2.4 水的组成和净化（拓展培优）-2024-2025学年九年级化学上册课后培优分级练（沪教版2024）

2.4 水的组成和净化 一、科学探究题 1．2023 年 10 月 26 日“神州十七号”发射并与空间站对接，成功将三名宇航员送达空间站。为保障宇航员正常的生命活动，其中少部分氧气由宇航员从地球带入太空，而大部分氧气是在太空站制备出来的。以下是两种常用的制备方法。 方法一：利用宇航员呼出气体中的物质与 Na2O2（过氧化钠）反应产生 O2。 (1)同学们展开猜想：①可能是 H2O； ②可能是 CO2； ③可能是 。 【实验探究】首先使用塑料袋收集一袋呼出气体，并用传感器测出袋中氧气和二氧化碳的浓度，如图 1。然后快速向塑料袋中加入足量的过氧化钠，继续用传感器检测，数据如图 2。 (2)根据实验数据得出，二氧化碳 （填“能”或“不能”）与过氧化钠反应生成氧气。由图可知，放入过氧化钠 秒后，反应基本停止。 (3)实验小组同学又对水和过氧化钠能否反应展开实验探究，如图 3。 打开分液漏斗活塞，水与过氧化钠接触后，将燃着的木条放在导管 P 口处，发现木条 ，证明水能与过氧化钠反应生成氧气。为确保成功且排除其他干扰，加水时应 （填序号） ①使水逐滴加入 ②快速加水，浸没过氧化钠后关闭活塞 ③让水全部流下，不做其他操作 实验中发现烧杯中导管口有气泡产生。待反应停止，冷却后，观察到 。 (4)利用过氧化钠制氧气的装置如图 4，其中的洗气室相当于实验室中使用的多功能瓶，欲用图3 中装置制氧气，连接 P 口时，应选择图 5 中的 （填序号）瓶进行洗气。 方法二：将宇航员生活产生的废水、尿液等循环利用，维持人体所需的水和氧气如图 6。 (5)该系统中理论上能够达成 100%循环的元素有 （填序号） a.碳元素 b.氢元素 c.氧元素 (6)写出太空仓生命循环系统中发生的分解反应的化学方程式： 。 2．生命的孕育和维系离不开水。某校实践小组的同学们在老师的组织下，以“生命之源一水”为主题开展项目式学习。 任务一：了解自然界的水 【咨询交流】 (1)自然界中的水中含有难溶性和可溶性杂质，有些地方水质“硬”是由于水中含有较多 (填离子符号)。 任务二：制取蒸馏水 【模拟绘图】图1是同学们参观后水厂后绘制的蒸馏水制取示意图。 【小组交流】 (2)从天然水净化为蒸馏水的过程中方框B表示 。吸附过程中可用到的物质是 。 任务三：探究水的电解 【进行实验】为研究影响电解水反应速率的因素，小组利用图2装置进行了实验探究，数据记录如表所示： 实验编号 温度(℃) 氢氧化钠溶液的浓度(%) 氢气的体积(mL) 氧气的体积(mL) 电解时间(s) A 20 2 20 9.8 54.0 B 20 5 20 9.8 36.2 C 30 2 20 9.6 46.2 D 30 5 20 9.7 35.4 【实验结论】 (3)加快电解水反应速率的可采用的方法是 (写一点)。实验过程中发生反应的文字表达式： 。 任务四：保护水资源 (4)生活和生产中的污水处理后方可排放，某污水处理厂用聚合氯化铁处理污水中的悬浮物质和还原物质，其结果如图所示。由图中数据得出污水中投放聚合氯化铁(以Fe/(mg•L)计算)的最佳范围约为 。 3．化学兴趣小组的同学们在学习了与水有关的知识后，开展了以“生命之源——水”为主题的项目式学习。 活动一：参观自来水生产过程 (1)同学们在老师的带领下来到自来水厂参观自来水的生产过程，该过程主要包括：取水→加絮凝剂→过滤→吸附→ →配水。 活动二：测量自来水的硬度 【查阅资料】同学们查阅了相关资料。了解到国家有关水的硬度的标准为： 类别 极软水 软水 中硬水 硬水 高硬水 以浓度计（） 0~75 75~150 150~300 300~450 450~700 (2)同学们在实验室中取少量自来水，用便携式水硬度检测仪测得该自来水的硬度为，说明本地区的自来水属于 。同学们又向此自来水中加入少量肥皂水，搅拌后观察到泡沫少，浮渣多的现象，也得出了相同结论。硬水是指含有较多 的水。 活动三：净化水并探究水组成 【净化水】同学们取回一些没有净化的水，按照自来水厂的净水流程，进行净水实验：查资料得知：明矾作混凝剂是因为与水反应生成氢氧化铝胶状物。 (3)净水实验中明矾的作用是 。 【探究水的组成】二百多年前，法国化学家拉瓦锡利用水蒸气与高温的铁反应，生成了一种黑色固体和“可燃空气”，证明了水是由氢、氧两种元素组成的。化学小组同学“重温经典实验，传承科学精神”，设计了图1所示实验装置，请回答： (4)装置A的作用是： 。 (5)请分析装置C中盛装液体的作用 ；实验观察到干燥的冷烧杯内壁有水雾生成，证明该“可燃空气”是氢气。请写出装置D中发生反应的符号表达式： 。 (6)某化学兴趣小组的同学在实验室利用如图2的电解器进行电解水实验。 ①电解时加入少量硫酸钠溶液，目的是 。 ②写出电解水的符号表达式： ；由图可知通过导线与a管连接的是电源的 （填“正”或“负”）极。 4．科学探究与实践是我们需要不断培养的学科核心素养。某兴趣小组利用如图装置做了电解水的实验。 (1)左侧玻璃管中石墨龟极与电源 极相连，将燃着的木条放入b管收集的气体中，可以看到的现象是 。 (2)电解水时，通常要加入少量氢氧化钠（）溶液的作用是 。 小组同学在做实验时，发现向水中加入食盐氯化钠（）也可以达到加氢氧化钠溶液类似的作用，如图，但是通电一段时间后发现与正极相连的石墨电极上出现黄绿色气体。 【提出问题】加入氯化钠的水通电时，石墨电极上分别生成了什么气体？ 【查阅资料】①氯气（）是一种黄绿色、有刺激性气味的有毒气体，常温下1体积水里能溶解2体积的氯气；②氢气和氧气都是无色无味的气体。 【提州假设】 (3)猜想I：氧气和氯气；猜想Ⅱ：氢气和氧气；猜想III： ． 【设计实验】 (4)用如图所示装置来电解氯化钠溶液，并收集两个电极上产生的气体。 实验步骤 实验现象 解释或结论 ①按照如图装置，通电一段时间后，用a、b两支试管分别收集两根石墨电极上产生的气体，观察气体颜色 试管a收集到黄绿色气体，试管b收集到无色气体 猜想 错误 ②用拇指堵住试管b，移近点燃的酒精灯，移开拇指点火 听到爆鸣声 证明b试管中收集到的气体为 ，猜想Ⅲ正确 【实验结论】 (5)氯化钠溶液通电时，氯化钠和水反应除了生成两种气体外，还生成了氢氧化钠。反应的符号表达式为： 。 【反思与评价】 (6)联系电解水的实验，要证明水的组成，你认为在电解水时 ，（填“可以”或“不可以”）加氯化钠溶液。 (7)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，数据如下： 编号 温度 溶液浓度 b管气体体积 a管气体体积 电解时间 A B C D ①比较实验A和B，可得到的结论是 。 ②分析四组实验数据，实验C的电解时间X可能是 （填字母）。 