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7.1水的组成和性质
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．下列有关电解水和氢气燃烧的实验，说法错误的是
A．管a中的气体由分子构成，每个分子含有两个原子
B．氢气在空气中燃烧，产生淡蓝色火焰，烧杯内壁有水雾
C．一段时间后，管b中气体体积约为管a中气体体积的
D．两实验，只有电解水实验能证明水是由氢、氧两种元素组成
2．下列基于实验事实的推理，正确的是
A．水通电反应生成氢气和氧气，证明水由氢气和氧气组成
B．往溶液中加少量CuO，迅速产生气泡，可验证CuO是催化剂
C．硫在中燃烧比在空气中燃烧更剧烈，说明燃烧剧烈程度与浓度有关
D．稀有气体通电后，可以产生各种颜色的光，可用于制作霓虹灯，可推测稀有气体是有颜色的
3．下列实验设计能达到实验目的的是
A．测定空气中氧气含量 B．证明蜡烛燃烧生成二氧化碳
C．探究不同种催化剂对分解速率的影响 D．制取蒸馏水
A．A B．B C．C D．D
4．下列说法正确的是
A．氢气燃烧放热，产生淡蓝色火焰 B．过滤可以除去水中所有的杂质
C．电解水实验说明水由氢气和氧气组成 D．农业上应用大水漫灌农作物
5．下列涉及化学学科观点的有关说法不正确的是
A．微粒观：固体氯化钠是由氯化钠分子构成的
B．守恒观：化学反应前后，元素的种类不变
C．转化观：在一定条件下，与可以相互转化
D．结构观：和分子结构不同，化学性质不同
6．下列实验不能达到相应实验目的的是
选项 A B C D
实验
实验目的 比较和对过氧化氯溶液分解的催化效果 检查气密性 检验氢气的纯度 探究水的组成
A．A B．B C．C D．D
7．规范的操作是实验成功的保障，下列操作能达到实验目的是
A．过滤泥水 B．称量固体
C．检查装置气密性 D．二氧化碳验满
8．水的天然循环意义重大。对水的天然循环的下列说法中，不正确的是
A．水的天然循环主要是通过化学变化实现的
B．太阳光是实现水的天然循环的重要条件
C．通过水的天然循环能实现水资源的重新分配
D．水的天然循环是通过水的三态变化实现的
9．通过研究氢气的燃烧来认识水的组成，下列说法正确的是
A．点燃氢气前一定要检验其纯度
B．点燃纯净的氢气，在火焰上方罩一个干冷烧杯，可以看到白烟
C．点燃氢气，罩在火焰上方的干冷烧杯只出现水珠，可见水中一定含有氧元素
D．氢气在空气中安静地燃烧，产生黄色火焰
10．下列实验基本操作正确的是
A．氢气验纯 B．闻气体气味
C．检查气密性 D．取固体药品
二、非选择题
11．1800年，英国科学家安东尼·卡莱尔(Anthony Carlisle)和威廉·尼科尔森(William Nicholson)用伏打电堆在常温下对水进行通电分解，得到氢气和氧气。
(1)该实验中正极和负极产生的气体体积之比约为 。
(2)电解水的文字表达式是 。
(3)在进行电解水的实验时可向水中加入少量硫酸钠溶液，其目的是 。
(4)目前电解水已经成为国际空间站制取氧气的主要途径。化学实验室还有许多其他方法制取氧气，请你写出其中一种常见方法的反应原理： (用文字表达式表示)。
12．化学与生活息息相关。请回答下列问题。
(1)水是一种重要的资源。自来水厂净水过程中常用到活性炭，其作用是 ；长期饮用硬水对身体有害，生活中通过采取 的方法将其软化。
(2)空气是人类生存的重要条件之一，空气主要由 (填化学式)和 (填化学式)组成。
(3)人们常说：“酒香不怕巷子深”，说明 。
