课题2 水的组成（5大题型专项训练）化学人教版2024九年级上册

课题2 水的组成 题型01 氢气的性质 题型02 氢气纯度的检验与氢气燃烧实验 题型03 电解水实验 题型04 水分子的分解示意图 题型05 化合物、氧化物与单质的判断 题型01 氢气的性质 1.物理性质 颜色 气味 状态 密度 溶解性 气体 相同条件密度最 的气体 溶于水 2.氢气的用途 性质 用途 密度最小的气体 填充气球 燃烧放出大量的热 ①作高能燃料②作为新能源 还原性 ①冶炼金属②作保护器③制高纯硅 和多种物质反应 作化工原料，如制氨气、氯化氢等气体 【典例1】氢气区别于其他气体，最显著的性质特点是 A．密度最小 B．难溶于水 C．点燃前需验纯 D．燃烧时为蓝色火焰 【变式1-1】实验室收集氢气()能用排水法、向下排空气法等方法收集，由此推知氢气()可能具有的性质是 ①易溶于水  ②难溶于水  ③密度比空气大  ④密度比空气小  ⑤密度与空气接近  ⑥常温下可与空气中某些成分反应  ⑦常温下不与空气中的成分反应 A．①③⑥ B．①④⑦ C．②④⑦ D．①⑤⑦ 【变式1-2】下列物质的用途中，主要利用其物理性质的是 A．液氮用作制冷剂 B．氧气用于抢救病人 C．氮气用来作保护气 D．氢气可作燃料 【变式1-3】下列关于氢气的说法错误的是 A．氢气的密度小，所以有时可以用氢气填充探空气球 B．氢气具有可燃性，可以作燃料 C．点燃氢气时一定会发生爆炸 D．氢气无色、无味、难溶于水 题型02 氢气纯度的检验与氢气燃烧实验 1.化学性质——可燃性 实验操作 文字表达式 （H2） （O2） （H2O） 2.检验氢气纯度的方法 【典例2】如图所示为氢气燃烧的实验。下列说法不正确的是 A．点燃氢气前需要检验其纯度 B．氢气在空气中燃烧产生蓝紫色火焰 C．实验中烧杯内壁有无色液滴产生 D．实验中发生的变化属于化合反应 【变式2-1】下列实验操作正确的是 A．检验氢气纯度 B．检查装置气密性 C．氧气验满 D．过滤 【变式2-2】1766年，英国化学家卡文迪什用金属铁和稀硫酸作用制得“可燃空气”，即氢气。氢气燃烧时发出火焰颜色为 A．淡蓝色 B．紫色 C．黄色 D．绿色 【变式2-3】在收集氢气、检验氢气纯度的实验操作中，不正确的是（　　） A．用排水法收集一试管气体 B．用拇指堵住试管口，管口向上，靠近火焰，移开拇指点火 C．如果听到的声音很小，表示气体较纯 D．如果听到尖锐的爆鸣声，可直接用排水法收集一试管氢气，再进行检验 题型03 电解水实验 1.探究水的组成及变化 实验仪器 电解器与直流电源等 实验装置 实验步骤 在电解器玻璃管里加满水，接通直流电源，观察并记录两个电极附近和玻璃管内发生的现象 实验现象 通电后，两个玻璃管内液面均 ，两个电极附近均有 ，与电源正极相连的玻璃管内液面下降较 ，与电源负极相连的玻璃管内液面下降较 ，一段时间后正、负极玻璃管内产生气体的体积比约为 气体检验 切断上述装置中的电源，用燃着的木条分别在两个玻璃管尖嘴口检验电解反应中产生的气体，①放在正极端玻璃管尖嘴口处的木条燃烧更旺，说明该玻璃管内收集的气体是 ；②放在负极端玻璃管尖嘴口处的木条将管内气体点燃，气体燃烧时产生 ，说明该玻璃管内收集的气体是 文字表达式 实验分析 水在通电后发生了化学变化，生成了氢气和氧气。氢气是由氢元素组成的，氧气是由氧元素组成的，根据化学反应前后元素种类不变，可以推断水是由氢、氧两种元素组成的 实验结论 ① ； ② 。 ①电解水实验所用电源是 电源，不是交流电源；水电解反应的条件是“ ”不是“电解”。 ②电解水实验产生氢气和氧气的 约为2:1,质量比约为 。 ③为了增强水的导电性，实验时可向水中添加少量 或 。 ④若实验中产生的氧气和氢气的体积比小于1:2，可能的原因之一是 。 【典例3】某化学兴趣小组在实验室里进行电解水实验。 