考向3 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(鲁教版2024)

94 考向三　水的组成与净化 ▶ “答案与解析”见P53 1. (2024·无锡宜兴期中)小明去水库附近进行 社会实践活动,用瓶装了一些水库里的水,带 回实验室,在老师的指导下,按下列流程进行 实验,制取蒸馏水。实验流程如图: (第1题) (1) 操作①的名称是 ,若经过操作 ①后,所得液体C仍然浑浊,其原因可能是 (多选,填字母)。 a. 漏斗内液面高于滤纸的边缘 b. 漏斗内的滤纸有破损 c. 漏斗末端未靠在烧杯内壁上 d. 未使用玻璃棒引流 (2) 在制得蒸馏水前一般会加入消毒剂。常 用的消毒剂高铁酸钠(Na2FeO4)集氧化、吸 附、凝聚、杀菌等功能于一体,目前被广泛应 用于自来水净化。 ① 高铁酸钠中铁元素的化合价为 。 ② 83g高铁酸钠中含钠元素的质量为 g。 答案讲解 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。 [任务一] 认识水的蒸发。 (1) 下面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 温度分别是20℃和50℃,则温度为20℃的 水是 (填字母)。 A. B. [任务二] 探究水的电解。 (2) 如图所示,在水电解器的玻璃管中注满 (第2题) 水,接通直流电源。一段时间后, 观察到的现象是 。 [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 氧化钠都会改变水电解的速率。 于是他们进行了多次实验,将实验数据取平 均值,记录不同条件下的反应时间如表所示。 (保持其他条件不变,每次实验收集10mL 氧气) 氢氧化钠 溶液浓度 电 压 6V 9V 12V 5% 26min26s12min14s7min30s 10% 17min8s9min26s6min22s (3) 该实验的目的是 。 (4) 分析上表数据,可得出的结论: 、 。(写 两条) (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,你还可以采用 的方法是 。 3. (2022·成都)根据如图所示的实验,回答下 列问题。 (第3题) 已知:锌与稀硫酸(H2SO4)反应生成硫酸锌 和氢气。 (1) 图甲所示实验中制取氢气的化学方程式 为 。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 化学(鲁教版)九年级上 95 (2) 若要收集干燥的氢气,则应采用 (填收集方法)收集。 (3) 图乙所示实验点燃氢气前,需 。 点燃后,烧杯内壁上出现水雾,说明水是由 组成的。 (4) 图丙所示实验测得V(a)∶V(b)=1∶2, 要确定水分子中氢、氧原子个数比,还需要的 数据有 (多选,填字母)。 A. 水的相对分子质量 B. 氢气、氧气的密度 C. 氢原子、氧原子的质量 4. (2024·苏州期中)阅读下面材料,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世纪中叶,英国化学家普里斯特利将 锌(Zn)加入稀硫酸(H2SO4)中制得“易燃空 气”,将“易燃空气”与空气混合点燃,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 “易燃空气”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 减小,铁管的质量增大,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4题甲) 1800年,英国化学家尼科尔森通过伏打 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“易燃空气”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 (第4题乙) (5) 某同学在实验室改进装置,模 拟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,ϕ 表示直径) 电 极 电解 时间 氢气 体积 氧气 体积 V(H2)∶ V(O2) 碳棒(长60mm, ϕ5mm) 4'28″ 66 25 2.6∶1 镀镍 回 形 针 (长 60mm,ϕ0.8mm) 2'22″ 66 31 2.1∶1 铜 丝 (直 )(长 60mm,ϕ2mm) 2'15″ 66 33 2∶1 铜丝(螺旋状)(长 60mm,ϕ2mm) 2'00″ 66 33 2∶1 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 (2) ① C2H5OH+3O2 点燃 􀪅􀪅2CO2+3H2O ② 取少量甲 醇于蒸发皿(或燃烧匙、坩埚等),点燃,将用澄清石灰水润 湿内壁的烧杯罩在火焰上方 澄清石灰水变浑浊 (3) ABC [解析] (3) 甲烷中碳元素的质量分数为12 16× 100%=75%;A中氢气中不含碳元素,一氧化碳中碳元素 的质量分数为12 28×100%≈42.9% ;B中氢气中不含碳元 素,C2H2 中碳元素的质量分数为 24 26×100%≈92.3% ; C中一氧化碳中碳元素的质量分数为1228×100%≈42.9% , C2H4中碳元素的质量分数为 24 28×100%≈85.7% ;D中 C2H2 中 碳 元 素 的 质 量 分 数 为 24 26×100% ≈92.3% , C2H4中碳元素的质量分数为 24 28×100%≈85.7% 。