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水的组成及变化的探究
一、选择题
1．小华通过微信公众号“胜哥课程”观看了《电解水的微观解释》化学视频，对相关知识有了深刻的理解。电解水的实验如图所示，以下说法正确的是（　　）
A．a、b管内气体质量比约为
B．a管内产生的气体是氢气
C．该实验说明水由氢元素和氧元素组成
D．反应前后元素种类可能发生改变
【答案】C
【解析】【解答】A、根据图像，a中气体较少，则a管中产生的气体是氧气，b管中产生的气体是氢气，a、b管内气体体积比约为1∶2，而质量比是8∶1，该说法错误，不符合题意；
B、a管内产生的气体是氧气，该说法错误，不符合题意；
C、电解水生成氢气和氧气，氢气只含氢元素、氧气只含氧元素，该实验说明水由氢元素和氧元素组成，该说法正确，符合题意；
D、根据质量守恒定律可知，在化学反应前后元素种类不变，该说法错误，不符合题意。
故答案为：C.
【分析】根据电解水实验中正极产生氧气，负极产生氢气，二者的体积比约为1∶2；水是由氢氧元素组成来解答。
2．用如图自制水电解器进行实验，研究水的组成。下列说法不正确的是(　　)
A．管、中的气体体积比约为：
B．管中的气体能使燃着的木条烧得更旺
C．该实验说明水是由氢气和氧气组成的
D．是该实验需要标注的实验图标
【答案】C
【解析】【解答】A、电解水实验中正极产生氧气负极产生氢气，二者的体积比是1：2，而a管与电源的正极连接，产生的是氧气，b管与电源的负极连接则产生的是氢气，故ab管的气体的体积比是1：2，该说法正确，不符合题意；
B、a管产生氧气，氧气具有氧化性能使带火星的木条复燃，使燃着的木条燃烧更加旺盛，该说法正确，不符合题意；
C、水电解生成氢气和氧气，氧气由氧元素组成，氢气由氢元素组成，在化学变化中元素守恒，故电解水实验证明水是由氢氧元素组成，该说法错误，符合题意；
D、电解水实验需要通电，故需要通电图标，该说法正确，不符合题意。
故答案为：C.
【分析】根据电解水实验正氧负氢，二者的体积比是1：2；氧气具有氧化性能使带火星的木条复燃；物质由元素组成，化学变化中元素守恒来解答。
3．使用风力、水力及光伏发电电解水制氢是实现氢能全过程清洁化的研究方向。电解水的过程中某电极上发生的微观变化如下图。下列说法正确的是（　　）
A．该电极是正极
B．阶段一“●”表示的可能是OH-
C．电解水的化学方程式为：
D．阶段一到阶段二气泡变大是因为分子的体积变大
【答案】B
【解析】【解答】A、水在通电的条件下分解成氢气和氧气，电极有正极和负极，该说法错误，不符合题意；
B、电解水实验的阶段一表示水分成氢氧根和氢离子，故阶段一“●”可能是OH-的说法正确，符合题意；
C、电解水生成氢气和氧气的化学方程式为：，该说法错误，不符合题意；
D、阶段一到阶段二气泡变大的原因是分子的间隔变大，而分子本身的体积不变，该说法错误，不符合题意。
故答案为：B.
【分析】根据电解水实验正极产生氧气，负极产生氢气；分子的特性有分子在运动，分子间有间隔，分子有质量且很小来解答。
4．我国首列氢能源城际动车已正式发布。氢燃料电池的工作原理及电解水产生气体的体积与时间的关系如下图所示。下列分析正确的是（　　）
A．图甲中氢燃料电池的反应物是水
B．图乙中M、N的质量比约为2：1
C．图乙中气体N是由电解水装置负极产生的
D．电解水时正负极均有气泡产生
【答案】D
【解析】【解答】A、氢燃料电池的反应物是氢气和氧气，水是生成物，选项A错误，不符合题意；
B、图乙是电解水产生气体的体积与时间的关系，M、N的体积比约为2：1，质量比约为1：8，选项B错误，不符合题意；
C、电解水时，负极产生氢气（体积大），正极产生氧气（体积小），图乙中气体N体积小，是氧气，由正极产生，选项C错误，不符合题意；
D、电解水时，正负极均有气泡产生，正极产生氧气，负极产生氢气，选项D正确，符合题意；
故答案为：D。
【分析】A、根据氢燃料电池的工作原理（反应物为氢气和氧气）解答；
B、根据电解水实验中气体的体积比与质量比的区别解答；
C、根据电解水的实验结论（正氧负氢，氢二氧一）解答；
D、根据电解水的实验现象（正负极均产生气泡）解答。
5．我国科学家利用海水淡化技术结合发电制氢，成功实现海水制氢，提供重要的清洁能源，装置如图所示，下列有关说法正确的是（　　）
A．导线a连接的是电源正极
B．聚四氟乙烯薄膜只允许水分子通过
C．产生的氢气和氧气的质量比为2：1
D．通过电解水实验可知水是由氢气和氧气组成
【答案】B
【解析】【解答】A、从图示可知导线a连接的电极一端产生的是氢气，电解水实验，负极产生氢气，所以a连接的电源是负极，故A错误；
B、从图示可知聚四氟氯乙烯相当于半透膜，只有水分子能够通过，海水中的其他物质不能通过，故B正确；
C、水在通电的条件下生成氢气和氧气，该反应的化学方程式为：，产生的氢气和氧气的质量比=2×1×2 ：16×2=1：8，故C正确；
C、电解水实验正极产生氧气，负极产生氢气，氢气由氢元素组成，氮气由丹云告诉组成，由质量守恒定律可知化学反应前后元素的质量和种类不变，所以通过电解水实验可知水是由氢元素和氧元素组成，而不是由氢气和氧气组成，故D错误。
【分析】A、根据电解水负极产生氢气进行分析解答；
