考向4 水的组成与净化-【拔尖特训】2024-2025学年新教材九年级上册化学(沪教版2024)

104 考向四　水的组成与净化 ▶ “答案与解析”见P55 1. 水是生命之源。 Ⅰ. 探究水的组成实验。 (第1题甲) 电解水实验的简易装置如图甲 所示,b中 收 集 到 的 气 体 是 (填化学式);从该实验 得到关于水的组成的结论是 ;从 能量转化的角度看,该过程是将 能 转化为化学能。 Ⅱ. 水的净化。 化学兴趣小组同学收集了一瓶浑浊的河水, 模拟自来水厂净化水的过程,如图乙所示。 (第1题乙) (1) 自来水厂常用明矾作絮凝剂,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,氢氧化铝的化学式为 。 (2) 操作2是吸附,主要是除去液体C中的一 些异味和色素,可选用的物质是 。 (3) 操作3是消毒杀菌,该过程一般利用液 氯汽化后的氯气(双原子分子)与水反应生成 盐酸和次氯酸(HClO),该反应的化学方程式 为 。 (4) 将净化后的水加热煮沸,发现水壶内有 水垢(主要成分为碳酸钙)产生,则加热煮沸 除了杀菌消毒之外,还可以起到的作用是 。欲使净化后的水转化为 纯水,可采取的方法是 。 2. (2024·烟台期中)某化学兴趣小组以“生命 之源———水”为主题开展项目式学习。 答案讲解 [任务一] 认识水的蒸发。 (1) 如图所示为两杯等体积的水在 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 字母)。 [任务二] 探究水的电解。 (第2题) (2) 如图所示,在水电解器的玻 璃管中注满水,接通直流电源。 一段时间后,发现两电极附近的 现象是 。 [继续探究] 实验过程中,同学们 发现调节电压或在水中加入少量氢氧化钠溶 液都会改变电解速率。于是他们进行了多次 实验,将实验数据取平均值,记录如下。(保 持其他条件不变,每次实验收集10mL氧气) 氢氧化钠 溶液的浓度 时 间 6V 9V 12V 5% 26min26s12min14s 7min30s 10% 17min8s 9min26s 6min22s (3) 进行该实验的目的是 。 (4) 分析上表中的数据可得出结论: 、 。(写出两条) (5) 该实验采用的方法是收集相同体积的氧 气,比较反应时间的长短,你还可以采用的方 法是 。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 化学(沪教版)九年级上 105 3. (2024·苏州期中)阅读下列材料,回答相关 问题。 自古以来,人们认为水是组成世间万物 的一种元素,不可再分。 18世纪末,英国化学家普里斯特利将锌 (Zn)加入稀硫酸(H2SO4)中制得“可燃空 气”,将“可燃空气”与空气混合后点燃,发生 爆炸,发现容器内壁上出现了水雾。 1781年,英国化学家卡文迪什证实了普 里斯特利的发现,并用纯氧代替空气,证明试 管中生成的液体确实是水,还确认了2体积 “可燃空气”与1体积氧气恰好化合成水,得 出“水是一个结合物而不是简单元素”。 1785年,法国化学家拉瓦锡不仅跟踪了 该实验,还改进了实验,将水加热成水蒸气通 过灼热的铁管,一段时间后,在出口处收集到 一种可燃性气体。实验后称量发现水的质量 减少,铁管的质量增加,经研究证明铁转化为 固体物质四氧化三铁,装置示意图如图甲所 示。至此,水不是单一元素组成的物质,而是 由氢、氧两种元素组成的观点得到了化学界 公认。 (第3题甲) 1800年,英国化学家尼科尔森通过用伏 打电池在常温下对水进行通电分解,得到氢 气和氧气,再次确认了水的组成。 (1) 普里斯特利制得的“可燃空气”的成分是 (填化学式)。 (2) 卡文迪什用纯氧重复普里斯特利实验的 原因是 。 (3) 拉瓦锡改进实验中发生反应的化学方程 式为 。 (4) 在整个发现过程中,科学家利用了“分 合”思想证明了水的组成。下列实验中,属于 “分”思想的是 (多选,填字母)。 a. 氢气燃烧实验 b. 水通电实验 c. 铁管实验 (5) 某同学在实验室改进装置,模拟了尼科 尔森电解水实验,不同电极在相同条件下的 电解结果如表所示。(以气柱高度来表示电 解产生的气体体积,单位为mm) (第3题乙) 电 极 通电 时间 氢气 体积 氧气 体积 V(H2)∶ V(O2) 碳棒(长60mm, ϕ=5mm) 4'28″ 66 25 2.6∶1 镀 镍 回 形 针 (长 60mm,ϕ=0.8mm) 2'22″ 66 31 2.1∶1 铜 丝 (直 )(长 60mm,ϕ=2mm) 2'15″ 66 33 2∶1 铜丝(螺旋状)(长 60mm,ϕ=2mm) 2'00″ 66 33 2∶1 注:ϕ表示直径。 ① 用碳棒作电极时,氢气和氧气的体积比总 是大于2∶1的原因是 。 ② 由上述表格分析,选择螺旋状的铜丝作为 电极的理由是 (至少写两条)。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 期末压轴题特训 铜,称量,得出其质量不变;重复步骤⑥⑦,氧化铜仍然能 加快过氧化氢的分解。