(4)人类需要摄取一定量的“钙”、“铁”、“锌”来维持身体健康，这里的“钙”、“铁”、“锌”指的是 (选填“元素”“分子”或“原子”)。
13．下图是自来水厂净化水的流程图和小明同学设计的过滤装置图。
(1)图1中加入物质A的名称是 ，杀菌消毒时通常加入的是液氯等物质，此过程发生了 变化（填写“物理”或“化学”）。
(2)图2中缺少的一种仪器是 ，其作用是 。
14．在空间站中水是无比珍贵的，废水会被收集起来，进入污水净化系统，先净化，后进行蒸馏，再进行电解制氧，从而实现水的循环使用。某兴趣小组利用如图所示的装置进行电解水实验。
(1)在玻璃管中加满水，通电一段时间后，a、b管内气体的体积比约为 。
(2)切断电源，用燃着的木条分别检验两个玻璃管中的气体， （选填“a”或“b”）管中的气体使木条燃烧得更旺。
(3)电解水反应的符号表达式为 ，反应过程中种类和数目均没有发生变化的粒子是 （用符号表示）。
15．实验室进行电解水的实验，实验记录如下：
实验步骤：
①按如图组装实验装置；
②接通直流电源，观察两极现象；
③用燃着的木条检验两极产生的气体。
观察记录：
①电极A端产生无色气体，能使燃着的木条燃烧更旺；
②电极B端产生无色气体，能被点燃并发出淡蓝色火焰。
根据实验记录，完成下列问题：
(1)电极A、B端产生的气体分别是 和 (填化学式)，属于 (填“单质”或“化合物”)，一段时间后A、B端产生气体的体积比为 ，通过现象可判断A处连接的是电源 (选填“正”或“负”)极。
(2)写出电解水的文字表达式： ，该反应属于 反应(填基本反应类型)。
(3)通过该实验能得出的结论：从宏观角度分析，水由 元素和 元素组成；从微观角度分析，电解水过程中发生改变的粒子是 。
16．紫荆化学兴趣小组以“认识水”为主题开展项目式学习。
[任务一]认识水的蒸发
(1)如图是两杯等体积的水在不同温度下放置时发生变化的微观示意图，已知两杯水的水温分别是20℃和50℃，则温度为20℃的水为 (填序号)。
[任务二]探究水的电解
(2)兴趣小组A自制如图1所示装置，兴趣小组B则采用如图2所示装置完成探究水的组成。
步骤一：检查装置气密性，用烧杯向广口瓶中加入500mL1%的氢氧化钠溶液，将导线穿过橡胶塞与自制红铜电极连接，将塑料管套在红铜电极上，上端插入橡胶塞上。塞紧胶塞，将橡胶管与50mL的注射器3连接好。
步骤二：取下注射器1，用注射器3向瓶中打气，使溶液进入塑料管中，直到刚有溶液溢出再安上注射器1；取下注射器2，进行同上操作后，安装注射器2。
步骤三：将导线与24V的学生电源相连，打开开关，大约2min后可观察到注射器1与注射器2收集到的气体体积比约为 ，正极电源 (填实验现象)，关闭电源。
步骤四：取下注射器2，点火，推动注射器2的活塞，产生的现象是 。该实验得出的结论是：水是由 组成的，写出电解水的符号表达式 。
兴趣小组B组的同学完成实验过程中， 试管中气体最先收集满，因为b连接的是电源的 极。
[任务三]探究不同电压和不同浓度NaOH溶液对电解水速率的影响
(3)电解纯水速率较慢，小组同学进行多次实验，测得产生20mL氢气所需时间如下图，电解5%的NaOH溶液时，改变电压对电解水速率的影响是 。上述实验中，电解水速率最快的条件是 。
17．水是生命之源，也是人类宝贵的自然资源。
Ⅰ．水的净化探究
(1)操作Ⅰ中明矾的作用是 ，操作Ⅲ中仪器a的名称是 ，玻璃棒的作用是 ，过滤后，打开滤纸所看到的情况(灰黑色代表泥沙)最接近图2中的 。(填字母)
(2)小组同学设计了如图3装置进行水的净化。其中，装置制作较合理的是 (填A或B)。活性炭在该装置中主要作用是 。
Ⅱ．水的组成探究