B、根据图示可知水分子能够通过聚四氟氯乙烷，其它物质不能透过进行分析解答；
C、根据产生氢气和氧气的质量比为1：8进行分析解答；
D、根据质量守恒定律，水由氢元素和氧元素组成进行分析解答。
6．下列是两个关于水的实验。下列说法正确的是（　　）
A．实验1，试管a中得到的气体能供给人体呼吸
B．实验1，实验现象为两电极均有无色气泡生成，且与负极相连的电极产生气泡的速率更快
C．实验1和实验2，是同一个反应
D．实验2，水分子空隙没有变化
【答案】B
7．回到橘子洲头，兴趣小组检测“纯净仙露”——水，如图。下列说法正确的是（　　）
A．b试管产生的气体是氢气
B．该实验说明水是由氢气和氧气组成
C．净水器中放置活性炭可以吸附水中的色素和异味
D．为节约水资源，用工业废水直接浇灌农田
【答案】C
8．电解水的简易实验装置如图所示。下列说法不正确的是（　　）
A．甲管中的电极连接的是电源正极
B．乙管中的气体能使带火星的木条复燃
C．该实验生成的氢气与氧气的质量比为
D．该实验的化学反应类型为分解反应
【答案】A
二、实验探究题
9．兴趣小组追寻科学家的足迹，对水进行探究。
【宏观辨识】根据实验探究水的组成
（1）水的合成：在密闭容器中将氢气和氧气的混合气体点燃，根据容器内生成的小水珠可知，水是由　 　组成的化合物。
（2）水的分解：电解水一段时间后（如图），观察到管a和管b中气体体积比为　 　，经检验管a中的气体是　 　（填化学式）。
（3）【证据推理】结合实验现象推算水分子中氢、氧原子个数比。
方法一：根据相同条件下气体的体积比等于其分子的个数比，得出电解水的产物中氢、氧原子个数比为　 　，进而推算出结果。
方法二：已知电解水实验中氢气和氧气的体积比和正、负极产生气体的　 　，可计算出水中各元素质量比，结合氢、氧原子的相对原子质量，可进一步推算出结果。
【模型构建】以分子构成的物质为例，图中“▲”表示的是　 　。
【答案】（1）氢元素和氧元素
（2）；
（3）或；密度；各元素原子个数比
【解析】【解答】（1）水是氢氧元素组成。
（2）电解水实验，正极产生氧气，负极产生氢气，二者的体积比是1：2。故观察到管a和管b中气体体积比为2：1， 管a中的气体是 。
（3） 方法一：根据相同条件下气体的体积比等于其分子的个数比，得出电解水的产物中氢、氧原子个数比为2：1，进而推算出结果。
方法二：已知电解水实验中氢气和氧气的体积比和正、负极产生气体的密度，可计算出水中各元素质量比8：1，结合氢、氧原子的相对原子质量，可进一步推算出结果。
【模型构建】以分子构成的物质为例，图中“▲”表示的是各元素的原子个数比。
【分析】（1）根据物质由元素组成来解答；
（2）根据电解水实验正极产生氧气，负极产生氢气，二者的体积比是1：2来解答；
（3）根据水中氢氧原子个数比是2：1，质量比为1：8来解答。
10．在研究水的组成时，同学们在老师的引导下，对电解水实验及过程中产生的“异常”现象展开了一系列的探究活动。
（1）活动一：用下图所示的装置进行电解水实验
电解水时，通常要在水中加入少量氢氧化钠或硫酸钠，其目的是　 　。
（2） 通电一段时间后，管a收集到的气体是　 　，b管中的气体是　 　，a管和b管气体的体积比是　 　。
（3） 电解水的文字表达为　 　。
（4）活动二：实验时，小红在水中加入了氯化钠，发现与电源正极相连的电极上产生了黄绿色气体，负极产生了无色气体。
【查阅资料】氯气（Cl2）是黄绿色、有刺激性气味的有毒气体。
【提出问题】两极产生的气体分别是什么？
【实验探究】请回答下列问题。
实验步骤 实验现象 实验结论
将一张白纸衬在正极玻璃管后 　 　 该气体为氯气
将燃着的木条放在负极玻璃管尖嘴口 气体燃烧，产生淡蓝色火焰 　 　
（5）活动三：拓展探究
小红进行“活动一”时，发现产生的氧气和氢气的体积比小于1：2，她研究发现装置气密性良好，于是猜想可能原因是　 　（写一点即可）。
（6）电解水时　 　（选填“可以”或“不可以”）加入氯化钠，原因是　 　。
【答案】（1）增强水的导电性
（2）氢气或H2；氧气或O2；2：1
（3）水氢气+氧气
（4）产生黄绿色气体；该气体为氢气
（5）部分氧气溶于水中或氧气活泼与电极材料反应被消耗等
（6）不可以；会产生有毒的氯气
【解析】【解答】（1）电解水时，通常要在水中加入少量氢氧化钠或硫酸钠，其目的是：增强水的导电性；
（2）电解水时，正极产生氧气，负极产生氢气，且生成的氢气和氧气的体积比为2：1，由图可知，a玻璃管与电源负极相连，则收集的气体为氢气，b玻璃管收集的气体为氧气；a管和b管气体的体积比是2：1；
（3）水通电可以分解出氢气和氧气，反应的文字表达式为：；
（4）根据实验结论该气体为氯气，可知实验现象是产生黄绿色气体；根据实验现象气体燃烧，产生淡蓝色火焰，可知气体为氢气；
（5）发现产生的氧气和氢气的体积比小于1：2，她研究发现装置气密性良好，于是猜想可能原因是：部分氧气溶于水中（或氧气活泼与电极材料反应被消耗）（合理即可）；
（6）根据实验可知，电解水时不可以加入氯化钠，原因是：会产生有毒的氯气。
【分析】（1）根据通常要在水中加入少量氢氧化钠或硫酸钠目的是：增强导电性分析；
（2）根据通电后，观察到的现象是：与电源两极相连的玻璃管中都有气泡产生，最终a、b玻璃管中应生气体的体积比约为2：1；
（3）根据水通电可以分解出氢气和氧气分析；