因为 混合气体中碳元素的质量分数为70%,而甲烷中碳元素的 质量分数大于70%,所以另两种气体中一定要有碳元素的 质量分数小于70%或不含碳元素的物质才能使混合气体 中碳元素的质量分数为70%,故ABC符合要求。 7. (1) 0.28g (2) 39.8% (3) 2 [解析] (1) 该牛奶包 装标签上每100mL含钙≥0.11g,则一盒牛奶含钙至少为 0.11g 100mL×250mL≈0.28g 。(2) 羟基磷酸钙中钙元素的质 量分数为 40×10 40×10+(31+16×4)×6+(16+1)×2×100%≈ 39.8%。(3) 人体每天至少需要来自这种牛奶中的钙元素 的质量为0.6g×90%=0.54g,所以需要喝这种牛奶的盒 数为0.54g 0.28g ≈2。 考向三　水的组成与净化 1. (1) 过滤 ab (2) ① +6 ② 23 [解析] (1) 操作① 是将固体与液体分离,为过滤操作,若经过过滤操作后,所 得液体C仍然浑浊,可能的原因有过滤时漏斗内液面高于 滤纸的边缘或漏斗内的滤纸有破损等。(2) ① 设高铁酸 钠中铁元素的化合价为x,则(+1)×2+x+(-2)×4=0, 解得x=+6。② 83g高铁酸钠中含钠元素的质量为 83g× 23×2166 ×100% =23g。 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,a管与b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 率越大 氢氧化钠溶液的浓度一定时,电压越大,水电解 的速率越大(合理答案均可) (5) 在相同反应时间内,比 较收集到的氧气的体积(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,图A中运动出来的水分子数目少于 图B中的,已知两杯水的温度分别是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,a管与b管内收集的气体的体积比约为1∶2。 (3) 实验过程中,同学们发现调节电压或在水中加入少量 氢氧化钠都会改变水电解的速率,该实验探究了两种氢氧 化钠溶液的浓度和三种电压对电解水速率的影响,则该实 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氧气所需的时间越短,说明 电解速率越大;当电压一定时,氢氧化钠溶液的浓度越大, 收集10mL氧气所需的时间越短,说明电解速率越大。 (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, 比较收集到的氧气的体积。 3. (1) Zn+H2SO4􀪅􀪅ZnSO4+H2↑ (2) 向下排空气 法 (3) 验纯 氢元素和氧元素 (4) BC [解析] (1) 图 甲所示实验中,锌粒和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气,反 应的化学方程式为 Zn+H2SO4 􀪅􀪅ZnSO4+H2↑。 (2) 氢气的密度比空气小,且难溶于水,可用排水法或向下 排空气法收集,若要收集干燥的氢气,则应采用向下排空 气法。(3) 图乙所示实验点燃氢气前,需检验其纯度,以防 点燃时发生爆炸;氢气是由氢元素组成的,氧气是由氧元 素组成的,点燃后,烧杯内壁上出现水雾,说明水是由氢元 素与氧元素组成的。(4) 图丙所示实验测得V(a)∶ V(b)=1∶2,要确定水分子中氢、氧原子个数比,还需要的 数据有氢气、氧气的密度以及氢原子、氧原子的质量。 4. (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等合理答案 均可) ② 反应速率较快且产物没有损失(合理答案均 可) [解析] (1) 由题意可知,“易燃空气”在氧气中燃烧 只生成水,故其为H2。(3) 拉瓦锡改进实验中,铁和水在 高温下发生反应生成四氧化三铁和氢气,反应的化学方程 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 35 式为3Fe+4H2O 高温 􀪅􀪅Fe3O4+4H2。(5) ② 螺旋状的铜丝 作电极有反应速率快、产物无损失等优点。 