A．32.4          B．35.2          C．50.2          D．55.6 ③查阁资料发现，当其他条件不变时，增大直流电的电压也能加快电解水的反应速率。在D实验的基础上，若要证明电压增大能加快电解水的反应速率，请利用如图所示的电源设计实验方案： 。 (8)小组同学继续查阅资料发现，除了增大电压可以加快电解水的反应速率外，还有设置超声波场等手段。如图分别为两种不同条件下石墨电极表面的气泡直径分布情况图。 ①气泡覆盖在电极表面使电解反应界面 （选填“增大”或“减小”），降低了电解效率。 ②超声波振动能提高电解效率的原因是 。 5．“水善利万物而不争”，水是人类的宝贵资源。 一、探究水的组成 【实验步骤】i.连接好装置（如图3），检查装置气密性 ii.在U形管中装入适量的水，水面略低于支管口 iii.取下注射器，打开电源一段时间后关闭电源 iv.将注射器活塞推到顶后连接注射器，再次打开电源。当注射器II中活塞停留在10mL刻度时，关闭电源 v.检验气体 (1)实验开始时，先打开电源通电一段时间后再接上注射器的目的是 。 (2)实验结束时注射器I中活塞停留在 刻度处，将该注射器带上针头，移向燃着的木条旁，推动活塞，现象是 。 二、研究影响电解水反应速率的因素 为研究影响电解水反应速率的因素，某兴趣小组利用12V直流电源进行了相关实验探究，数据如下：（水的导电能力很弱，加入少量NaOH可增强水的导电性） 编号 温度 NaOH溶液浓度 负极气体体积 正极气体体积 电解时间 1 20℃ 2% 20mL 9.8mL 54.0s 2 20℃ 5% 20mL 9.8mL 36.2s 3 30℃ 2% 20mL 9.9mL x 4 30℃ 5% 20mL 9.9mL 35.4s (3)实验1和2研究的影响电解水反应速率的因素是 。 (4)分析四组实验数据，实验3的电解时间“x”可能是____（填字母序号）。 A．32.4 B．35.2 C．50.2 D．55.6 (5)查阅资料发现，当其他条件不变时，增大直流电的电压也能加快电解水的速率。在上述实验基础上证明电压对电解水速率的影响，下列方案可行的是： （填字母序号）。 序号 温度 NaOH溶液浓度 电压 负极气体体积 正极气体体积 A 10℃ 5% 12V 20mL 9.8mL B 20℃ 6% 14V 20mL 9.8mL C 30℃ 2% 14V 20mL 9.9mL A．A B．B C．C D．D 6．学习小组进行水质调查时发现某池塘水较浑浊，为此开展水质研究。 【查阅资料】 ①明矾溶于水生成的Al(OH)3胶体，能吸附水中悬浮物，发生沉降，从而达到净水目的。 ②Al(OH)3胶体能溶于酸。 ③净水效果可用浊度去除率A表示，A值越大表示净水效果越好。 I.探究影响明矾净水效果的因素 【提出猜想】猜想a：一定范围内，明矾的用量越大，净水效果越好。 猜想b：一定范围内，水样的酸性越强，净水效果越差。 【实验准备】配制絮凝剂溶液和稀硫酸 (1)用明矾配制100mL质量分数为1%的絮凝剂溶液（密度取1.0g/cm3），需用到的玻璃仪器除了量筒、烧杯、胶头滴管外，还需要 。 (2)用质量分数为98%的浓硫酸（密度取1.8g/cm3）加水稀释配制100mL质量分数为9.8%的稀硫酸（密度取1.0g/cm3），需要量取浓硫酸的体积为 mL（结果保留1位小数）。 【设计实验，验证猜想】取该水样，按下列实验方案加入试剂后，充分搅拌，静置tmin，测定水样的浊度并计算得到浊度去除率，记录数据。 实验序号 水样体积/mL 1%絮凝剂溶液体积/mL 9.8%硫酸体积/mL 蒸馏水体积/mL tmin后浊度去除率 i 200 5.0 0 5.0 A1 ii 200 V1 0 7.5 A2 iii 200 0 0 V2 A3 iv 200 5.0 2.0 3.0 A4 v 200 5.0 5.0 0 A5 【数据分析，交流讨论】 (3)实验i、ⅱ、ⅲ用于探究猜想a是否成立，则V1= ，V2= 。 (4)实验测得A1>A2>A3，由此得出的结论是 。 (5)实验证明猜想b成立，得出该结论的依据是 （用A的大小关系表示）。 (6)水样的酸性越强，净水效果越差，原因是 。 Ⅱ.硬水的软化 (7)取少量水样，加入 ，振荡后静置，产生较多浮渣，说明水样是硬水。用沉淀法除去水样中的Ca2+和Mg2+后，再加入盐酸调节溶液至中性，得到软水。 7．Ⅰ.实验是进行科学探究的重要方式。请根据下图回答问题： (1)用图A所示装置在空气中点燃氢气，在点燃氢气等可燃性气体前，一定要先 。 (2)用图B所示装置，将二氧化碳缓缓通入竖直放置的玻璃管中能观察到 (选“甲”或“乙”)燃着的木条先熄灭。通过此现象可得出二氧化碳的性质是 。 (3)用图C所示装置，向充满CO2且气密性良好的软塑料瓶中，加入体积约为塑料瓶容积的蒸馏水，旋紧瓶盖后充分振荡，观察 现象，说明CO2能溶于水。 (4)用图D所示装置挤压滴管的胶帽，使澄清石灰水滴入烧瓶，振荡烧瓶，观察到的现象为 ，石灰水变浑浊。烧瓶中发生反应的化学方程式为 。 II.请参与某化学兴趣小组对“二氧化碳溶于水是否与水反应”的探究，并回答下列问题。 【探究目的】二氧化碳溶于水是否与水反应 【探究思路】 (5)判断物质间是否发生化学反应的根本依据是 。 (6)溶于水无明显现象， (填 “能”或“不能”)用观察的方法判断是否发生反应。“实验”的方法探究物质间是否反应的实验设计依据是：生成物和反应物的性质差异。 【提出猜想】 (7)猜想一：二氧化碳溶于水不与水反应：猜想二： 。 【实验设计】 四朵石蕊溶液染成紫色的干燥纸花设计如下实验： 序号 实验设计 ① 向第一朵纸花喷稀醋酸 ② 向第二朵纸花喷水 ③ ? ④ 将第四朵纸花喷水后放入盛有二氧化碳的集气瓶中 (8)“实验设计③”的具体内容是 。 (9)写出“实验设计④”的化学方程式 。 【进行实验】观察记录实验现象，进行实验探究。 【实验结论】 (10)猜想二成立，支持猜想二成立的实验现象是 。 【反思交流】 (11)实验探究“无明显实验现象时是否发生化学反应”的核心思路有_____(填字母序号)。 A．设计对比实验 B．控制实验条件 C．获取事实证据 D．逻辑推理判断 8．科学的家庭氧疗可使人身心放松，因此家用制氧机成为越来越多家庭使用的医疗设备，兴趣小组同学对制氧机的制氧原理、制氧剂选择等展开探究，并开启自制制氧机的项目式学习之旅。 【了解制氧机的原理】 调查了解： 目前市面上常见制氧机的工作原理有：分子筛制氧法、电解水制氧法和化学制氧剂制氧法。 (1)分子筛是一种内部分布有均匀微小孔径的固体，可以把空气中的氧分子吸入孔穴，经净化后得到高纯氧气，据此推测氧分子的体积比氮分子 （填“大”或“小”）。 (2)家用制氧机一般不采用电解水制氧法的原因是 。 (3)化学制氧剂制氧法是通过制氧剂之间发生化学反应产生氧气，也是目前应用最广泛的方法，基于家庭氧疗对氧气的需求，你认为所选制氧剂除了能反应产生氧气，还应具有的特点是 （写一条）。 【探究制氧剂的选择】 同学们通过进一步调查了解到化学制氧剂中部分试剂及特点如下表： 制氧剂 特点 过氧化氢 液体，易分解，浓度越高其腐蚀性越强 过碳酸钠 白色颗粒状固体，溶于水时生成碳酸钠和过氧化氢 高锰酸钾 成本较高．制氧过程需要加热 分析判断： (4)从上述制氧剂中选择一种物质．写出制氧过程中发生反应的化学方程式 。 (5)同学们讨论后认为高锰酸钾不适合用于家庭制氧．原因可能是 （写一条）。 进行实验： 为了选择合适的制氧剂，同学们在总产氧量相同的情况下，对过氧化氢和过碳酸钠的制氧效率进行比较，通过计算，常温常压下产生的氧气，需要过氧化氢溶液的体积为．以过碳酸钠为制氧剂时需要过碳酸钠。 实验过程： 同学们用如图1所示装置分别按下表所给试剂进行实验，并记录内量筒中水的体积，绘制曲线如图2所示。 实验 锥形瓶中药品 注射器中药品 ① 二氧化锰 过氧化氢溶液 ② 过碳酸钠和二氧化锰 水 实验分析： (6)实验②中加入水的原因是 。 (7)有同学认为过氧化氢的制氧效率与其浓度有关，适当增大其浓度，能加快产氧速率，但容易引发的问题是 。 (8)结合图2分析制氧剂选择过碳酸钠更合适的依据是 。 【设计并制作简易制氧机】 (9)同学们设计了如图3所示简易制氧机： ①装置B中的水除了能通过气泡观察氧气的生成速率外，还可以起到的作用是 ． ②连接好装置．将带火星的木条放置在鼻氧管出口处，此操作的目的是 ；当观察到B装置中 （填“有气泡连续均匀冒出”或“刚开始冒出气泡”）后开始吸氧。 愉快的探究之旅结束了，同学们对制氧剂的选择等有了更深的认识！ 9．小明同学假期在家看电视台一档“家有妙招”栏目中介绍一种“活性炭软化水”的妙招，心里泛起了嘀咕：活性炭真的可以除去硬水中钙、镁离子而使硬水软化吗？于是他到学校实验室进行了如下一系列的探究。 探究一：活性炭能否软化硬水 他按节目中介绍的方法做了一个与“妙招”制作原理相同的简易的净水装置。 (1)在两个体积相等的烧杯中，一个加入硬水。一个加经过简易净水器净化后的硬水各20mL，再分别加等体积等浓度的肥皂水4滴，振荡，观察到的现象如下： 。 （得出结论1）用活性炭不能软化硬水。 (2)（评价与反思）在实验室中一般可通过 来降低水的硬度，做此操作时要在烧瓶中加入几粒碎瓷片，目的是 ，日常生活中常采用煮沸方法软化水。 探究二：煮沸能否一定软化硬水 (3)（查阅资料）水的硬度是水中所溶解的可溶性钙镁化合物引起的，硬水中所溶解的钙镁化合物可分为两类：钙、镁的碳酸氢盐，如碳酸氢钙（Ca（HCO3）2）等；钙、镁的硫酸盐或氯化物。如CaCl2等。一般所说水的硬度是由上述两类化合物引起的。请计算出CaCl2中氯元素化合价为 。 (4)Ca（HCO3）2加热分解产生碳酸钙、水、二氧化碳等物质。碳酸钙难溶于水，请写出Ca（HCO3）2加热分解的反应的化学反应方程式 。 （实验2）为方便研究他准备了碳酸氢钙溶液和氯化钙溶液来代表两类不同的钙镁化合物。 实验编号 实验操作 实验现象 ① 分别取 5mL 的碳酸氢钙溶液和氯化钙 溶于A、B两支试管中，同时加热。 A试管中产生大量气泡，有沉 淀产生，B试管无明显现象。 ② 在上述实验后，分别滴加4滴肥皂水， 振荡。 A试管中有大量的泡沫，B试 管中泡沫较少。 (5)（得出结论2）煮沸实际上只能降低 类所引起的水的硬度。 (6)（评价与反思2）小芳同学提出，上述实验②不做也可以得出上述实验的结论，理由是 。 10．实验课上，实验小组的同学们正在进行“水的组成”的探究，请你参与。 【提出问题】水是由什么元素组成的？ 【进行实验】同学们按照教材中的装置（图甲所示）进行实验。 (1)同学们观察到电极附近有 产生，一段时间后，正、负极分别产生的气体体积比约为 。切断电源，打开b管顶端的活塞，在管口放置一根燃着的木条，会观察到气体燃烧，产生 的火焰。 【得出结论】 (2)本实验得出的结论：水是由 组成的。 (3)写出电解水的化学方程式： 。 【讨论分析】 (4)实验时，老师向水中加入了少量氢氧化钠，目的是 ；与图乙（电解水的简易装置）装置相比，教材（图甲）装置的优点是 （写一点）。 (5)我国科学家已研究出在新型高效光催化剂作用下，利用太阳能分解水制氢气的方法。水在通过并接触催化剂表面时，分解的微观示意图如下：（“”表示氢原子，“”表示氧原子，“”表示催化剂），则水分解的微观过程的正确顺序是 （填序号）。 【总结交流】 (6)化学是一门以实验为基础的科学。通过上述实验的分析对比，归纳一条在改进实验时需考虑的因素： 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2.4 水的组成和净化 一、科学探究题 1．2023 年 10 月 26 日“神州十七号”发射并与空间站对接，成功将三名宇航员送达空间站。为保障宇航员正常的生命活动，其中少部分氧气由宇航员从地球带入太空，而大部分氧气是在太空站制备出来的。以下是两种常用的制备方法。 方法一：利用宇航员呼出气体中的物质与 Na2O2（过氧化钠）反应产生 O2。 (1)同学们展开猜想：①可能是 H2O； ②可能是 CO2； ③可能是 。 【实验探究】首先使用塑料袋收集一袋呼出气体，并用传感器测出袋中氧气和二氧化碳的浓度，如图 1。然后快速向塑料袋中加入足量的过氧化钠，继续用传感器检测，数据如图 2。 (2)根据实验数据得出，二氧化碳 （填“能”或“不能”）与过氧化钠反应生成氧气。由图可知，放入过氧化钠 秒后，反应基本停止。 (3)实验小组同学又对水和过氧化钠能否反应展开实验探究，如图 3。 打开分液漏斗活塞，水与过氧化钠接触后，将燃着的木条放在导管 P 口处，发现木条 ，证明水能与过氧化钠反应生成氧气。为确保成功且排除其他干扰，加水时应 （填序号） ①使水逐滴加入 ②快速加水，浸没过氧化钠后关闭活塞 ③让水全部流下，不做其他操作 实验中发现烧杯中导管口有气泡产生。待反应停止，冷却后，观察到 。 (4)利用过氧化钠制氧气的装置如图 4，其中的洗气室相当于实验室中使用的多功能瓶，欲用图3 中装置制氧气，连接 P 口时，应选择图 5 中的 （填序号）瓶进行洗气。 方法二：将宇航员生活产生的废水、尿液等循环利用，维持人体所需的水和氧气如图 6。 (5)该系统中理论上能够达成 100%循环的元素有 （填序号） a.碳元素 b.氢元素 c.氧元素 (6)写出太空仓生命循环系统中发生的分解反应的化学方程式： 。 