(3)为证明水不是由“水元素”组成的，1785年，拉瓦锡在高温的条件下，用水蒸气与红热的铁反应，将水转化为氢气，同时生成四氧化三铁。该反应的化学方程式为 。
图4是同学设计有关电解水的创新实验。为研究影响电解水反应速率的因素，兴趣小组的同学利用12V直流电源进行了相关实验探究，数据如表：
编号 温度 溶液浓度 管气体体积 管气体体积 所需时间
A 20℃ 2%
B 20℃ 5%
C 30℃ 2% X
D 30℃ 5%
(4)写出电解水时发生的化学方程式 。
(5)比较实验A和B，可得到的结论是 。
(6)分析四组实验数据，实验C的所需时间X可能是___________(填字母)。
A．32.4s B．35.2s C．50.2s D．55.6s
(7)电解的过程中某电极上发生的变化如图5所示：
该电极是 (选填“正极”或“负极＇)，”阶段三“中，气泡从电极表面脱离后，在溶液中向上运动时，体积逐渐增大。从微观角度解释气泡体积增大可能的原因是 。(答一点即可)
18．水是生命之源，是农业的命脉。
【水的组成】
(1)实验1：1800年英国化学家尼克尔森通过电解水获得氢气和氧气。实验室模拟电解水制氢，装置如图1。
①过程中的能量转化形式：太阳能→ →化学能。
②a极与电源 极相连，该实验能得到水是由氢氧两种元素组成的证据是 。
图2为电解水的微观示意图，由此可知：化学反应前后，宏观上看没有发生变化的是 （填符号，下同），微观上看发生变化的微粒是 。
(2)实验2：1783年，拉瓦锡研究水的组成，装置如图3所示。
拉瓦锡将水蒸气通过高温加热的铁制枪管将水转化为一种可燃性气体，同时生成四氧化三铁，写出该反应的化学方程式 。通过该实验推翻了水是由一种元素组成的说法。
理论上铁管增加的质量等于参加反应的水中氧元素质量，实际上是大于的，你认为可能原因是 。
【水氧循环】
我国科学家进行了氧循环研究，图4框内为天宫空间站的氧气再生系统。
(3)萨巴蒂尔系统中的反应在催化剂和加热条件下发生，写出化学方程式： 。
(4)氧气循环再生过程中需要定期补充一定量的水，可能的原因是 。
(5)若一个宇航员一天需要吸入768 g氧气，神舟20号飞船上三个宇航员一天氧气供给量，需要电解多少克水？（写出解题过程）
19．在“双碳”目标愿景下，氨气（）作为一种“零碳”能源前景广泛。氢能作为极具发展潜力的多元化能N源，在我国经济发展中具有重要的地位。
I、制氨
(1)传统合成氨
在高温、高压下利用铁触媒制取氨气（）的微观反应示意图如图所示。
①常用海绵状的Fe制得铁触媒。海绵状的结构优点是 。
②图中，反应②中氢元素的化合价 （选填“有”或“没有”）变化；反应③的基本类型为 反应。
(2)电解合成氨
科学家最新研制了常温、常压下电解法合成氨的方法，原理如图所示。
①写出如图所示反应的化学方程式 。
②实验测得反应实际所得到的氧气质量远大于理论值，可能的原因是 。
Ⅱ、用氨
(3)清洁燃料。科研人员采用氨气分级燃烧技术，反应原理示意图如图所示。
①写出反应中X的化学式 。
②我国科学研究人员发现在氨气中掺混一定比例的其他燃料，可以提高氨气燃烧的稳定性。为真正实现零碳排放，选择掺混的物质最可能是 。
(4)制取氮肥。某化肥厂生产的工艺流程如图。加入的X应为______。
A． B． C． D．
(5)合成尿素。
工业上用液氨和为原料，在高温、高压条件下直接合成尿素，反应如下：。计算理论上合成15吨尿素需要液氨的质量（写出计算过程）。
Ⅲ、提纯氢、利用氢
我国工程师研发了具有自主知识产权的多通道钯膜纯化组件，可以将99.92％的氢气提纯至99.99995％，实现了超纯氢气装置国产化，其工作温度在300℃以上。