考向四　溶　液 1. B [解析] 3只烧杯中的氢氧化钠固体均完全溶解,所 以氢氧化钠溶于水可以形成溶液,A说法正确;氢氧化钠 在水中不能无限溶解,加入氢氧化钠固体到一定程度后, 固体不再溶解,溶液温度不再升高,B说法错误;由图像可 知,相同条件下,溶解的NaOH固体越多,放出的热量越 多,C说法正确;相同条件下,溶解的NaOH固体越多,溶 液浓度越大,D说法正确。 2. A [解析] 由第二组、第三组和第四组的实验可知, 20℃时,50g 水中最多能溶解氯化钠18g,此时溶液达到 饱和状态,A错误;由题表可知,第一组实验中50g水中只 溶解了15g 氯化钠,故其为不饱和溶液,B正确;第二组实 验所得溶液中溶质与溶剂的质量比为18g∶50g =9∶25, C正确;第三组和第四组实验最终所得溶液中含有相同质 量的溶质和溶剂,因此它们的溶质质量分数相等,D正确。 3. C [解析] 需称量的氯化钠的质量为7.5g,会用到游 码,若②中的砝码和氯化钠的位置放反,会使得称量氯化 钠的质量偏小,溶液的溶质质量分数会偏小,A错误;若③ 中烧杯内壁有水珠,会使得水的量偏多,溶液的溶质质量 分数会偏小,B错误;若④中量取水时俯视读数,会使得量 取水的量偏少,溶液的溶质质量分数会偏大,C正确;因为 溶液是均一、稳定的,将配好的溶液装瓶时,有少量溶液溅 出,对溶液的溶质质量分数无影响,D错误。 4. (1) ① 4∶21 ② 偏大 (2) ① 不饱和 ② 丁= 丙>乙>甲 [解析] (1) ① 100g溶质质量分数为16%的 氯化钠溶液中氯化钠的质量为100g×16%=16g,水的质 量为100g-16g=84g,溶质与溶剂的质量比为4∶21。 ② 若称取氯化钠固体时所用砝码生锈,会使称取的氯化钠 固体偏多,则所配溶液的溶质质量分数会偏大。(2) ① 甲 中溶液蒸发10g水,乙中无固体析出,说明甲中溶液是不 饱和溶液;乙中溶液再蒸发10g水,丙中析出固体1g,说 明丙中溶液是饱和溶液,乙中溶液可能恰好是饱和溶液, 也可能是不饱和溶液;丙中溶液再蒸发10g水,丁中共析 出固体2.5g,说明丁中溶液是饱和溶液,且每10g水可溶 解2.5g-1g=1.5g固体,据此可推断出乙为不饱和溶 液。② 题图中操作在恒温条件下进行,饱和溶液的溶质质 量分数相同,故甲、乙、丙、丁中溶液的溶质质量分数由大 到小的顺序为丁=丙>乙>甲。 5. (1) 4.5 (2) D (3) 胶头滴管 40 [解析] (1) 配制 一瓶500g溶质质量分数为0.9%的氯化钠溶液,需氯化钠 固体的质量为500g×0.9%=4.5g。(2) 称取氯化钠时, 将取出的过量氯化钠固体放回原瓶,易使瓶内氯化钠受到 污染,应放到指定容器内,故A错误;溶解氯化钠时用玻璃 棒搅拌,目的是加快氯化钠的溶解,故B错误;称取氯化钠 时,在天平两边托盘上各放一张质量相等的纸,目的是防 止托盘被腐蚀,故C错误;量取所需水时,为准确读数,视 线应与量筒内液体凹液面的最低处保持水平,故D正确。 (3) 实验室若用溶质质量分数为15%的氯化钠溶液配制溶 质质量分数为5%的氯化钠溶液60g,需要用到的玻璃仪 器有烧杯、玻璃棒、量筒和胶头滴管;设需要15%的氯化钠 溶液的质量为x,根据稀释前后溶液中溶质质量不变,则 x×15%=60g×5%,解得x=20g,需要加水的质量为 60g-20g=40g。 6. [实验结论] (1) 降低 (2) 升高 [拓展实验] 低于 [反思交流] (1) < = (2) 烧杯中出现固体物质,说明 溶液达到饱和状态,再继续加入相同质量的物质b,不再溶 解放热 [解析] [实验结论] (1) 若加入物质a后,发现玻 璃片与烧杯底部之间的水结冰,说明溶液的温度降低。 (2) 若加入物质b后,热水会突然沸腾,说明溶液的温度升 高。[拓展实验] 若物质c为NaOH,氢氧化钠溶于水放 热,装置内的气压增大,则U形管内的左边液面将低于右 边液面。[反思交流] (1) 若 Q吸<Q放,则溶液温度升高; 若Q吸=Q放,则溶液温度不变。(2) 题图乙中,继续向热水 中加入相同质量的物质b,又看到沸腾现象,烧杯中出现固 体物质后,说明此时溶液达到饱和状态,再继续加入相同 质量的物质b,不再溶解放热,因此看不到沸腾现象。 考向五　空气的组成及氧气的性质 1. A [解析] 用题图所示装置制备气体,当打开弹簧夹 时,放在多孔塑料板上的固体和液体接触,反应发生;当关 闭弹簧夹时,试管内的气体排不出去,压强增大,就会把液 体向下压回长颈漏斗中,使固体和液体脱离接触,反应停 止。所以该装置能随时控制反应的发生与停止。选择试剂 时,固体是块状的才能放到多孔塑料板上,不能是粉末状 的。① 用硫酸铜粉末与双氧水混合制备O2,硫酸铜粉末 不能放到多孔塑料板上,不符合题意。② 用锌粒与稀硫酸 混合制备H2,锌粒能放到多孔塑料板上,符合题意。③ 用 高锰酸钾固体制备O2,需要用固体加热型装置,该装置不 符合要求。④ 用块状碳酸钙与稀盐酸混合制备CO2,块状 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 45