【答案】(1)H2O、CO2 (2) 能 45（合理即可） (3) 燃烧的更旺 ② 烧杯中的导管形成一段液柱 (4)B (5)c (6) 【详解】（1）利用宇航员呼出气体中的物质与 Na2O2（过氧化钠）反应产生 O2，呼出气体中二氧化碳和水蒸气含量增多，结合其它猜想，③可能是CO2、H2O； （2）根据实验数据得出，二氧化碳的浓度先减小后不变，则说明二氧化碳能与过氧化钠反应生成氧气； 由图可知，放入过氧化钠约45秒后，氧气和二氧化碳浓度不再变化，说明此时反应基本停止； （3）氧气具有助燃性，故打开分液漏斗活塞，水与过氧化钠接触后，将燃着的木条放在导管 P 口处，发现木条燃烧的更旺，说明水能与过氧化钠反应生成氧气； 为确保成功且排除其他干扰，加水时应快速加水，浸没过氧化钠后关闭活塞，这样可使过氧化钠与水充分接触，充分反应，如果水逐滴加入，由于过氧化氢与水反应生成氧气，可能导致装置内压强增大，分液漏斗中的水无法滴下，从而影响实验，如果让水全部流下，不做其他操作，可能导致气体从分液漏斗中逸出。 故选②； 实验中发现烧杯中导管口有气泡产生，说明该反应放热，装置内气体受热膨胀逸出，待反应停止，冷却后，由于装置内气体减少，压强减小，故观察到烧杯中的导管形成一段液柱； （4）欲用图3 中装置制氧气，连接 P 口时，应选择图 5 中的B瓶进行洗气，这样可使液体与气体充分接触，洗气比较充分； （5）该系统中水通电分解生成氢气和氧气，氧气可供给呼吸，人体呼吸作用呼出的二氧化碳和氢气在反应器中可转化为甲烷和水，水循环利用，甲烷排出舱外，则理论上能够达成 100%循环的元素有氧元素。 故选c； （6）太空仓生命循环系统中水通电分解生成氢气和氧气，该反应符合“一变多”的特点，属于分解反应，该反应的化学方程式为：。 2．生命的孕育和维系离不开水。某校实践小组的同学们在老师的组织下，以“生命之源一水”为主题开展项目式学习。 任务一：了解自然界的水 【咨询交流】 (1)自然界中的水中含有难溶性和可溶性杂质，有些地方水质“硬”是由于水中含有较多 (填离子符号)。 任务二：制取蒸馏水 【模拟绘图】图1是同学们参观后水厂后绘制的蒸馏水制取示意图。 【小组交流】 (2)从天然水净化为蒸馏水的过程中方框B表示 。吸附过程中可用到的物质是 。 任务三：探究水的电解 【进行实验】为研究影响电解水反应速率的因素，小组利用图2装置进行了实验探究，数据记录如表所示： 实验编号 温度(℃) 氢氧化钠溶液的浓度(%) 氢气的体积(mL) 氧气的体积(mL) 电解时间(s) A 20 2 20 9.8 54.0 B 20 5 20 9.8 36.2 C 30 2 20 9.6 46.2 D 30 5 20 9.7 35.4 【实验结论】 (3)加快电解水反应速率的可采用的方法是 (写一点)。实验过程中发生反应的文字表达式： 。 任务四：保护水资源 (4)生活和生产中的污水处理后方可排放，某污水处理厂用聚合氯化铁处理污水中的悬浮物质和还原物质，其结果如图所示。由图中数据得出污水中投放聚合氯化铁(以Fe/(mg•L)计算)的最佳范围约为 。 【答案】(1)Ca2+、Mg2+/Mg2+、Ca2+ (2) 蒸馏 活性炭 (3) 增大氢氧化钠溶液的浓度（合理即可） 水氢气+氧气 (4)18~20mg/L 【详解】（1）自然界中的水中含有难溶性和可溶性杂质，有些地方水质“硬”是由于水中含有较多Ca2+、Mg2+，故填：Ca2+、Mg2+或Mg2+、Ca2+； （2）从天然水净化为蒸馏水的过程中，能除去可溶性杂质的步骤是蒸馏，净水过程中常用活性炭吸附色素和异味，故填：蒸馏、活性炭； （3）比较实验A和C，温度越高产生相同体积氢气，所需时间越短，比较实验A和B，氢氧化钠溶液的浓度越高产生相同体积氢气，所需时间越短，故加快电解水反应速率的可采用的方法是增大氢氧化钠溶液的浓度或提高水的温度，电解水生成氢气和氧气，文字表达式水氢气+氧气，故填：增大氢氧化钠溶液的浓度或提高水的温度、水 氢气+氧气； （4）由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以Fe(mg·L-1)表示]的最佳范围约为18～20mg·L-1，此时杂质的去除率达到最大，故填：18~20mg/L。 3．化学兴趣小组的同学们在学习了与水有关的知识后，开展了以“生命之源——水”为主题的项目式学习。 活动一：参观自来水生产过程 (1)同学们在老师的带领下来到自来水厂参观自来水的生产过程，该过程主要包括：取水→加絮凝剂→过滤→吸附→ →配水。 活动二：测量自来水的硬度 【查阅资料】同学们查阅了相关资料。了解到国家有关水的硬度的标准为： 类别 极软水 软水 中硬水 硬水 高硬水 以浓度计（） 0~75 75~150 150~300 300~450 450~700 (2)同学们在实验室中取少量自来水，用便携式水硬度检测仪测得该自来水的硬度为，说明本地区的自来水属于 。同学们又向此自来水中加入少量肥皂水，搅拌后观察到泡沫少，浮渣多的现象，也得出了相同结论。硬水是指含有较多 的水。 活动三：净化水并探究水组成 【净化水】同学们取回一些没有净化的水，按照自来水厂的净水流程，进行净水实验：查资料得知：明矾作混凝剂是因为与水反应生成氢氧化铝胶状物。 (3)净水实验中明矾的作用是 。 【探究水的组成】二百多年前，法国化学家拉瓦锡利用水蒸气与高温的铁反应，生成了一种黑色固体和“可燃空气”，证明了水是由氢、氧两种元素组成的。化学小组同学“重温经典实验，传承科学精神”，设计了图1所示实验装置，请回答： (4)装置A的作用是： 。 (5)请分析装置C中盛装液体的作用 ；实验观察到干燥的冷烧杯内壁有水雾生成，证明该“可燃空气”是氢气。请写出装置D中发生反应的符号表达式： 。 (6)某化学兴趣小组的同学在实验室利用如图2的电解器进行电解水实验。 ①电解时加入少量硫酸钠溶液，目的是 。 ②写出电解水的符号表达式： ；由图可知通过导线与a管连接的是电源的 （填“正”或“负”）极。 【答案】(1)投药消毒 (2) 硬水 可溶性钙、镁化合物 (3)使水中悬浮的杂质较快沉降，使水逐渐澄清 (4)产生水蒸气 (5) 除去氢气中水蒸气（或干燥氢气） (6) 增强水的导电性 负 【详解】（1）自来水厂的净水过程为：取水、加絮凝剂、沉淀、过滤、吸附、投药消毒、配水，故填：投药消毒； （2）由表中数据可知，该自来水的硬度为311.2mg/L，说明本地区的自来水属于硬水；肥皂水可鉴别硬水和软水，其中产生较少泡沫或较多浮渣的为硬水；硬水是指含有较多可溶性钙、镁化合物的水，故填：硬水；可溶性钙、镁化合物； （3）明矾溶于水会形成胶状物，吸附水中悬浮的杂质使其沉降，故填：使水中悬浮的杂质较快沉降，使水逐渐澄清； （4）由图可知，装置A为加热水，则作用为产生水蒸气，故填：产生水蒸气； （5）由于B中发生的反应为铁和水蒸气的反应，为了防止未反应的水蒸气干扰D装置的检验，则C装置的作用为除去氢气中水蒸气，故C中应盛放浓硫酸；D装置中，氢气燃烧生成水，反应的符号表达式为，故填：除去氢气中水蒸气（或干燥氢气）；； （6）①纯水的导电性差，电解水时，向水中加入少量的硫酸钠，能增强水的导电性，故填：增强水的导电性； ②电解水生成氢气和氧气，反应的化学方程式为：；电解水时，正极产生氧气，负极产生氢气，且生成的氧气和氢气的体积比为1:2，由图可知，a管中收集的气体较多，则为氢气，则与a管相连的为负极，故填：；负。 