烧杯内壁有水雾出现　小水滴　氢元素和氧元素　物理
【实验分析与评价】1.氢气比氧气更难溶于水(或部分氧气与电极发生了反应,合理即可)　2.水通电分解,水分子发生了改变;水沸腾,水分子本身不变,只是分子间的间隔发生了改变(合理即可)
【实验拓展】1.装置、操作简单　废物利用、方便携带、现象明显(合理即可)　2.(1)水蒸气
(2)氢气
(3)水由氢元素、氧元素组成
(4)等于

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