如图所示，在电解器玻璃管里加满水（水中加入少量氢氧化钠），接通直流电源，一段时间后断开电源。用燃着的木条分别在两个玻璃管尖嘴口检验电解反应中产生的气体。   （1）打开管a活塞，观察到 。 （2）该实验说明水是由 组成的。 【提出问题】理论上电解水生成氢气与氧气的体积比为2:1，实际测定结果却往往大于2:1．管b这是为什么? 【查阅资料】常温常压下，1L水中最多能溶解约氧气、氢气。 【探究实验】分别选用不同的电极材料进行电解水实验，3分钟后记录实验数据如下表： 电极材料 铜丝 铁丝 保险丝 电阻丝 氢气与氧气的体积比 7.7:3.3 6.5:3.2 6.9:2.9 7.3:3.4 【实验分析】 （3）下列关于电解水实验的说法中，正确的是___________（填字母）。 A．水中加入少量氢氧化钠以增强导电性 B．铜丝作为电极时，测得的氢气与氧气的体积比最接近2:1 C．选用不同的电极材料进行实验，可能影响测得的气体体积比 D．氢气与氧气在水中溶解能力不同，可能影响测得的气体体积比 【变式3-1】人类对水的组成的研究经历了漫长的历史，使用了多种研究方法。 方法一：卡文迪什在密闭容器中将氢气和氧气点燃生成小液滴，确认所得液滴是水。 （1）写出该反应的表达式 。后续科学家推测出水是由 元素组成的。 方法二：水通电分解，如图。 【实验过程】 电解器内装满水。 （2）通电发生反应。打开电源开关后，观察到电极有气泡产生，与电源 (填“正”或“负”)极相连的电极产生气泡速率较快，a、b两管内的液面 (填“上升”或“下降”)。 实验中测得生成气体体积如下表(通电一段时间后先排尽管内气体，再重新记录数据)。 时间 a管气体体积 b管气体体积 2 6.2 3.1 4 12.2 6.1 6 18.2 9.1 （3）检验产生气体。分别用燃着的木条放在a管和b管的尖嘴口，打开活塞，可以观察到a管口气体燃烧，产生淡蓝色火焰，说明该气体是 。同时也验证了另一种气体。 【实验结论】 （4）水电解后产生氢气和氧气的体积比约为 ，结合相关知识可以推算出氢，氧原子的个数比，进而推断出水的组成。 （5）通过氢气燃烧和电解水实验得出水的组成的理论依据都是 。两种推理方法不同：一种方法是通过发生 (填“化合”或“分解”)反应，由分析反应物的组成确定生成物的组成；另一种方法是通过发生 (填“化合”或“分解”)反应，由分析生成物的组成确定反应物的组成。 【变式3-2】某化学探究小组利用如图所示装置来验证水的组成。 【实验步骤】 ①用大注射器抽取定量的2%的氢氧化钠溶液，从A中的大圆孔注入； ②用两个橡胶帽塞住右边两个出气口，用带针头的小注射器分别在出气口1和2处抽气，液面上升，直至水充满正负两极； ③接通电源待C中气体体积达到最大刻度时，关闭电源；仔细观察实验装置中的现象； ④分别用带针头的注射器抽取气体并检验。 [交流与反思] （1）步骤①中在水中加入氢氧化钠的作用是 ，该实验使用的是 电源。 （2）步骤②的目的是 。 （3）通电后图中的现象有：A中液面 (填“上升”、“下降”或“不变”)。 （4）电解水的文字表达式 。若实验过程中，C中得到200mL气体，则B中得到的气体质量为 g[在实验条件下，ρ(H2)=0.09g/L，ρ(O2)=1.43g/L]。 （5）理论上电解水得到氧气和氢气的体积比为1：2；某同学用碳棒作电极进行电解水水实验，得到氧气和氢气的体积比小于1：2，对产生此现象原因的猜想合理的一项是___________。 A．部分氧气溶于水 B．部分氧气与氢气反应重新生成了水 C．部分氧气与碳棒反应 D．部分氧气被碳棒吸附 （6）实验结论：水是由 组成。 【变式3-3】人类的日常生活和工农业生产离不开水。某化学兴趣小组对水的组成展开了项目式学习。    【活动一】用燃烧法探究水的组成 （1）在带尖嘴的导管口点燃纯净的氢气(如图1所示)，观察到火焰呈 色，然后在火焰上方罩一个冷而干燥的小烧杯，过一会儿，观察到烧杯内壁有 且烧杯外壁发热。 