(4) 欲比较不同催化剂氧化铜和二 氧化锰对过氧化氢分解速率的影响,应该控制的变量为催 化剂的种类,其他条件都完全相同。 考向四　水的组成与净化 1. Ⅰ. O2 水是由氢元素和氧元素组成的 电 Ⅱ. (1) Al(OH)3 (2) 活性炭 (3) Cl2 +H2O􀪅􀪅 HCl+ HClO (4) 将 硬 水 转 化 为 软 水 蒸 馏 [解析] Ⅰ. 电解 水 反 应 的 化 学 方 程 式 为 2H2O 通电 􀪅􀪅 2H2↑+O2↑,生成的氢气和氧气的体积比为2∶1,故b 中的气体为氧气,化学式为O2。因为电解水生成了氢气和 氧气,并没有其他物质生成,所以证明水是由氢元素和氧 元素组成的。电解水的过程是将电能转化成了化学能。 Ⅱ. (1) 因为氢氧化铝中铝元素显+3价,氢氧根离子显 -1价,所以化学式为Al(OH)3。(2) 因为活性炭疏松多 孔,能够吸附异味和色素,所以可以选择活性炭。(3) 由题 意可知,氯气和水反应生成盐酸和次氯酸。(4) 将水煮沸 不仅可以消毒杀菌,还可以减少水中的可溶性钙、镁化合 物的含量,降低水的硬度。通过蒸馏可以得到净化程度较 高的水,故如果想要得到纯水,那么可以用蒸馏的方法。 2. (1) A (2) 均有气泡产生,左右两侧玻璃管中的液面 都有下降,正极玻璃管与负极玻璃管内收集的气体的体积 比约为1∶2 (3) 探究电压和氢氧化钠溶液的浓度对电解 水速率的影响 (4) 电压一定时,氢氧化钠溶液的浓度越 大,水电解的速率越快 氢氧化钠溶液的浓度一定时,电 压越大,水电解的速率越快(合理答案均可) (5) 在相同 反应时间内,比较收集氧气的体积多少(合理答案均可) [解析] (1) 温度越高,分子运动越剧烈,运动出来的水分 子越多,即空气中的水分子数目越多。相同情况下,A中 的分子数目少,说明温度较低,已知两杯水的水温分别是 20℃和50℃,则温度为20℃的水为A。(2) 电解水实验 中,一段时间后,发现两电极附近的现象是均有气泡产生, 左右两侧玻璃管中的液面都有下降,正极玻璃管与负极玻 璃管内收集的气体的体积比约为1∶2。(3) 该实验的目的 是探究电压和氢氧化钠溶液的浓度对电解水速率的影响。 (4) 由表中数据可知,当氢氧化钠溶液的浓度一定时,电压 越大,收集10mL氧气的时间越短,说明电解速率越快;当 电压一定时,氢氧化钠溶液的浓度越大,收集10mL氧气 的时间越短,说明电解速率越快。(5) 该实验采用的方法 是通过收集相同体积的氧气,比较反应时间的长短,还可 以采用的方法是在相同反应时间内,比较收集氧气的体积 多少。 3. (1) H2 (2) 防止空气中的其他成分干扰实验 (3) 3Fe+4H2O 高温 􀪅􀪅Fe3O4+4H2 (4) bc (5) ① 碳和 部分氧气发生了反应(或碳棒吸附一部分氧气) ② 反应 速率较快、产物没有损失(合理答案均可) [解析] (1) 由 题意可知,“可燃空气”在氧气中燃烧只生成水,故其为H2。 (3) 拉瓦锡改进实验中,铁和水蒸气在高温下发生反应生 成四氧化三铁和氢气。(5) ② 螺旋状的铜丝作电极有反 应速率快、产物无损失、结果准确等优点。 考向五　碳及其化合物 1. B [解析] 根据流程图可知,可循环利用的物质是二氧 化碳,A正确;虽然一氧化碳具有可燃性,但由于二氧化碳 一般不支持燃烧,所以不能用点燃的方法除去机动车尾气 中的一氧化碳,B错误;水生成氢气的过程中所用的催化剂 不一定是二氧化锰,C正确;二氧化碳与氢气在复合催化剂 的作用下的反应产物是液化石油气、汽油、甲醇等,属于混 合物,D正确。 2. D [解析] 一氧化碳有毒,直接排放到空气中会污染环 境,气球的作用是收集尾气,防止污染空气,A选项说法正 确。由于HCOOH 浓硫酸 △ 􀪅􀪅􀪅􀪅H2O+CO↑,所以应用该装置 可以随时制取一氧化碳,可现制现用,B选项说法正确。一 氧化碳具有还原性,在加热条件下,能与氧化铜反应生成 铜和二氧化碳,故此实验可观察到乙中黑色粉末变为红 色,丙中澄清石灰水变浑浊,C选项说法正确。实验时应先 挤压胶头滴管,生成一氧化碳,排尽装置内的空气后,再点 燃酒精灯,防止加热时发生爆炸,D选项说法错误。 3. Ⅰ. (1) 金刚石硬度大,而石墨比较软(合理答案均可) (2) 单质 Ⅱ. (1) 温室效应 (2) CO2+NaOH􀪅􀪅 NaHCO3 (3) ① 节约能源,有效缓解温室效应(合理答案 均可) ② CO2+3H2 一定条件 􀪅􀪅􀪅􀪅􀪅CH3OH+H2O (4) ① 催化作用 ② 2.75 [解析] Ⅰ. (1) 金刚石和石 墨的组成元素相同,碳原子的排列方式不同,导致它们的 物理性质存在很大差异,如金刚石硬度大,而石墨比较软 等。(2) 从石墨中分离出的单层石墨片(石墨烯)是由一种 元素 组 成 的 纯 净 物,所 以 单 层 石 墨 片 属 于 单 质。 Ⅱ. (1) CO2是温室气体,大气中CO2 的过度排放会造成 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 55