4．科学探究与实践是我们需要不断培养的学科核心素养。某兴趣小组利用如图装置做了电解水的实验。 (1)左侧玻璃管中石墨龟极与电源 极相连，将燃着的木条放入b管收集的气体中，可以看到的现象是 。 (2)电解水时，通常要加入少量氢氧化钠（）溶液的作用是 。 小组同学在做实验时，发现向水中加入食盐氯化钠（）也可以达到加氢氧化钠溶液类似的作用，如图，但是通电一段时间后发现与正极相连的石墨电极上出现黄绿色气体。 【提出问题】加入氯化钠的水通电时，石墨电极上分别生成了什么气体？ 【查阅资料】①氯气（）是一种黄绿色、有刺激性气味的有毒气体，常温下1体积水里能溶解2体积的氯气；②氢气和氧气都是无色无味的气体。 【提州假设】 (3)猜想I：氧气和氯气；猜想Ⅱ：氢气和氧气；猜想III： ． 【设计实验】 (4)用如图所示装置来电解氯化钠溶液，并收集两个电极上产生的气体。 实验步骤 实验现象 解释或结论 ①按照如图装置，通电一段时间后，用a、b两支试管分别收集两根石墨电极上产生的气体，观察气体颜色 试管a收集到黄绿色气体，试管b收集到无色气体 猜想 错误 ②用拇指堵住试管b，移近点燃的酒精灯，移开拇指点火 听到爆鸣声 证明b试管中收集到的气体为 ，猜想Ⅲ正确 【实验结论】 (5)氯化钠溶液通电时，氯化钠和水反应除了生成两种气体外，还生成了氢氧化钠。反应的符号表达式为： 。 【反思与评价】 (6)联系电解水的实验，要证明水的组成，你认为在电解水时 ，（填“可以”或“不可以”）加氯化钠溶液。 (7)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，数据如下： 编号 温度 溶液浓度 b管气体体积 a管气体体积 电解时间 A B C D ①比较实验A和B，可得到的结论是 。 ②分析四组实验数据，实验C的电解时间X可能是 （填字母）。 A．32.4          B．35.2          C．50.2          D．55.6 ③查阁资料发现，当其他条件不变时，增大直流电的电压也能加快电解水的反应速率。在D实验的基础上，若要证明电压增大能加快电解水的反应速率，请利用如图所示的电源设计实验方案： 。 (8)小组同学继续查阅资料发现，除了增大电压可以加快电解水的反应速率外，还有设置超声波场等手段。如图分别为两种不同条件下石墨电极表面的气泡直径分布情况图。 ①气泡覆盖在电极表面使电解反应界面 （选填“增大”或“减小”），降低了电解效率。 ②超声波振动能提高电解效率的原因是 。 【答案】(1) 正 瓶口处的气体被点燃 (2)增强了水的导电性 (3)氢气和氯气 (4) Ⅱ 氢气 (5)H2+Cl2 (6)不可以 (7) 加入氢氧化钠越多，电解水的速率越快 C 在30℃，NaOH溶液浓度为5%的条件下，将电压改为15V，测定a管收集10mL气体所需的时间，然后与D实验作比较 (8) 减小 超声波振动能减少电极表面的气泡 【详解】（1）左侧玻璃管中产生的气体比右侧的气体体积少，左侧玻璃管中的气体是氧气，氧气与电源正极相连， b管收集的气体是氢气，燃着的木条放入会观察到瓶口处的气体被点燃。 （2）水的导电性较弱，加入少量氢氧化钠溶液或硫酸钠溶液后使溶液中出现大量的带电离子，增强了水的导电性。 （3）根据质量守恒定律，反应前后元素种类不变，根据已知猜想，则猜想Ⅲ为氢气和氯气。 （4）实验步骤①，由于有黄绿色的气体生成，根据资料可知有氯气生成，故证明猜想Ⅱ错误； ②用拇指堵住试管b，移近点燃的酒精灯，移开拇指点火，听到爆鸣声，证明b试管中收集到的气体为氢气；有氢气和氯气生成，因此证明猜想Ⅲ正确。 （5）氯化钠溶液通电时，氯化钠和水反应除了生成两种气体（氢气和氯气）外，还生成了氢氧化钠。符号表达式中缺少氢气和氯气，故填：H2+Cl2。 （6）要证明水的组成，在电解水时不可以加氯化钠溶液，因为加入氯化钠时，会生成氯气，则无法证明水是由氢元素和氧元素组成。故填：不可以。 （7）①比较实验A、B，氢氧化钠溶液浓度越大，电解时间越短，则说明加入氢氧化钠越多，电解水的速率越快。 ②对比实验B、D可知，温度越高，电解时间越短，则说明温度越高，电解水的速率越快，则对比A、C，C温度比较高，则反应较快，即X<54.0s，对比C、D，C中氢氧化钠溶液浓度较低，则X>35.4s，故选C。 ③若想证明电压增大能加快电解水的反应速率，结合D实验的内容，则应增加一个实验，即在30℃，NaOH溶液浓度为5%的条件下，将电压改为15V，测定a管收集10mL气体所需的时间，然后与D实验作比较。 （8）①气泡覆盖在电极表面，阻碍了电极与水的接触，使电解反应界面减少，降低了电解效率。 ②由图可知，与静音条件下相比，在超音条件下，不锈钢电极表面的气泡较少，说明超声波振动能减少电极表面的气泡，故可以提高电解效率。 5．“水善利万物而不争”，水是人类的宝贵资源。 一、探究水的组成 【实验步骤】i.连接好装置（如图3），检查装置气密性 ii.在U形管中装入适量的水，水面略低于支管口 iii.取下注射器，打开电源一段时间后关闭电源 iv.将注射器活塞推到顶后连接注射器，再次打开电源。当注射器II中活塞停留在10mL刻度时，关闭电源 v.检验气体 (1)实验开始时，先打开电源通电一段时间后再接上注射器的目的是 。 (2)实验结束时注射器I中活塞停留在 刻度处，将该注射器带上针头，移向燃着的木条旁，推动活塞，现象是 。 二、研究影响电解水反应速率的因素 为研究影响电解水反应速率的因素，某兴趣小组利用12V直流电源进行了相关实验探究，数据如下：（水的导电能力很弱，加入少量NaOH可增强水的导电性） 编号 温度 NaOH溶液浓度 负极气体体积 正极气体体积 电解时间 1 20℃ 2% 20mL 9.8mL 54.0s 2 20℃ 5% 20mL 9.8mL 36.2s 3 30℃ 2% 20mL 9.9mL x 4 30℃ 5% 20mL 9.9mL 35.4s (3)实验1和2研究的影响电解水反应速率的因素是 。 (4)分析四组实验数据，实验3的电解时间“x”可能是____（填字母序号）。 A．32.4 B．35.2 C．50.2 D．55.6 (5)查阅资料发现，当其他条件不变时，增大直流电的电压也能加快电解水的速率。在上述实验基础上证明电压对电解水速率的影响，下列方案可行的是： （填字母序号）。 