（4）根据实验结论、实验现象分析；
（5）根据氧气性质分析；
（6）根据实验结论分析。
11．回答下列问题
（1）氢气的制取
实验室用锌粒与稀硫酸反应制取氢气，反应的化学方程式为：　 　。若要随时控制反应的发生和停止，应选择图中的发生装置　 　填字母，收集较纯净的氢气可选装置　 　填字母。
（2）制作模型并展示科学家探索水的组成与结构的历程如图所示
填表
探究历程 操作 现象 结论
氢气燃烧实验 产生　 　色火焰，烧杯内壁有液滴 液滴是水
拉瓦锡实验 生成一种黑色固体和“易燃空气” 水不是一种元素
霍夫曼电解水实验 电极上有　 　产生，正、负极气体体积比约为　 　 水是由　 　组成
拉瓦锡将水蒸气通过一根烧红的铁制枪管，得到“易燃空气”和黑色固体。反应的化学方程式为，则是　 　填化学式。
科学家利用“合分”思想探索水的组成与结构如图，其中利用“分”的思想进行实验的科学家有　 　填字母。
普利斯特里 卡文迪什 拉瓦锡 尼科尔森
【答案】（1）；；
（2）淡蓝；气泡；；氢元素和氧元素；；
【解析】【解答】（1）锌粒与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，化学方程式为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑；装置B中有多孔隔板和弹簧夹，关闭弹簧夹，装置内压强增大，将液体压回长颈漏斗，固液分离，反应停止；打开弹簧夹，液体流下，固液接触，反应发生，因此能随时控制反应发生和停止的发生装置为B；氢气难溶于水，可用排水法收集较纯净的氢气，收集装置为D；
（2）i.氢气燃烧时产生淡蓝色火焰，烧杯内壁有液滴生成，证明液滴是水；霍夫曼电解水实验中，电极上有气泡产生，正极产生氧气，负极产生氢气，正、负极气体体积比约为1：2；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，证明水是由氢元素和氧元素组成的；
ii.根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类、数目不变，反应前H、O、Fe的原子个数分别为8、4、3，反应后H的原子个数为8，因此X中含有3个Fe原子和4个O原子，X的化学式为Fe3O4；
iii.“分”的思想是将未知组成的物质分解为已知组成的物质，拉瓦锡将水蒸气通过烧红的铁制枪管得到氢气，尼科尔森和卡里斯尔电解水得到氢气和氧气，都是利用“分”的思想，对应c、d；普利斯特里和卡文迪什是将氢气和氧气混合点燃生成水，利用“合”的思想，对应a、b。
【分析】（1）根据金属与酸的反应方程式书写解答，易错点为漏写气体箭头；根据发生装置的特点（多孔隔板控制固液分离）解答；根据气体的收集方法（排水法收集的气体更纯净，排空气法收集的气体干燥）解答；
（2）i.根据氢气燃烧的实验现象（淡蓝色火焰）解答；根据电解水的实验现象（两极产生气泡，正氧负氢，体积比1：2）解答；根据电解水的实验结论（水由氢、氧元素组成）解答，这是验证物质元素组成的核心实验；
ii.根据质量守恒定律的应用（化学反应前后原子种类、数目不变，推断物质化学式）解答，这是化学推断的常用方法；
iii.根据“合分”思想的含义（合：化合反应，分：分解反应）解答，结合科学家的实验操作判断思想类型。
12．如图是初中化学常用于测定物质的组成的实验。根据相关知识，回答下列问题：
（1）实验一中能证明空气中O2含量现象是 　 　；
（2）实验二中①的实验目的是 　 　；
（3）实验二中向外拉注射器，观察到 　 　，证明蜡烛中一定含有碳元素；
（4）用如图实验三所示装置完成电解水的实验并收集产生的气体（U形管中预先加入少量的氢氧化钠，c、d两支试管容积相等），下列说法不正确的是 ____。
A．U形管的a管应连接电源的正极
B．该实验说明水中含有氢、氧两种元素
C．试管d中的气体先收集满
D．U形管中加入少量氢氧化钠增强水的导电性
【答案】（1）冷却到室温后打开止水夹，进入集气瓶中的水约占瓶内总体积的五分之一
（2）验证石蜡燃烧的产物中有水，从而证明石蜡中含有氢元素
（3）导管口有气泡冒出，澄清石灰水变浑浊
（4）A；C
【解析】【解答】（1）氧气占空气体积的五分之一。故实验一中能证明空气中O2含量现象是 冷却到室温后打开止水夹，进入集气瓶中的水约占瓶内总体积的五分之一 。
（2）实验二中①的实验目的是验证石蜡燃烧的产物中是否有水，从而证明石蜡中含有氢元素。
（3）蜡烛燃烧生成水和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。故实验二中向外拉注射器，观察到导管口有气泡冒出，澄清石灰水变浑浊，说明蜡烛中有碳元素。
（4）实验三，电解水生成氢气和氧气，氢气的密度小于空气密度，氧气密度大于空气密度。说法不正确的是：
A、U形管的a管端产生的气体密度小于空气密度，则是氢气，故应连接电源的负极，该说法错误，符合题意；
B、该实验说明水中含有氢、氧两种元素的说法正确，不符合题意；
C、试管d中的气体密度大于空气密度是氧气，氧气体积是氢气体积的一半，故d后收集满，c先集满，该说法错误，符合题意；
D、 电解水实验中通常加入氢氧化钠或硫酸来增强水的导电性。故U形管中加入少量氢氧化钠增强水的导电性的说法正确，不符合题意。
故答案为：AC.