(6)由图1可知，透过钯膜的粒子是 。
(7)由图2可知，透氢量与钯膜两侧氢气压强差的关系是 。
(8)图3中，开始工作时须先通排净装置中空气，再通原料氢气，其目的是 。
《7.1水的组成和性质》参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 D C D A A A C A A D
1．D
【详解】A、电解水时，正极产生氧气，负极产生氢气，管a与电源负极相连，收集的气体为氢气，氢气是由氢分子构成，且一个氢分子中含有2个氢原子，该选项说法正确；
B、氢气燃烧生成水，且燃烧产生淡蓝色火焰，还可观察到烧杯内壁有水雾，该选项说法正确；
C、电解水生成的氢气和氧气的体积比约为2:1，管a收集的气体为氢气，管b收集的气体为氧气，则管b中气体体积约为管a中气体体积的，该选项说法正确；
D、电解水生成氢气和氧气，氢气燃烧生成水，氢气是由氢元素组成，氧气是由氧元素组成，根据反应前后元素种类不变，则两个实验均能证明水的组成，该选项说法不正确。
故选D。
2．C
【详解】A、水电解生成氢气和氧气证明水由氢元素和氧元素组成，A错误；
B、验证催化剂需证明反应前后质量和化学性质不变，B错误；
C、氧气浓度越高，硫燃烧越剧烈，C正确；
D、稀有气体本身无色，通电发光是物理现象，D错误。
故选C。
3．D
【详解】A、测定空气中氧气含量的实验，要求反应物只与氧气反应，且生成物为固体。木炭燃烧生成二氧化碳气体，瓶内压强变化不大，水不能进入集气瓶，无法测定空气中氧气的含量，不符合题意；
B、证明蜡烛燃烧生成二氧化碳，应将内壁涂有澄清石灰水的烧杯罩在蜡烛火焰上方，观察澄清石灰水是否变浑浊，不符合题意；
C、探究不同种催化剂对过氧化氢分解速率的影响应控制过氧化氢溶液的浓度、体积等其他条件相同，只改变催化剂的种类，该实验中过氧化氢溶液的浓度不同，不符合控制变量法的要求，不符合题意；
D、该实验装置符合蒸馏的原理和操作，可以制取蒸馏水，符合题意。
故选D。
4．A
【详解】A、氢气在空气中燃烧时，确实会释放大量热量，并产生淡蓝色火焰。这是氢气燃烧的典型现象，A正确。
B、过滤仅能去除水中不溶性杂质（如泥沙），无法去除可溶性杂质（如盐类）。因此“除去所有杂质”的说法B错误。
C. 电解水生成氢气和氧气，说明水由氢元素和氧元素组成，而非由氢气和氧气（两种物质）组成。选项混淆了元素与单质的区别。C错误。
D. 大水漫灌会导致水资源浪费，农业上提倡节水灌溉（如滴灌、喷灌）。选项不符合实际应用。D错误。
故选A。
5．A
【详解】A、氯化钠是由金属元素和非金属元素组成的化合物，固体氯化钠是由钠离子和氯离子构成的，符合题意；
B、根据质量守恒定律，化学反应前后元素的种类不变，不符合题意；
C、水通电分解生成氢气和氧气，氢气与氧气在点燃的条件下反应生成水，在一定条件下，与可以相互转化，不符合题意；
D、由分子构成的物质，分子是保持物质化学性质的最小粒子，水和过氧化氢分子构成不同，故化学性质不同，不符合题意。
故选A。
6．A
【详解】A、该实验中，氧化铁和二氧化锰的质量不同，变量不唯一，无法比较二氧化锰和氧化铁对过氧化氢溶液分解的催化效果，故A不能达到实验目的；
B、检查装置的气密性，先将导管的一端浸入水中，再用手握住试管，若导管口有气泡冒出，则装置气密性良好，故B能达到实验目的；
C、 用拇指堵住集满氢气的试管口，靠近火焰，移开拇指点火，若发出尖锐的爆鸣声，说明氢气不纯；若声音很小，说明氢气较纯。故C能达到实验目的；
D、纯净的氢气和干燥的氧气反应生成水，氢气中只有氢元素，氧气中只有氧元素，所以说明水由氢元素、氧元素组成，故D能达到实验目的；