【活动二】用电解法探究水的组成 该兴趣小组利用如图2所示的装置进行电解水实验，先在电解器玻璃管里加满水(含少量氢氧化钠)，再接通直流电源。 【查阅资料】水中加入的氢氧化钠只起增强导电性作用，本身不参与反应。 （2）电解后，若b玻璃管中产生3mL气体，则a玻璃管中产生的气体约为 mL。 （3）切断电源后，用燃着的木条在b玻璃管尖嘴口检验产生的气体，观察到的现象是 。 （4）写出电解水反应的文字表达式为 。 【实验结论】 （5）由上述两个实验都能得到的实验结论是 。 【活动三】探究影响电解水速率的因素 （6）电解纯水速率较慢。为探究不同电压和不同浓度氢氧化钠溶液对电解水速率的影响，该兴趣小组进行了多次实验，测得产生20mL氢气所需时间如图3所示。 ①电解浓度为5%氢氧化钠溶液时，改变电压对电解水速率的影响是 。 ②上述实验中，电解水速率最快的条件是 。 ③除了上述因素外，你认为还有哪些因素会影响电解水的速率 (写1点即可)。 题型04 水分子的分解示意图 1.电解水反应的微观解释 （1）根据精确的实验测定，每个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的，因此水可以表示为H2O。 （2）当水分子分解时，生成了氢原子和氧原子，2个氢原子结合成1个氢分子，很多氢分子聚集成氢气；2个氧原子结合成1个氧分子，很多氧分子聚集成氧气。水分子分解示意图如图所示： 水分子分解示意图说明： ①水是由氢、氧两种元素组成的； ②化学变化的实质是 ； ③分子由 构成； ④化学反应前后元素 不变，原子 和 不变。 【典例4】化学既要从宏观层面研究物质，又要从微观层面探析本质。请根据图示回答问题。 （1）宏观角度辨识水的组成 在电解水实验中，两个电极上都会产生气泡。如图所示，正、负极产生气体的体积比约为 ，实际结果偏小，原因可能是 。 （2）微观角度探析水的分解 由上图可知，该反应的化学方程式为 。反应过程中没有发生了变化的微粒是 。根据水电解的示意图可知，水由 组成。 【变式4-1】化学兴趣小组以水为主题开展了项目式学习。 活动一：了解自来水的生成过程 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，并回到实验室进行自来水生产过程的模拟实验(如下图1)： （1）进行图2过滤操作时，下列说法错误的是___________(填字母)。 A．玻璃棒靠在三层滤纸的一边 B．滤纸边缘低于漏斗边缘 C．为加快过滤速度，用玻璃棒搅拌漏斗内水样 D．液面高于滤纸边缘 （2）加入活性炭的作用是 。 活动二：探究水的组成 Ⅰ．宏观辨识  同学们用如图3装置进行电解水实验。一段时间后，两个玻璃管内均收集到气体。 （3）用燃着的木条检验两个玻璃管中的气体，b管现象是 。 （4）某实验小组还研究影响电解水反应速率的因素，实验结果记录如表： 实验编号 电压(V) 温度(℃) NaOH溶液浓度 H2体积(mL) O2体积(mL) 时间(s) A 6 15 2% 20 9.8 54.0 B 6 15 5% 20 9.8 36.2 C 6 30 2% 20 9.6 46.2 D 6 30 5% 20 9.7 t ①由此得出影响电解水反应速率的因素是氢氧化钠溶液浓度和 。 ②根据对实验A、B、C数据的分析，实验D的时间t最有可能是 。 A．35.4    B．37.8    C．50.2    D．55.6 Ⅱ．微观探析 （5）水电解的过程可用下图表示，微粒运动变化的先后顺序正确的是___________(填字母序号)。 A．①②③④⑤ B．④①③②⑤ C．①②⑤③ D．①④③② Ⅲ．符号表征 （6）电解水的符号表达式 。 【变式4-2】如图是电解水实验装置。 （1）实验前向水中加入少量硫酸钠溶液或氢氧化钠溶液的作用是 。 （2）若用燃着的木条验证b试管中产生的气体，发现木条燃烧得更旺，由此得出关于水的组成的推论是 。 （3）请在框内补全电解水反应的微观示意图。 【变式4-3】在广州南沙电氢智慧能源站，7个储存氢气的固态储氢装置是我国首次将光伏发电制成固态氢能应用于电力系统，“绿电”与“绿氢”转化的示意图如下图所示。 （1）写出电解水制氢气的化学反应方程式： ，该反应属于 (填基本反应类型)。 （2）固态合金储氢装置中释放出的氢气，被高压加注到新能源汽车中。高压加注压缩过程中发生的改变是 (从微观角度解释)。 （3）合金Mg2Cu是一种潜在的贮氢材料，高温时在氩气保护下，由一定质量比的Mg、Cu单质熔炼获得。熔炼制备Mg2Cu合金时，通入氩气的目的是 。 （4）Mg2Cu合金在350℃时，在氢气保护下完全吸收氢气生成MgH2和MgCu2，其化学反应方程式为 氢化镁中镁元素为+2价，则氢化镁中氢元素的化合价为 。 题型05 化合物、氧化物与单质的判断 【典例5】下列各组物质，按单质、化合物、混合物顺序排列的是 A．氢气、二氧化硫、冰水共存物 B．金刚石、二氧化碳、蒸馏水 C．液态氧、氯化钠、清洁空气 D．氦气、氧气、海水 【变式5-1】借助模型可以更好地认识物质。下列模型(图中不同小球代表不同原子)能表示单质的是 A．B． C． D． 【变式5-2】下列日常生活中的各组物质，前者属于混合物，后者属于单质的是 A．氯化钠、铁 B．空气、水 C．矿泉水、氢气 D．冰水混合物、臭氧 【变式5-3】用下列物质填空：①镁条；②“农夫山泉”矿泉水；③冰水混合物； ④稀有气体；⑤洁净的空气；⑥高锰酸钾；⑦氯化钾；⑧四氧化三铁；⑨液氧。 （1）属混合物的是(填序号，下同)： 。 （2）属于氧化物的是： 。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 课题2 水的组成 题型01 氢气的性质 题型02 氢气纯度的检验与氢气燃烧实验 题型03 电解水实验 题型04 水分子的分解示意图 题型05 化合物、氧化物与单质的判断 题型01 氢气的性质 1.物理性质 颜色 气味 状态 密度 溶解性 无色 无味 气体 相同条件密度最小的气体 难溶于水 2.氢气的用途 性质 用途 密度最小的气体 填充气球 燃烧放出大量的热 ①作高能燃料②作为新能源 还原性 ①冶炼金属②作保护器③制高纯硅 和多种物质反应 作化工原料，如制氨气、氯化氢等气体 【典例1】氢气区别于其他气体，最显著的性质特点是 A．密度最小 B．难溶于水 C．点燃前需验纯 D．燃烧时为蓝色火焰 【答案】A 【解析】A、气体中氢气的密度最小，明显小于其它气体，故选项正确； B、难溶于水的气体很多，例如氮气、一氧化碳、稀有气体等，故选项错误； C、点燃前需验纯的气体很多，例如一氧化碳、甲烷等，故选项错误； D、燃烧时为蓝色火焰的气体很多，例如甲烷等，故选项错误； 故选：A。 【变式1-1】实验室收集氢气()能用排水法、向下排空气法等方法收集，由此推知氢气()可能具有的性质是 ①易溶于水  ②难溶于水  ③密度比空气大  ④密度比空气小  ⑤密度与空气接近  ⑥常温下可与空气中某些成分反应  ⑦常温下不与空气中的成分反应 A．①③⑥ B．①④⑦ C．②④⑦ D．①⑤⑦ 【答案】C 【解析】氢气可用排水法收集，说明氢气难溶于水，且与水不反应；氢气可用向下排空气法收集，说明氢气密度比空气小，且常温下不与空气中的成分反应。故氢气可能具有的性质是②④⑦。 【变式1-2】下列物质的用途中，主要利用其物理性质的是 A．液氮用作制冷剂 B．氧气用于抢救病人 C．氮气用来作保护气 D．