【分析】（1）根据氧气占空气体积的五分之一来解答；
（2）根据蜡烛燃烧生成水和二氧化碳来解答；
（3）根据元素守恒，二氧化碳中的碳元素来自蜡烛来解答；
（4）根据电解水负极生成氢气，正极产生氧气，二者体积比是2：1，氢氧化钠增强水的导电性来解答。
三、填空题
13．人类生产生活都离不开水，回答下列问题。
图一 图二
（1）如图一，某同学利用自制简易净水器对污浊的河水进行净化。下列说法正确的是____。
A．该净化过程可降低河水的硬度
B．石英砂主要作用是吸附可溶性杂质
C．活性炭可除去河水中的异味
D．该净化过程可除去河水中所有杂质
（2）图二是电解水实验。
①将燃着的木条放在导管b的尖嘴处，打开活塞，观察到的现象为　 　；
②水通电生成了氢气和氧气，该实验可以得到的一个结论是　 　；
③为验证电解水生成氢气和氧气的体积比，小雪记录了两极产生气体高度变化如下：
时间（） 5 6 7 8 9
a（） 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0
b（） 3.5 5.5 7.5 9.5 11.5
通常状况下，氧气的溶解度为0.03，氢气的溶解度为0.018。通过分析表中数据，能否得出水电解时生成氢气和氧气体积比为的结论。结合资料和数据说明你的观点及理由　 　。
【答案】（1）C
（2）燃着的木条燃烧的更旺；水是由氢元素和氧元素组成；能（或“可以”），氧气比氢气溶解度大，5min之前氧气溶解量比氢气溶解量大，5min时，氢气和氧气在水中达到饱和状态，5min后两极产生的气体高度变化量为2：1
【解析】【解答】（1）A.该净水器除去的是水中难溶性杂质，活性炭吸附色素和异味，不能降低水中的钙离子、镁离子，则不能降低水硬度，错误；B.石英砂不具有吸附性，不能吸附水中可溶性杂质，错误；C.活性炭具有疏松多孔结构，能吸附水中的色素和异味，正确；D.该净水器不能除去水中可溶性的钙离子、镁离子，错误；
（2） ① 电解水：正氧负氢、氢二氧一，则b端产生的气体为氧气，将燃着的木条放在导管b的尖嘴处，打开活塞，观察到的现象为燃烧更旺；
②水通电生成了氢气和氧气，根据反应前后元素的种类相等，该实验可以得到的一个结论是水是由氢元素和氧元素组成；
③ 氧气比氢气溶解度大，5min之前氧气溶解量比氢气溶解量大，5min时，氢气和氧气在水中达到饱和状态，5min后两极产生的气体高度变化量为2：1，故答案为能。
【分析】（1）降低水硬度的方法：煮沸或蒸馏；过滤为固液分离的操作，不能除去可溶性杂质；
（2）电解水产生氢气、氧气，生成物中含有氢元素、氧元素，而化学反应前后元素种类相同，则水是由氢元素和氧元素组成的；电解水，正极产生的是氧气，具有助燃性，可用带火星的小木条检验；负极产生的是氢气，用燃着的小木条检验。
14．如图为某同学进行电解水实验的装置图，据此回答：
（1）图中端为电源的　 　填“正”或“负”极。
（2）C试管中收集到的气体是　 　，、试管中收集到的气体的体积比约为　 　。
（3）上述实验可以得出：水是由　 　元素组成的。
（4）在水的电解实验中，不发生改变的微粒是　 　填名称，电解水的符号表达式为　 　。
（5）在上海世博园区内有许多饮水台，可取水直接饮用。其饮用水处理步骤如图所示；步骤对应的作用是　 　填序号。
杀菌消毒 吸附杂质
（6）保护水资源，防止水污染是每个公民和全社会的责任。下列做法有利于防止水资源污染的是　 　填序号。
农业生产中要合理使用农药和化肥
工业废水和生活污水处理达标后再排放
将海水淡化
【答案】（1）负
（2）氧气或；1：2
（3）氢、氧两种
（4）氢原子和氧原子；
（5）
（6）
【解析】【解答】（1）图中D试管收集的气体体积多，为氢气，与电源负极相连；
（2）在试管C中收集到的气体体积少，是氧气，氧气与氢气的体积比为1：2；
（3）化学反应前后元素种类不变，证明水是由氢元素和氧元素组成的；
（4）电解水的反应中不发生改变的微粒是氢原子和氧原子，水通电分解生成氢气和氧气，反应的表达式为；
（5）紫外线灯管照射的作用是杀菌消毒；
（6）①农业上要合理使用农药，化肥，防止水体污染。答案正确；
②工业废水和生活污水处理达标后再排放，能防止水体污染。答案正确；
③将海水淡化有利于缓解淡水危机。答案错误；
故答案为：①②。
【分析】（1）根据与电源负极相连的试管内收集到的气体是氢气分析；
（2）根据电解水的实验中收集到的氢气和氧气的体积比为2：1分析；
（3）根据化学反应前后元素种类不变分析；
（4）根据电解水的反应中不发生改变的微粒是氢原子和氧原子分析；
（5）根据紫外线灯管照射的作用是杀菌消毒分析；
（6）根据防治水体污染的措施分析。
15．水是一切生命赖以生存的重要物质基础，我们要了解水、爱护水。
（1）东莞市多所学校都安装了直饮水机，直饮水机处理自来水的过程如图，其中活性炭能吸附水中的色素和异味，是因为活性炭具有　 　的结构；紫外灯管照射的作用是　 　。