故选A。
7．C
【详解】A、过滤时，应遵循“一贴二低三靠”的规则，需使用玻璃棒引流，图中漏斗下端没有紧贴烧杯内壁，不能达到实验目的。
B、用天平称量固体时，砝码和药品的位置放反了，会导致称量结果不准确，不能达到实验目的。
C、检查装置气密性时，用手紧握试管，若导管口产生气泡，且松开手后导管口上升一段稳定的液柱，说明装置气密性良好，能达到实验目的。
D、二氧化碳验满时，燃着的木条应放在集气瓶瓶口，而不是伸入瓶内，不能达到实验目的。
故选C。
8．A
【详解】A、水的天然循环是水的三态变化（液态→气态→液态或固态），过程中无新物质生成，属于物理变化，并非化学变化，该说法不正确。
B、太阳光提供能量，促使水蒸发（液态→气态），是水天然循环的重要动力条件，说法正确。
C、水的天然循环（如蒸发、降雨、径流等）能将水资源在不同区域重新分配，说法正确。
D、水的天然循环是通过 “液态水蒸发为气态、气态水凝结为液态 / 固态” 的三态变化实现的，说法正确。
故选：A。
9．A
【详解】A、氢气属于可燃性气体，若混有空气或氧气，点燃时可能爆炸。因此，检验纯度是必要操作，该说法正确；
B、氢气燃烧生成水，干冷烧杯应出现水珠，而非白烟。白烟通常为固体颗粒，该说法错误；
C、点燃氢气， 烧杯出现水珠仅能证明水含氢元素（来自H2），需结合其他实验（如电解水，有氧气生成）才能确定水含氧元素，该说法错误；
D、 氢气燃烧火焰为淡蓝色，该说法错误；
故选：A。
10．D
【详解】A. 用试管采用向下排空气法收集一试管氢气，用拇指堵住集满氢气的试管口，靠近火焰，移开拇指点火，如果发出尖锐爆鸣声，表明气体不纯，声音很小则表示气体较纯，此选项正确；
B. 闻气体气味时，在瓶口处轻轻地扇动，使少量的气体飘进鼻孔，此选项错误；
C. 该装置未构成封闭体系，即左边的长颈漏斗与大气相通，无论装置气密性是否良好，导管口都不会有气泡产生，不能判断气密性是否良好，不能用来检查气密性，此选项错误；
D. 取药品时，瓶塞要倒放，此选项错误。
故选D。
11．(1)
(2)水氢气+氧气
(3)增强水的导电性
(4)高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气(或过氧化氢水+氧气)
【详解】（1）电解水时，正极产生氧气，负极产生氢气，根据实验现象和结论，正极和负极产生的气体体积之比约为1：2；
（2）电解水是水在通电的条件下分解生成氢气和氧气，文字表达式是；
（3）纯水的导电性很弱，在进行电解水的实验时向水中加入少量硫酸钠溶液，目的是增强水的导电性，使电解水的反应能更顺利地进行；
（4）化学实验室制取氧气的常见方法有：加热高锰酸钾、过氧化氢分解等，高锰酸钾在加热的条件下分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，文字表达式为：（或过氧化氢在二氧化锰催化下分解生成水和氧气，文字表达式：）。
12．(1)
吸附水中的色素和异味
煮沸
(2)
N2
O2
(3)
分子在不断运动
(4)
元素
【详解】（1）活性炭疏松多孔具有吸附性，在净水过程中可吸附水中的色素和异味；
生活中常用煮沸的方法将硬水软化（煮沸能使硬水中的可溶性钙、镁化合物转化为沉淀）。
（2）空气的主要成分是氮气（N2，约占78%）和氧气（O2，约占21%）。
（3）“酒香不怕巷子深” 是因为酒精分子在不断运动，扩散到空气中被人感知到。
（4）物质由元素组成，人体摄取的 “钙”“铁”“锌” 是强调其存在的类别，并非具体的分子或原子，因此指的是元素。
13．(1) 活性炭 化学