序号 温度 NaOH溶液浓度 电压 负极气体体积 正极气体体积 A 10℃ 5% 12V 20mL 9.8mL B 20℃ 6% 14V 20mL 9.8mL C 30℃ 2% 14V 20mL 9.9mL A．A B．B C．C D．D 【答案】(1)排出装置内的空气 (2) 5 木条燃烧更旺 (3)NaOH溶液浓度 (4)C (5)C 【详解】（1）实验开始时，先打开电源通电一段时间后再接上注射器的目的是排出装置内的空气，防止点燃氢气时发生爆炸； （2）电解水的实验中生成氢气和氧气的体积比为2：1，注射器Ⅰ与正极相连，收集到的是氧气，注射器Ⅱ与负极相连，收集到的气体是氢气，当注射器Ⅱ中活塞停留在10mL刻度时，关闭电源，此时收集到的氢气体积为10mL，所以最后收集到的氧气的体积应该是5mL，实验结束时，注射器Ⅰ中活塞停留在5mL刻度处； 注射器Ⅰ中收集的气体是氧气，氧气具有助燃性，将该注射器接上针头，向燃着的木条旁推动活塞，观察到的现象是木条燃烧的更旺； （3）实验1和2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； （4）由实验1、2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1、3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，实验3的电解时间x应该大于35.4s，小于54.0s。 故选：C。 （5）该实验的目的是探究电压对电解水的反应速率的影响，根据控制变量法，在上述实验的基础上，增大电压，其他因素相同。 A、电压没有改变，不可行； B、温度与实验1、2相同，但与实验1、2相比，有电压和氢氧化钠溶液浓度两个变量，不可行； C、温度与实验3、4相同，氢氧化钠溶液浓度与实验4相同，可以与实验4形成对比，可行； 故选：C。 6．学习小组进行水质调查时发现某池塘水较浑浊，为此开展水质研究。 【查阅资料】 ①明矾溶于水生成的Al(OH)3胶体，能吸附水中悬浮物，发生沉降，从而达到净水目的。 ②Al(OH)3胶体能溶于酸。 ③净水效果可用浊度去除率A表示，A值越大表示净水效果越好。 I.探究影响明矾净水效果的因素 【提出猜想】猜想a：一定范围内，明矾的用量越大，净水效果越好。 猜想b：一定范围内，水样的酸性越强，净水效果越差。 【实验准备】配制絮凝剂溶液和稀硫酸 (1)用明矾配制100mL质量分数为1%的絮凝剂溶液（密度取1.0g/cm3），需用到的玻璃仪器除了量筒、烧杯、胶头滴管外，还需要 。 (2)用质量分数为98%的浓硫酸（密度取1.8g/cm3）加水稀释配制100mL质量分数为9.8%的稀硫酸（密度取1.0g/cm3），需要量取浓硫酸的体积为 mL（结果保留1位小数）。 【设计实验，验证猜想】取该水样，按下列实验方案加入试剂后，充分搅拌，静置tmin，测定水样的浊度并计算得到浊度去除率，记录数据。 实验序号 水样体积/mL 1%絮凝剂溶液体积/mL 9.8%硫酸体积/mL 蒸馏水体积/mL tmin后浊度去除率 i 200 5.0 0 5.0 A1 ii 200 V1 0 7.5 A2 iii 200 0 0 V2 A3 iv 200 5.0 2.0 3.0 A4 v 200 5.0 5.0 0 A5 【数据分析，交流讨论】 (3)实验i、ⅱ、ⅲ用于探究猜想a是否成立，则V1= ，V2= 。 (4)实验测得A1>A2>A3，由此得出的结论是 。 (5)实验证明猜想b成立，得出该结论的依据是 （用A的大小关系表示）。 (6)水样的酸性越强，净水效果越差，原因是 。 Ⅱ.硬水的软化 (7)取少量水样，加入 ，振荡后静置，产生较多浮渣，说明水样是硬水。用沉淀法除去水样中的Ca2+和Mg2+后，再加入盐酸调节溶液至中性，得到软水。 【答案】(1)玻璃棒 (2)5.6 (3) 2.5 10 (4)一定范围内，明矾的用量越大，净水效果越好。 (5)A4＞A5 (6)明矾溶于水生成的Al(OH)3胶体溶于硫酸，吸附水中悬浮物的能力减小 (7)肥皂水 【详解】（1）用固体明矾配制絮凝剂溶液，需用到的玻璃仪器除了量筒、烧杯、胶头滴管外，溶解时还需要用玻璃棒搅拌。故填：玻璃棒。 （2）根据溶液稀释前后溶质质量不变，列式计算出需要浓硫酸的体积。设需要浓硫酸的体积为x，x×1.8g/cm3×98%＝100mL×1.0g/cm3×9.8%，解得，x≈5.6mL。 （3）实验i、ⅱ、ⅲ用于探究猜想a是否成立，实验中应该控制变量。三个实验中水样体积都是200mL，都没有加入稀硫酸，由于题中1%的絮凝剂溶液密度取1.0g/cm3，水的密度也是1.0g/cm3，故每个实验中加入的1%絮凝剂溶液体积和蒸馏水体积之和也应该相等。实验i中1%絮凝剂溶液体积是5.0mL，蒸馏水体积也是5.0mL，因此实验ⅱ、ⅲ中1%絮凝剂溶液体积和蒸馏水体积之和也应是10.0mL。因为实验ⅱ中加入蒸馏水体积是7.5mL，所以应加入1%絮凝剂溶液V1=2.5mL；由于实验ⅲ中没有加入1%絮凝剂溶液，故应加入蒸馏水V2=10.0mL。 （4）实验i、ⅱ、ⅲ中水样体积相同，都没有加入稀硫酸，实验中加入的1%絮凝剂溶液体积和蒸馏水体积之和也相等，实验i、ⅱ、ⅲ中加入1%絮凝剂溶液的体积分别是5.0mL，2.5mL，0，可见三个实验中实验i中明矾的用量最大，实验ⅱ中明矾用量其次，实验ⅲ中没有明矾。根据实验测得结果：A1>A2>A3，可以得出的结论是：一定范围内，明矾的用量越大，净水效果越好。 （5）实验ⅳ、ⅴ中水样体积都是200mL，加入的1%絮凝剂溶液体积都是5.0mL，质量分数为9.8%的稀硫酸和水的密度都取1.0g/cm3，因此实验ⅳ、ⅴ中加入的9.8%硫酸体积和蒸馏水体积（或质量）之和相等，符合控制变量法。因为实验ⅳ加入的9.8%硫酸体积是2.0mL，实验ⅴ中加入的9.8%硫酸体积是5.0mL，所以实验ⅳ中水样的酸性比实验ⅴ中水样的酸性弱，Al(OH)3胶体能溶于酸，故实验ⅳ中能起净水作用的Al(OH)3胶体比实验ⅴ多，净水效果好。故填：A4＞A5。 （6）根据资料，明矾溶于水生成的Al(OH)3胶体，能吸附水中悬浮物，发生沉降，从而达到净水目的，因此明矾溶于水生成的Al(OH)3胶体越多，净水效果就越好。因为Al(OH)3胶体能和硫酸等酸性物质反应，所以水样的酸性越强，明矾溶于水生成的Al(OH)3胶体就越少存在，净水效果就变差。故填：明矾溶于水生成的Al(OH)3胶体溶于硫酸，吸附水中悬浮物的能力减小。 （7）含有较多可溶性钙、镁化合物的水叫做硬水。因为将肥皂水滴加到含有较多Ca2+、Mg2+的硬水中，会形成较多浮渣，所以实验中常用肥皂水来鉴别水样是否是硬水。故填：肥皂水。 7．Ⅰ.实验是进行科学探究的重要方式。请根据下图回答问题： (1)用图A所示装置在空气中点燃氢气，在点燃氢气等可燃性气体前，一定要先 。 (2)用图B所示装置，将二氧化碳缓缓通入竖直放置的玻璃管中能观察到 (选“甲”或“乙”)燃着的木条先熄灭。通过此现象可得出二氧化碳的性质是 。 (3)用图C所示装置，向充满CO2且气密性良好的软塑料瓶中，加入体积约为塑料瓶容积的蒸馏水，旋紧瓶盖后充分振荡，观察 现象，说明CO2能溶于水。 (4)用图D所示装置挤压滴管的胶帽，使澄清石灰水滴入烧瓶，振荡烧瓶，观察到的现象为 ，石灰水变浑浊。烧瓶中发生反应的化学方程式为 。 II.请参与某化学兴趣小组对“二氧化碳溶于水是否与水反应”的探究，并回答下列问题。 【探究目的】二氧化碳溶于水是否与水反应 【探究思路】 (5)判断物质间是否发生化学反应的根本依据是 。 (6)溶于水无明显现象， (填 “能”或“不能”)用观察的方法判断是否发生反应。“实验”的方法探究物质间是否反应的实验设计依据是：生成物和反应物的性质差异。 【提出猜想】 (7)猜想一：二氧化碳溶于水不与水反应：猜想二： 。 【实验设计】 四朵石蕊溶液染成紫色的干燥纸花设计如下实验： 序号 实验设计 ① 向第一朵纸花喷稀醋酸 ② 向第二朵纸花喷水 ③ ? ④ 将第四朵纸花喷水后放入盛有二氧化碳的集气瓶中 (8)“实验设计③”的具体内容是 。 (9)写出“实验设计④”的化学方程式 。 【进行实验】观察记录实验现象，进行实验探究。 【实验结论】 (10)猜想二成立，支持猜想二成立的实验现象是 。 【反思交流】 (11)实验探究“无明显实验现象时是否发生化学反应”的核心思路有_____(填字母序号)。 A．设计对比实验 B．控制实验条件 C．获取事实证据 D．逻辑推理判断 【答案】(1)检验纯度 (2) 乙 二氧化碳密度比空气密度大，不燃烧也不持燃烧 (3)软塑料瓶变瘪 (4) 气球胀大 CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O (5)是否生成新物质 (6)不能 (7)二氧化碳溶于水能与水反应 (8)将第三朵纸花直接放入盛有二氧化碳的集气瓶中 (9)H2O+CO2=H2CO3 (10)实验设计②③中纸花不变色，实验设计④中纸花变红色 (11)ABCD 【详解】（1）在点燃氢气等可燃性气体前，一定要先检验纯度，防止混合气体发生爆炸； （2）图B中乙木条先熄灭，说明二氧化碳密度比空气大，甲、乙木条先后熄灭说明二氧化碳不燃烧也不持燃烧； （3）向充满CO2且气密性良好的软塑料瓶中，加入体积约为塑料瓶容积三分之一的蒸馏水，旋紧瓶盖后充分振荡，软塑料瓶变瘪，说明瓶内压强减小，证明CO2能溶于水； （4）澄清石灰水滴入烧瓶与二氧化碳反应，生成碳酸钙沉淀和水，石灰水变浑浊，烧瓶内压强减小，空气进入气球使气球胀大，反应的化学方程式为CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O； （5）物质之间是否发生化学变化的本质为变化过程中是否有新物质生成； （6）CO2溶于水没有明显的变化，无法通过观察发现是否有新物质生成，则不能用观察的方法判断是否发生反应； （7）根据探究问题二氧化碳溶于水是否与水反应及猜想一为：二氧化碳溶于水不与水反应，则猜想二为：二氧化碳溶于水能与水反应； （8）用对比实验探究CO2是否与H2O反应产生使紫色石蕊变红色的酸性物质，需要验证CO2不能使紫色石蕊变色，H2O不能使紫色石蕊变色，CO2与H2O混合后与紫色石蕊接触时，紫色石蕊变色。结合表格实验，则实验③可设计为：将第三朵花直接放入盛有二氧化碳的集气瓶中； （9）二氧化碳能与水反应生成碳酸，反应的化学方程式为：H2O+CO2=H2CO3； （10）实验中观察到②中纸花不变色，说明H2O不能使紫色石蕊变色，③中纸花不变色，说明CO2也不能使紫色石蕊变色，④中纸花变红色，则可以证明CO2能与H2O反应生成酸性物质使紫色石蕊变红色，所以支持猜想二成立的实验现象为：②③中纸花不变色，④中纸花变红色； （11）用对比实验探究无明显现象是否发生时，需要设计对比实验，实验中需要控制实验的条件，通过实验获取实验数据得到证据，最后通过分析推理出实验的结论；故选：ABCD。 8．科学的家庭氧疗可使人身心放松，因此家用制氧机成为越来越多家庭使用的医疗设备，兴趣小组同学对制氧机的制氧原理、制氧剂选择等展开探究，并开启自制制氧机的项目式学习之旅。 【了解制氧机的原理】 调查了解： 目前市面上常见制氧机的工作原理有：分子筛制氧法、电解水制氧法和化学制氧剂制氧法。 (1)分子筛是一种内部分布有均匀微小孔径的固体，可以把空气中的氧分子吸入孔穴，经净化后得到高纯氧气，据此推测氧分子的体积比氮分子 （填“大”或“小”）。 (2)家用制氧机一般不采用电解水制氧法的原因是 。 (3)化学制氧剂制氧法是通过制氧剂之间发生化学反应产生氧气，也是目前应用最广泛的方法，基于家庭氧疗对氧气的需求，你认为所选制氧剂除了能反应产生氧气，还应具有的特点是 （写一条）。 【探究制氧剂的选择】 同学们通过进一步调查了解到化学制氧剂中部分试剂及特点如下表： 制氧剂 特点 过氧化氢 液体，易分解，浓度越高其腐蚀性越强 过碳酸钠 白色颗粒状固体，溶于水时生成碳酸钠和过氧化氢 高锰酸钾 成本较高．制氧过程需要加热 分析判断： (4)从上述制氧剂中选择一种物质．写出制氧过程中发生反应的化学方程式 。 (5)同学们讨论后认为高锰酸钾不适合用于家庭制氧．原因可能是 （写一条）。 进行实验： 为了选择合适的制氧剂，同学们在总产氧量相同的情况下，对过氧化氢和过碳酸钠的制氧效率进行比较，通过计算，常温常压下产生的氧气，需要过氧化氢溶液的体积为．以过碳酸钠为制氧剂时需要过碳酸钠。 实验过程： 同学们用如图1所示装置分别按下表所给试剂进行实验，并记录内量筒中水的体积，绘制曲线如图2所示。 实验 锥形瓶中药品 注射器中药品 ① 二氧化锰 过氧化氢溶液 ② 过碳酸钠和二氧化锰 水 实验分析： (6)实验②中加入水的原因是 。 (7)有同学认为过氧化氢的制氧效率与其浓度有关，适当增大其浓度，能加快产氧速率，但容易引发的问题是 。 (8)结合图2分析制氧剂选择过碳酸钠更合适的依据是 。 【设计并制作简易制氧机】 (9)同学们设计了如图3所示简易制氧机： ①装置B中的水除了能通过气泡观察氧气的生成速率外，还可以起到的作用是 ． ②连接好装置．将带火星的木条放置在鼻氧管出口处，此操作的目的是 ；当观察到B装置中 （填“有气泡连续均匀冒出”或“刚开始冒出气泡”）后开始吸氧。 愉快的探究之旅结束了，同学们对制氧剂的选择等有了更深的认识！ 【答案】(1)小 (2)产生可燃性气体氢气，易爆炸（合理即可） (3)反应条件容易达到（合理即可） (4)（合理即可） (5)成本高（合理即可） (6)控制变量 (7)腐蚀仪器 (8)反应速率较快（合理即可） (9) 使氧气具有一定湿度 检验氧气 有气泡连续均匀冒出 【详解】（1）氧分子能被吸入空穴，但氮气不能，说明氧分子的体积比氮分子小。 （2）电解水还生成氢气，氢气具有可燃性，可能会引起爆炸。 （3）选用制氧剂时，除了能反应产生氧气，还要容易反应，且成分低等。 （4）过氧化氢在二氧化锰催化作用下生成水和氧气，反应的化学方程式为：；高锰酸钾加热生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，反应的化学方程式为：。 （5）根据表中内容可知，高锰酸钾制取氧气的成本较高，且制样过程中需要加热，则不适合用于家庭制氧。 （6）实验①中加入9.11mL溶液，则实验②中加入9.11mL水的作用为控制变量。 （7）由表中内容可知，过氧化氢浓度越高，其腐蚀性越强，则适当增大过氧化氢溶液浓度，可能会腐蚀仪器。 （8）由图2可知，相同时间内，过碳酸钠产生氧气更多，则制氧剂选择过碳酸钠更合适。 （9）①将氧气通入水中，能给氧气提供一定的水分，使其具有一定湿度。 ②氧气能使带火星的木条复燃，则将带火星的木条放置在鼻氧管出口处，可检验氧气； 由于刚产生的气泡中混有空气，则可待有气泡连续均匀冒出时，再开始吸氧。 9．小明同学假期在家看电视台一档“家有妙招”栏目中介绍一种“活性炭软化水”的妙招，心里泛起了嘀咕：活性炭真的可以除去硬水中钙、镁离子而使硬水软化吗？于是他到学校实验室进行了如下一系列的探究。 探究一：活性炭能否软化硬水 他按节目中介绍的方法做了一个与“妙招”制作原理相同的简易的净水装置。 (1)在两个体积相等的烧杯中，一个加入硬水。一个加经过简易净水器净化后的硬水各20mL，再分别加等体积等浓度的肥皂水4滴，振荡，观察到的现象如下： 。 （得出结论1）用活性炭不能软化硬水。 (2)（评价与反思）在实验室中一般可通过 来降低水的硬度，做此操作时要在烧瓶中加入几粒碎瓷片，目的是 ，日常生活中常采用煮沸方法软化水。 探究二：煮沸能否一定软化硬水 (3)（查阅资料）水的硬度是水中所溶解的可溶性钙镁化合物引起的，硬水中所溶解的钙镁化合物可分为两类：钙、镁的碳酸氢盐，如碳酸氢钙（Ca（HCO3）2）等；钙、镁的硫酸盐或氯化物。如CaCl2等。一般所说水的硬度是由上述两类化合物引起的。请计算出CaCl2中氯元素化合价为 。 (4)Ca（HCO3）2加热分解产生碳酸钙、水、二氧化碳等物质。碳酸钙难溶于水，请写出Ca（HCO3）2加热分解的反应的化学反应方程式 。 （实验2）为方便研究他准备了碳酸氢钙溶液和氯化钙溶液来代表两类不同的钙镁化合物。 实验编号 实验操作 实验现象 ① 分别取 5mL 的碳酸氢钙溶液和氯化钙 溶于A、B两支试管中，同时加热。 A试管中产生大量气泡，有沉 淀产生，B试管无明显现象。 ② 在上述实验后，分别滴加4滴肥皂水， 振荡。 A试管中有大量的泡沫，B试 管中泡沫较少。 (5)（得出结论2）煮沸实际上只能降低 类所引起的水的硬度。 (6)（评价与反思2）小芳同学提出，上述实验②不做也可以得出上述实验的结论，理由是 。 【答案】(1)两个烧杯中都出现大量浮渣，泡沫较少 (2) 蒸馏 防止加热时暴沸 (3)+2 (4) (5)钙、镁的碳酸氢盐 (6)A试管中产生大量气泡，有沉淀产生，B试管无明显现象，说明A中的碳酸氢钙转化成沉淀析出，而B中无变化，故A中发生了硬水的软化 【详解】（1）根据结论是活性炭不能软化硬水，根据硬水加入肥皂水后会出现大量浮渣，故现象是：两个烧杯中都出现大量浮渣、泡沫较少； （2）在实验中一般可通过蒸馏来降低水的硬度；做此操作时要在烧瓶中加入几粒碎瓷片，目的是防止暴沸； （3）氯化钙中氯元素显-1价，设钙元素的化合价为x，根据化合物中，正、负化合价的代数和为零，可得：x+（-1）×2=0，x=+2； （4）Ca(HCO3)2加热分解产生碳酸钙、水、二氧化碳等物质，该反应的化学方程式为：； （5）在实验2后，分别滴加4滴肥皂水，振荡，A试管中有大量的泡沫，B试管中泡沫较少，说明加热能使A中硬水软化，不能使B硬水软化，故可得出煮沸实际上只能降低钙、镁的碳酸氢盐类所引起的水的硬度； （6）小芳同学提出，上述实验②不做也可以得出实验的结论，理由是：A试管中产生大量气泡，有沉淀产生，B试管无明显现象，说明A中的碳酸氢钙转化成沉淀析出，而B中无变化，故A中发生了硬水的软化。 10．实验课上，实验小组的同学们正在进行“水的组成”的探究，请你参与。 【提出问题】水是由什么元素组成的？ 【进行实验】同学们按照教材中的装置（图甲所示）进行实验。 (1)同学们观察到电极附近有 产生，一段时间后，正、负极分别产生的气体体积比约为 。切断电源，打开b管顶端的活塞，在管口放置一根燃着的木条，会观察到气体燃烧，产生 的火焰。 【得出结论】 (2)本实验得出的结论：水是由 组成的。 (3)写出电解水的化学方程式： 。 【讨论分析】 (4)实验时，老师向水中加入了少量氢氧化钠，目的是 ；与图乙（电解水的简易装置）装置相比，教材（图甲）装置的优点是 （写一点）。 (5)我国科学家已研究出在新型高效光催化剂作用下，利用太阳能分解水制氢气的方法。水在通过并接触催化剂表面时，分解的微观示意图如下：（“”表示氢原子，“”表示氧原子，“”表示催化剂），则水分解的微观过程的正确顺序是 （填序号）。 【总结交流】 (6)化学是一门以实验为基础的科学。通过上述实验的分析对比，归纳一条在改进实验时需考虑的因素： 。 【答案】(1) 气泡 1∶2 淡蓝色 (2)氢、氧元素 (3) (4) 增强水的导电性 玻璃管上有刻度，测量结果更准确(或便于检验生成的气体等合理即可) (5)①④②⑤③ (6)改进实验要更易于操作(或改进实验要具备更高的准确性等合理即可) 【详解】（1）电解水生成氢气和氧气，则可观察到电极附近有气泡产生； 由于正极产生氧气，负极产生氢气，且生成的氧气和氢气的体积比为1：2，则一段时间后，正、负极分别产生的气体体积比约为1：2； 由图可知，b管收集的气体较多，则收集的气体为氢气，氢气具有可燃性，燃烧时产生淡蓝色火焰。 （2）氢气是由氢元素组成，氧气是由氧元素组成，根据反应前后元素的种类不变，则说明水是由氢、氧元素组成。 （3）电解水生成氢气和氧气，反应的化学方程式为：。 （4）向水中加入氢氧化钠，能增加水中的离子，则能增强水的导电性； 图甲装置中，玻璃管上有刻度，测量结果更准确，且打开活塞就能检查其中的气体，更便于检验生成的气体等。 （5）电解水的微观过程为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，则顺序为①④②⑤③。 （6）在改进实验时，实验要更易于操作，有更高的准确性等。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！13 学科网（北京）股份有限公司 $$