（2）如图为电解水实验的简易装置图，通电一段时间后，管b中收集到的气体是　 　，通过该实验可以得出水是由　 　组成的。
（3）《天工开物》下卷“曲蘖”中详细记载了古法酿酒工艺：将原料“入甑蒸煮”后“和曲发酵”，最后通过‘煮酒’工序提纯酒精，“和曲发酵”时，原料发生　 　(填“剧烈氧化”或“缓慢氧化”)；“煮酒”时，利用酒精和水的　 　不同，酒精先汽化分离出来。
（4）下列做法不利于保护水资源的是　 　(填字母)。
a．生活污水直接排放 b．提倡使用节水器具
c．工业上冷却水重复利用 d．园林浇灌用滴灌、喷灌
【答案】（1）疏松多孔；杀菌消毒
（2）氧气；氢元素和氧元素
（3）缓慢氧化；沸点
（4）a
16．管仲在《管子·水地》一文中记载“水者，地之血气，如筋脉之通流者也。”可见水对万物起着重要的作用。请解答下列与水相关的问题：
（1）图1中与a玻璃管相连的是电源的　 　极；电解水实验验证了水是由　 　组成的。请写出电解水的符号表达式　 　。电解水时常在水中加入少量硫酸钠，目的是　 　。
（2）若试管a中收集到气体，则试管b中产生气体的体积为　 　，点燃或使用b中的气体之前一定要　 　。
（3）图2反应过程中没有发生变化的微粒是　 　（填“分子”或“原子”）。
【答案】（1）正；氢元素和氧元素；；增强水的导电性
（2）；验纯
（3）原子
【解析】【解答】（1）电解水实验中，正极产生氧气，负极产生氢气，氧气与氢气体积比约为1：2，所以与a玻璃管相连的为电源的正极；电解水生成了氢气和氧气，电解水的符号表达式为：H2OH2+O2；电解水时常在水中加入少量硫酸钠，目的是增强水的导电性。
（2）试管a中收集到10 mL气体为氧气，根据氧气与氢气体积比约为1：2，所以试管b中产生氢气的体积为20mL；氢气为可燃性气体，点燃前要验纯，否则容易发生危险。
（3）原子是化学变化中的最小微粒，由图2可知，反应过程中没有发生变化的微粒是原子。
【分析】（1）根据电解水的实验现象（正氧负氢，体积比1：2）、质量守恒定律（反应前后元素种类不变）、增强水导电性的方法解答；
（2）根据电解水的气体体积比和可燃性气体的使用注意事项（验纯）解答；
（3）根据化学变化的微观本质（原子不变，分子改变）解答。
（1）电解水实验中，正极产生氧气，负极产生氢气，氧气与氢气体积比约为1：2，所以与a玻璃管相连的为电源的正极；电解水生成了氢气和氧气，电解水的符号表达式为：H2OH2+O2；电解水时常在水中加入少量硫酸钠，目的是增强水的导电性。
（2）试管a中收集到10 mL气体为氧气，根据氧气与氢气体积比约为1：2，所以试管b中产生氢气的体积为20mL；氢气为可燃性气体，点燃前要验纯，否则容易发生危险。
（3）原子是化学变化中的最小微粒，由图2可知，反应过程中没有发生变化的微粒是原子。
17．关于水的知识，请回答下列问题。
（1）自来水厂常用　 　吸附水中异味和色素，常用次氯酸(HClO)做消毒剂，该化合物中氯元素的化合价为　 　；次氯酸不稳定，发生如下反应：2HClO2HCl+X↑，推测X的化学式　 　。
（2）如图是电解水的实验示意图，根据实验探究水的组成在试管　 　(填“a”或“b”)中的气体能使带火星的木条复燃在该实验中由a和b管中产物可知，水是由　 　和　 　组成的化合物；电解水的化学方程式为　 　。
（3）利用海水淡化将是解决水资源短缺的重要途径，海水淡化可采用膜分离技术(如图)，水分子可以透过淡化膜(其它离子不能透过)。以下分析正确的是___________(填字母)。
A．该变化是化学变化
B．淡化膜可用普通滤纸代替
C．用膜分离技术得到的淡水为软水
【答案】（1）活性炭；+1；O2
（2）b；氢元素；氧元素；2H2O2H2↑+O2↑
（3）C
18．水是生命之源，对人类有着极其重要的作用。下图是对水不同处理过程的微观示意图。
（1）自然界的水需经过处理才能用于生活。利用活性炭的　 　性可以除去水中的色素和异味。
（2）甲处理是　 　（填“物理”或“化学”）变化，最后通过的微观粒子是　 　。
（3）乙中反应I的化学方程式为　 　。
（4）乙处理的意义有　 　（答一点）。
（5）通过电解水探究水的组成，写出发生的化学方程式　 　。
【答案】（1）吸附
（2）物理；离子和水分子
（3）
（4）实现了太阳能的转换
（5）
【解析】【解答】（1）活性炭疏松多孔，具有吸附性，能吸附水中的色素和异味；
（2）甲图中水通过微滤膜、超滤膜处理后，没有新物质生成，属于物理变化；由甲图可知最后通过超滤膜的微观粒子是离子和水分子；
（3）由反应的微观示意图可知，乙中反应I为水在太阳光、催化剂作用下生成过氧化氢和氧气，该反应的化学方程式为；
（4）乙图中反应I为，反应Ⅱ为，整个过程中相当于H2O分解生成H2和O2，太阳能为反应流程提供能量来源，所以该过程实现了太阳能向化学能的转化；
（5）水通电分解生成氢气和氧气，反应的化学方程式为。