(2) 玻璃棒 引流
【详解】（1）活性炭结构疏松多孔，具有吸附性，可以吸附水中的色素和异味，故图1中加入物质A的名称是活性炭；
杀菌消毒时通常加入的是液氯等物质，此过程中发生了蛋白质变性等，一定有新物质生成，属于化学变化；
（2）过滤所需的仪器是：烧杯、漏斗、玻璃棒、铁架台（带铁圈），故缺少的仪器是：玻璃棒，过滤时玻璃棒的作用是引流。
14．(1)2:1
(2)b
(3) H2OH2+O2 H、O
【详解】（1）电解水实验中“正氧负氢，氢二氧一”，玻璃管a与电源负极相连，收集到的气体为氢气，玻璃管b与电源正极相连，收集到的气体为氧气，则a、b管内气体的体积比约为2:1；故填：2:1。
（2）玻璃管a收集到的气体为氢气，具有可燃性，玻璃管b收集到的气体为氧气，具有助燃性，因此管b中的气体使木条燃烧得更旺；故填：b。
（3）水通电分解生成氢气和氧气，反应的符号表达式为H2OH2+O2；化学反应的实质是分子拆分成原子，原子重新组合成新分子，反应过程中种类和数目均没有发生变化的是氢原子和氧原子，其原子符号分别为H、O；故填：H2OH2+O2；H、O。
15．(1) O2 H2 单质 正
(2) 分解
(3) 氢 氧 水分子
【详解】（1）能使燃着的木条燃烧更旺的气体是氧气，所以电极A端产生的气体是O2；
能被点燃并发出淡蓝色火焰的气体是氢气，所以电极B端产生的气体是H2；
氧气(O2 )和氢气(H2)都只由一种元素组成，属于单质；
电解水实验中，正极产生氧气，负极产生氢气，二者体积比约为1∶2；
因为A端产生氧气，电解水时正极产生氧气，所以A处连接的是电源正极。
（2）电解水是水在通电条件下分解生成氢气和氧气，文字表达式为：；
该反应由一种物质生成两种物质，符合 “一变多” 的特征，属于基本反应类型中的分解反应。
（3）电解水生成氢气和氧气，氢气由氢元素组成，氧气由氧元素组成，根据化学反应前后元素种类不变，从宏观角度可知水由氢元素和氧元素组成；
从微观角度看，电解水过程中，水分子分解成氢原子和氧原子，氢原子重新组合成氢分子，氧原子重新组合成氧分子，所以发生改变的粒子是水分子。
16．(1)A
(2) 1:2 变黑 气体燃烧，发出淡蓝色火焰 氢元素和氧元素 c 正
(3) 随着电压升高，电解水速率越快 10%氢氧化钠溶液、电压12V
【详解】（1）分子之间有间隔，温度越高，分子之间的间隔越大，由图可知，A中水分子的间隔较小，水的温度较低，故温度为20℃的水为A；
（2）电解水实验中，与电源正极相连的一端产生氧气，与电源负极相连的一端产生氢气，产生氢气与氧气的体积比约为2:1，则图1中注射器1与注射器2收集到的气体分别是氧气、氢气，其体积比约为；氧气和铜在加热条件下反应生成氧化铜，氧化铜为黑色固体，故若观察到正极电源变黑，说明注射器1中的氧气已收集满，可以关闭电源，停止实验；
由上述分析可知，注射器2收集到的气体是氢气，氢气具有可燃性，则取下注射器2，点火，推动注射器2的活塞，产生的现象是气体燃烧，发出淡蓝色火焰；电解水生成氢气和氧气，根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，氢气由氢元素组成，氧气由氧元素组成，由此可得水是由氢元素和氧元素组成的；水在通电条件下分解生成氢气和氧气，符号表达式为；
电解水实验中，与电源正极相连的一端产生氧气，氧气密度比空气略大，应采用向上排空气法收集，与电源负极相连的一端产生氢气，氢气密度比空气小，应采用向下排空气法收集，则图2中c、d试管中收集到的气体分别是氢气、氧气，其体积比约为2:1，则c试管中气体最先收集满，因为b连接的是电源的正极；