【分析】（1）根据活性炭具有吸附性可以吸附色素和异味来解答；
（2）根据没有新物质生成的变化是物理变化，超滤膜分离出离子和水分子来解答；
（3）根据水在太阳光和催化剂的作用下分解生成过氧化氢和氢气来解答；
（4）根据水在太阳光和催化剂的作用下分解生成过氧化氢和氢气来，过氧化氢分解生成水和氧气来解答；
（5）根据水电解生成氢气和氧气来解答。
（1）活性炭疏松多孔，具有吸附性，能吸附水中的色素和异味，故填：吸附；
（2）甲图中水通过微滤膜、超滤膜处理后，没有新物质生成，属于物理变化；由甲图可知，最后通过超滤膜的微观粒子是离子和水分子，故填：物理；离子和水分子；
（3）由反应的微观示意图可知，乙中反应I为水在太阳光、催化剂作用下生成过氧化氢和氧气，反应的化学方程式为，故填：；
（4）乙图中反应I为，反应Ⅱ为，整个过程中相当于H2O分解生成H2和O2，太阳能为反应流程提供能量来源，所以该过程实现了太阳能向化学能的转化，故填：实现了太阳能的转换或实现了物质间的循环等；
（5）水通电分解生成氢气和氧气，反应的化学方程式为，故填：。
四、简答题
19．科学史上有许多科学家对水的组成进行过研究。
材料1：亚里士多德的“四元素说”认为水是一种元素。
材料2：卡文迪许发现将氢气与氧气的混合气点火后有水生成；还定量研究发现2体积氢气和1体积氧气恰好生成1体积的水蒸气
材料3：拉瓦锡重复卡文迪许实验也得到水，并证实水是氢气与氧气反应后的唯一产物。他还对水进行分解实验，制得并命名了氢气，并定量称量水和氢气质量。
材料4：尼科尔森和卡里斯尔做了水的电解实验并检验了产物。
根据上述材料和已学知识，回答下列问题：
（1）基于卡文迪许和拉瓦锡的实验分析，你得出的结论是什么
（2）拉瓦锡的水分解实验对后续研究有什么启示
（3）检验氧气的操作方法及现象是什么
【答案】（1）水是由氢元素与氧元素组成的
（2）反应物的总质量与生成物的总质量可能相等
（3）用带火星的木条来检验，将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，证明是氧气。
【解析】【解答】（1）卡文迪许发现将氢气与氧气的混合气点火后有水生成，根据质量守恒定律客栈，反应前后元素的种类不变，所以可以得出结论水是由氢元素与氧元素组成的。
（2）拉瓦锡重复卡文迪许实验也得到水，他还对水进行分解实验，制得并命名了氢气，并定量称量水和氢气质量。对后续研究给出了启示是，从质量上分析，反应物的总质量与生成物的总质量可能相等。
（3）氧气有助燃性，检验氧气的操作方法是用带火星的木条来检验，将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，证明是氧气。
【分析】（1）根据质量守恒定律进行分析。
（2）根据质量守恒定律可知，反应前后物质的质量不变。
（3）根据氧气具有助燃性进行分析。
20．在讨论水（H2O）的组成和构成时，小亮同学说：“水是由氢分子和氧原子构成的”。你认为他的说法正确吗？（同时说明理由）应当怎样正确描述水的构成？
【答案】他的说法不正确，水不是由原子直接构成的，水中也不含氢分子，故小亮同学的说法不正确，正确的描述是：水是由水分子构成的，1个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的。水的组成及变化的探究
1．小华通过微信公众号“胜哥课程”观看了《电解水的微观解释》化学视频，对相关知识有了深刻的理解。电解水的实验如图所示，以下说法正确的是（　　）
A．a、b管内气体质量比约为
B．a管内产生的气体是氢气
C．该实验说明水由氢元素和氧元素组成
D．反应前后元素种类可能发生改变
2．用如图自制水电解器进行实验，研究水的组成。下列说法不正确的是(　　)
A．管、中的气体体积比约为：
B．管中的气体能使燃着的木条烧得更旺
C．该实验说明水是由氢气和氧气组成的
D．是该实验需要标注的实验图标
3．使用风力、水力及光伏发电电解水制氢是实现氢能全过程清洁化的研究方向。电解水的过程中某电极上发生的微观变化如下图。下列说法正确的是（　　）
A．该电极是正极
B．阶段一“●”表示的可能是OH-
C．电解水的化学方程式为：
D．阶段一到阶段二气泡变大是因为分子的体积变大
4．我国首列氢能源城际动车已正式发布。氢燃料电池的工作原理及电解水产生气体的体积与时间的关系如下图所示。下列分析正确的是（　　）
A．图甲中氢燃料电池的反应物是水
B．图乙中M、N的质量比约为2：1
C．图乙中气体N是由电解水装置负极产生的
D．电解水时正负极均有气泡产生
5．我国科学家利用海水淡化技术结合发电制氢，成功实现海水制氢，提供重要的清洁能源，装置如图所示，下列有关说法正确的是（　　）
A．导线a连接的是电源正极
B．聚四氟乙烯薄膜只允许水分子通过
C．产生的氢气和氧气的质量比为2：1
D．通过电解水实验可知水是由氢气和氧气组成