（3）由图可知，当氢氧化钠溶液浓度为5%时，随着电压的增大，产生20mL氢气所需的时间逐渐缩短，说明改变电压对电解水速率的影响是：随着电压升高，电解水速率越快；
为了找出电解水速率最快的条件，需要比较不同电压和不同浓度氢氧化钠溶液下的电解水速率，由图可知，当电压为12V且氢氧化钠溶液浓度为10%时，产生20mL氢气所需的时间最短，因此，电解水速率最快的条件是10%氢氧化钠溶液、电压12V。
17．(1) 加速悬浮物的沉降 漏斗 引流 C
(2) A 吸附水中的色素和异味
(3)
(4)
(5)相同条件下，氢氧化钠溶液浓度越大，电解水反应速率越快
(6)C
(7) 负极 气泡从电极表面脱离后，在溶液中向上运动时，所受压强减小，分子之间的间隔变大
【详解】（1）明矾溶于水形成的胶状物具有吸附性，可以吸附水中悬浮的杂质，加速其沉降，故操作Ⅰ中明矾的作用是：加速悬浮物的沉降；
由图可知，仪器a的名称是：漏斗；
过滤时，玻璃棒的作用是：引流；
过滤器的制作过程为将滤纸两次对折，然后展开，所以用于过滤的两部分滤纸位置相邻，且过滤时，滤液应低于滤纸边缘，故打开滤纸，泥沙应是半圆，且低于滤纸边缘。
故选C；
（2）小砾石的作用是除去较大颗粒的难溶性杂质，石英砂的作用是除去较小颗粒的难溶性杂质，活性炭的作用是除去水中的色素和异味，故最上层放置小砾石，然后是石英砂，然后是活性炭，故装置制作较合理的是A；
活性炭结构疏松多孔，具有吸附性，故其作用是：吸附水中的色素和异味；
（3）铁与水蒸气在高温下反应生成四氧化三铁和氢气，该反应的化学方程式为：；
（4）水通电分解生成氢气和氧气，该反应的化学方程式为：；
（5）实验A和B中氢氧化钠溶液的浓度不同，其他因素相同，且相同条件下，氢氧化钠溶液的浓度越大，产生相同体积的气体，电解时间越短，故可得出结论：相同条件下，氢氧化钠溶液浓度越大，电解水反应速率越快；
（6）由实验A、B可知，相同条件下，氢氧化钠溶液的浓度越大，产生相同体积的气体，电解时间越短，由实验B、D可知，相同条件下，温度越高，产生相同体积的气体，电解时间越短，则故实验C的电解时间“X”应大于35.4s，小于54.0s，故可能是50.2s。
故选：C；
（7）在电解水实验中，“正氧负氢”，由图可知，该电极吸附的是氢气，则该电极是负极；
阶段三“中，气泡从电极表面脱离后，在溶液中向上运动时，体积逐渐增大。从微观角度解释气泡体积增大可能的原因是气泡从电极表面脱离后，在溶液中向上运动时，所受压强减小，分子之间的间隔变大。
18．(1) 电能 负 电解水生成氢气和氧气，氢气由氢元素组成，氧气由氧元素组成，根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变 H、O H2O
(2) 3Fe+4H2OFe3O4+4H2 铁与空气中的氧气也发生了反应/生成的四氧化三铁部分吸收了空气中的氧气
(3)CO2+4H2CH4+2H2O
(4)循环再生过程中生成了甲烷，而甲烷不参与循环再生过程，消耗了氢元素
(5)设：需要电解水的质量为x。
x=2592g
答：需要电解2592克水。
【详解】（1）①过程中的能量转化形式：太阳能先转化为电能，再通过电解水将电能转化为化学能，所以是太阳能→电能→化学能。
②电解水时，与电源正极相连的电极产生氧气，与电源负极相连的电极产生氢气，且氢气与氧气的体积比约为2:1。由图 1 可知a极产生的气体体积较大，为氢气，所以a极与电源负极相连。该实验能得到水是由氢、氧两种元素组成的证据是电解水生成氢气和氧气，氢气由氢元素组成，氧气由氧元素组成，根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变。从电解水的微观示意图可知，化学反应前后，宏观上没有发生变化的是元素种类（H、O），微观上发生变化的微粒是分子（H2O），原子（H、O）不变，分子重新组合。