6．下列是两个关于水的实验。下列说法正确的是（　　）
A．实验1，试管a中得到的气体能供给人体呼吸
B．实验1，实验现象为两电极均有无色气泡生成，且与负极相连的电极产生气泡的速率更快
C．实验1和实验2，是同一个反应
D．实验2，水分子空隙没有变化
7．回到橘子洲头，兴趣小组检测“纯净仙露”——水，如图。下列说法正确的是（　　）
A．b试管产生的气体是氢气
B．该实验说明水是由氢气和氧气组成
C．净水器中放置活性炭可以吸附水中的色素和异味
D．为节约水资源，用工业废水直接浇灌农田
8．电解水的简易实验装置如图所示。下列说法不正确的是（　　）
A．甲管中的电极连接的是电源正极
B．乙管中的气体能使带火星的木条复燃
C．该实验生成的氢气与氧气的质量比为
D．该实验的化学反应类型为分解反应
9．兴趣小组追寻科学家的足迹，对水进行探究。
【宏观辨识】根据实验探究水的组成
（1）水的合成：在密闭容器中将氢气和氧气的混合气体点燃，根据容器内生成的小水珠可知，水是由　 　组成的化合物。
（2）水的分解：电解水一段时间后（如图），观察到管a和管b中气体体积比为　 　，经检验管a中的气体是　 　（填化学式）。
（3）【证据推理】结合实验现象推算水分子中氢、氧原子个数比。
方法一：根据相同条件下气体的体积比等于其分子的个数比，得出电解水的产物中氢、氧原子个数比为　 　，进而推算出结果。
方法二：已知电解水实验中氢气和氧气的体积比和正、负极产生气体的　 　，可计算出水中各元素质量比，结合氢、氧原子的相对原子质量，可进一步推算出结果。
【模型构建】以分子构成的物质为例，图中“▲”表示的是　 　。
10．在研究水的组成时，同学们在老师的引导下，对电解水实验及过程中产生的“异常”现象展开了一系列的探究活动。
（1）活动一：用下图所示的装置进行电解水实验
电解水时，通常要在水中加入少量氢氧化钠或硫酸钠，其目的是　 　。
（2） 通电一段时间后，管a收集到的气体是　 　，b管中的气体是　 　，a管和b管气体的体积比是　 　。
（3） 电解水的文字表达为　 　。
（4）活动二：实验时，小红在水中加入了氯化钠，发现与电源正极相连的电极上产生了黄绿色气体，负极产生了无色气体。
【查阅资料】氯气（Cl2）是黄绿色、有刺激性气味的有毒气体。
【提出问题】两极产生的气体分别是什么？
【实验探究】请回答下列问题。
实验步骤 实验现象 实验结论
将一张白纸衬在正极玻璃管后 　 　 该气体为氯气
将燃着的木条放在负极玻璃管尖嘴口 气体燃烧，产生淡蓝色火焰 　 　
（5）活动三：拓展探究
小红进行“活动一”时，发现产生的氧气和氢气的体积比小于1：2，她研究发现装置气密性良好，于是猜想可能原因是　 　（写一点即可）。
（6）电解水时　 　（选填“可以”或“不可以”）加入氯化钠，原因是　 　。
11．回答下列问题
（1）氢气的制取
实验室用锌粒与稀硫酸反应制取氢气，反应的化学方程式为：　 　。若要随时控制反应的发生和停止，应选择图中的发生装置　 　填字母，收集较纯净的氢气可选装置　 　填字母。
（2）制作模型并展示科学家探索水的组成与结构的历程如图所示
填表
探究历程 操作 现象 结论
氢气燃烧实验 产生　 　色火焰，烧杯内壁有液滴 液滴是水
拉瓦锡实验 生成一种黑色固体和“易燃空气” 水不是一种元素
霍夫曼电解水实验 电极上有　 　产生，正、负极气体体积比约为　 　 水是由　 　组成
拉瓦锡将水蒸气通过一根烧红的铁制枪管，得到“易燃空气”和黑色固体。反应的化学方程式为，则是　 　填化学式。
科学家利用“合分”思想探索水的组成与结构如图，其中利用“分”的思想进行实验的科学家有　 　填字母。
普利斯特里 卡文迪什 拉瓦锡 尼科尔森
12．如图是初中化学常用于测定物质的组成的实验。根据相关知识，回答下列问题：
（1）实验一中能证明空气中O2含量现象是 　 　；
（2）实验二中①的实验目的是 　 　；
（3）实验二中向外拉注射器，观察到 　 　，证明蜡烛中一定含有碳元素；
（4）用如图实验三所示装置完成电解水的实验并收集产生的气体（U形管中预先加入少量的氢氧化钠，c、d两支试管容积相等），下列说法不正确的是 ____。
A．U形管的a管应连接电源的正极
B．该实验说明水中含有氢、氧两种元素
C．试管d中的气体先收集满
D．U形管中加入少量氢氧化钠增强水的导电性
13．人类生产生活都离不开水，回答下列问题。
图一 图二
（1）如图一，某同学利用自制简易净水器对污浊的河水进行净化。下列说法正确的是____。
A．该净化过程可降低河水的硬度
B．石英砂主要作用是吸附可溶性杂质
C．活性炭可除去河水中的异味
D．该净化过程可除去河水中所有杂质
（2）图二是电解水实验。
①将燃着的木条放在导管b的尖嘴处，打开活塞，观察到的现象为　 　；
②水通电生成了氢气和氧气，该实验可以得到的一个结论是　 　；
③为验证电解水生成氢气和氧气的体积比，小雪记录了两极产生气体高度变化如下：