（2）水蒸气通过高温加热的铁制枪管，生成一种可燃性气体（氢气）和四氧化三铁，该反应的化学方程式为3Fe+4H2OFe3O4+4H2。
理论上铁管增加的质量等于参加反应的水中氧元素质量，实际上大于的原因可能是铁与空气中的氧气也发生了反应（或生成的四氧化三铁部分吸收了空气中的氧气等）。
（3）萨巴蒂尔系统中是二氧化碳和氢气在催化剂和加热条件下反应生成甲烷和水，化学方程式为 CO2+4H2CH4+2H2O。
（4）氧气循环再生过程中，水电解生成氢气和氧气，氧气转化为二氧化碳，二氧化碳和氢气在催化剂和加热条件下反应生成水和甲烷，甲烷不参与循环再生过程，消耗了氢元素，根据质量守恒定律可知反应前后元素种类不变，因此要定期补充一定量的水以补充氢元素。
（5）见答案。
19．(1) 增大与反应物的接触面积，加快反应速率 有 分解
(2) 水通电后，产生了一部分氧气
(3) 氢气/
(4)B
(5)设理论上合成15吨尿素需要液氨的质量为x。
x=8.5t
答：理论上合成15吨尿素需要液氨的质量为8.5t。
(6)氢原子/H
(7)在一定温度时，钯膜两侧氢气压强差越大，透氢量越大
(8)防止升温（或加热）时，氢气和空气的混合物发生爆炸
【详解】（1）①常用海绵状的Fe制得铁触媒，海绵状的结构优点是增大与反应物的接触面积，加快反应速率；因为海绵状结构有很多空隙，能使铁触媒与氢气、氮气等反应物充分接触，从而提高反应效率；
②在反应②中，反应物氢气中氢元素化合价为0价，在生成物FexNH3中氢元素化合价不为零（化合物中元素的化合价一般不为零），所以氢元素的化合价有变化；由微观反应示意图可知，反应③是FexNH3分解生成Fe 和NH3，一种物质生成两种物质，基本类型为分解反应；
（2）①从图中可知，反应物是水H2O和氮气N2，生成物是氨气NH3和氧气O2，反应的化学方程式为 ；
②实验测得反应实际所得到的氧气质量远大于理论值，可能的原因是水通电后，产生了一部分氧气；
（3）①根据流程图可知，反应②的反应物是NH3和NO，生成物是N2和X，根据质量守恒定律可知，X中存在氢元素和氧元素，同时X也是NH3在O2中燃烧的产物，过氧化氢（H2O2）加热时会分解生成水和氧气，因此X不可能是H2O2，可能是H2O ；
②为真正实现 “零碳” 排放，掺混的物质燃烧不能产生二氧化碳。煤粉和甲烷燃烧都会产生二氧化碳，而氢气燃烧只生成水，不会产生二氧化碳，所以选择掺混的物质最可能是氢气（H2）；
（4）碳酸钙煅烧生成氧化钙和二氧化碳，从图中可知，沉淀池中滤渣是碳酸钙，滤液是(NH4)2SO4，沉淀池中发生的反应是NH3+CO2+X→（NH4)2SO4+CaCO3↓，根据反应前后元素种类不变，生成物中含有钙元素和硫元素等元素，因此加入的X应为CaSO4。
故选B。
（5）见答案；
（6）由图1可知，透过钯膜的粒子是氢原子（H），氢原子再结合成氢分子，从而实现氢气的提纯；
（7）透由图2可知，透氢量与钯膜两侧氢气压强差的关系是在一定温度时，钯膜两侧氢气压强差越大，透氢量越大；
（8）开始工作时须先通N2排净装置中空气，再通原料氢气，其目的是防止氢气与空气混合，在高温时发生爆炸；因为氢气具有可燃性，与空气混合达到一定比例时，遇明火或高温可能会发生爆炸，先通入氮气排净空气可避免这种危险。
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