时间（） 5 6 7 8 9
a（） 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0
b（） 3.5 5.5 7.5 9.5 11.5
通常状况下，氧气的溶解度为0.03，氢气的溶解度为0.018。通过分析表中数据，能否得出水电解时生成氢气和氧气体积比为的结论。结合资料和数据说明你的观点及理由　 　。
14．如图为某同学进行电解水实验的装置图，据此回答：
（1）图中端为电源的　 　填“正”或“负”极。
（2）C试管中收集到的气体是　 　，、试管中收集到的气体的体积比约为　 　。
（3）上述实验可以得出：水是由　 　元素组成的。
（4）在水的电解实验中，不发生改变的微粒是　 　填名称，电解水的符号表达式为　 　。
（5）在上海世博园区内有许多饮水台，可取水直接饮用。其饮用水处理步骤如图所示；步骤对应的作用是　 　填序号。
杀菌消毒 吸附杂质
（6）保护水资源，防止水污染是每个公民和全社会的责任。下列做法有利于防止水资源污染的是　 　填序号。
农业生产中要合理使用农药和化肥
工业废水和生活污水处理达标后再排放
将海水淡化
15．水是一切生命赖以生存的重要物质基础，我们要了解水、爱护水。
（1）东莞市多所学校都安装了直饮水机，直饮水机处理自来水的过程如图，其中活性炭能吸附水中的色素和异味，是因为活性炭具有　 　的结构；紫外灯管照射的作用是　 　。
（2）如图为电解水实验的简易装置图，通电一段时间后，管b中收集到的气体是　 　，通过该实验可以得出水是由　 　组成的。
（3）《天工开物》下卷“曲蘖”中详细记载了古法酿酒工艺：将原料“入甑蒸煮”后“和曲发酵”，最后通过‘煮酒’工序提纯酒精，“和曲发酵”时，原料发生　 　(填“剧烈氧化”或“缓慢氧化”)；“煮酒”时，利用酒精和水的　 　不同，酒精先汽化分离出来。
（4）下列做法不利于保护水资源的是　 　(填字母)。
a．生活污水直接排放 b．提倡使用节水器具
c．工业上冷却水重复利用 d．园林浇灌用滴灌、喷灌
16．管仲在《管子·水地》一文中记载“水者，地之血气，如筋脉之通流者也。”可见水对万物起着重要的作用。请解答下列与水相关的问题：
（1）图1中与a玻璃管相连的是电源的　 　极；电解水实验验证了水是由　 　组成的。请写出电解水的符号表达式　 　。电解水时常在水中加入少量硫酸钠，目的是　 　。
（2）若试管a中收集到气体，则试管b中产生气体的体积为　 　，点燃或使用b中的气体之前一定要　 　。
（3）图2反应过程中没有发生变化的微粒是　 　（填“分子”或“原子”）。
17．关于水的知识，请回答下列问题。
（1）自来水厂常用　 　吸附水中异味和色素，常用次氯酸(HClO)做消毒剂，该化合物中氯元素的化合价为　 　；次氯酸不稳定，发生如下反应：2HClO2HCl+X↑，推测X的化学式　 　。
（2）如图是电解水的实验示意图，根据实验探究水的组成在试管　 　(填“a”或“b”)中的气体能使带火星的木条复燃在该实验中由a和b管中产物可知，水是由　 　和　 　组成的化合物；电解水的化学方程式为　 　。
（3）利用海水淡化将是解决水资源短缺的重要途径，海水淡化可采用膜分离技术(如图)，水分子可以透过淡化膜(其它离子不能透过)。以下分析正确的是___________(填字母)。
A．该变化是化学变化
B．淡化膜可用普通滤纸代替
C．用膜分离技术得到的淡水为软水
18．水是生命之源，对人类有着极其重要的作用。下图是对水不同处理过程的微观示意图。
（1）自然界的水需经过处理才能用于生活。利用活性炭的　 　性可以除去水中的色素和异味。
（2）甲处理是　 　（填“物理”或“化学”）变化，最后通过的微观粒子是　 　。
（3）乙中反应I的化学方程式为　 　。
（4）乙处理的意义有　 　（答一点）。
（5）通过电解水探究水的组成，写出发生的化学方程式　 　。
19．科学史上有许多科学家对水的组成进行过研究。
材料1：亚里士多德的“四元素说”认为水是一种元素。
材料2：卡文迪许发现将氢气与氧气的混合气点火后有水生成；还定量研究发现2体积氢气和1体积氧气恰好生成1体积的水蒸气
材料3：拉瓦锡重复卡文迪许实验也得到水，并证实水是氢气与氧气反应后的唯一产物。他还对水进行分解实验，制得并命名了氢气，并定量称量水和氢气质量。
材料4：尼科尔森和卡里斯尔做了水的电解实验并检验了产物。
根据上述材料和已学知识，回答下列问题：
（1）基于卡文迪许和拉瓦锡的实验分析，你得出的结论是什么
（2）拉瓦锡的水分解实验对后续研究有什么启示
（3）检验氧气的操作方法及现象是什么
20．在讨论水（H2O）的组成和构成时，小亮同学说：“水是由氢分子和氧原子构成的”。你认为他的说法正确吗？（同时说明理由）应当怎样正确描述水的构成？

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