氢气可作燃料 【答案】A 【解析】A、液氮用作制冷剂，是利用液氮汽化时吸收大量的热，使周围温度降低，此过程没有新物质生成，利用的是液氮的物理性质，该选项正确； B、氧气用于抢救病人，是利用氧气能供给呼吸的化学性质，呼吸过程中发生了复杂的氧化反应，有新物质生成，该选项错误； C、氮气用来作保护气，是利用氮气化学性质不活泼，一般不易与其他物质发生化学反应，属于化学性质，该选项错误； D、氢气可作燃料，是利用氢气的可燃性，氢气燃烧生成水，有新物质生成，属于化学性质，该选项错误。 故选A。 【变式1-3】下列关于氢气的说法错误的是 A．氢气的密度小，所以有时可以用氢气填充探空气球 B．氢气具有可燃性，可以作燃料 C．点燃氢气时一定会发生爆炸 D．氢气无色、无味、难溶于水 【答案】C 【解析】A、氢气的密度比空气小，可用氢气填充探空气球，说法正确，不符合题意； B、氢气具有可燃性，可用作燃料，说法正确， 不符合题意； C、纯净的氢气在氧气中可以安静地燃烧，只有不纯的氢气点燃时才可能发生爆炸，说法错误，符合题意； D、氢气无色、无味、难溶于水，说法正确，不符合题意。 故选：C。 题型02 氢气纯度的检验与氢气燃烧实验 1.化学性质——可燃性 实验操作 文字表达式 氢气 + 氧气水 （H2） （O2） （H2O） 2.检验氢气纯度的方法 【典例2】如图所示为氢气燃烧的实验。下列说法不正确的是 A．点燃氢气前需要检验其纯度 B．氢气在空气中燃烧产生蓝紫色火焰 C．实验中烧杯内壁有无色液滴产生 D．实验中发生的变化属于化合反应 【答案】B 【解析】A、氢气是可燃性气体，混有一定量的空气或氧气时，遇明火可能会发生爆炸，所以点燃氢气前需要检验其纯度，故选项说法正确；   B、氢气在空气中燃烧产生淡蓝色火焰，而不是蓝紫色火焰，故选项说法错误； C、氢气燃烧生成水，所以实验中烧杯内壁有无色液滴产生，故选项说法正确；   D 、氢气和氧气在点燃的条件下生成水，该反应符合“多变一”的特征，属于化合反应，故选项说法正确； 故选：B。 【变式2-1】下列实验操作正确的是 A．检验氢气纯度 B．检查装置气密性 C．氧气验满 D．过滤 【答案】B 【解析】A、氢气的验纯：收集一试管氢气，用拇指堵住试管口，管口朝下靠近酒精灯火焰，移开拇指，发出尖锐的爆鸣声表明氢气不纯，声音很小表示氢气较纯，图示操作错误，不符合题意； B、检查装置气密性的方法：将导管末端浸入水中，用手握住试管外壁，观察到导管口有气泡冒出，说明该装置气密性良好，图示操作正确，符合题意； C、氧气的验满：将带火星的木条放在集气瓶口，木条复燃，说明氧气已收集满，图示操作错误，不符合题意； D、过滤时要注意“一贴、二低、三靠”，图中缺少玻璃棒引流，图示操作错误，不符合题意。 故选：B。 【变式2-2】1766年，英国化学家卡文迪什用金属铁和稀硫酸作用制得“可燃空气”，即氢气。氢气燃烧时发出火焰颜色为 A．淡蓝色 B．紫色 C．黄色 D．绿色 【答案】A 【解析】氢气具有可燃性，氢气燃烧时发出火焰颜色为淡蓝色； 故选A。 【变式2-3】在收集氢气、检验氢气纯度的实验操作中，不正确的是（　　） A．用排水法收集一试管气体 B．用拇指堵住试管口，管口向上，靠近火焰，移开拇指点火 C．如果听到的声音很小，表示气体较纯 D．如果听到尖锐的爆鸣声，可直接用排水法收集一试管氢气，再进行检验 【答案】B 【解析】A、氢气难溶于水，可用排水法收集一试管气体，此选项正确； B、由于氢气的密度比空气的小，用拇指堵住试管口，管口向下，靠近火焰，移开拇指点火，此选项错误； C、如果听到的声音很小，表示气体较纯，此选项正确； D、如果听到尖锐的爆鸣声，说明氢气不纯净，可直接用排水法收集一试管氢气，再进行检验，直到听到很小的响声，才表明氢气已经纯净，此选项正确。 故选B。 题型03 电解水实验 1.探究水的组成及变化 实验仪器 电解器与直流电源等 实验装置 实验步骤 在电解器玻璃管里加满水，接通直流电源，观察并记录两个电极附近和玻璃管内发生的现象 实验现象 通电后，两个玻璃管内液面均下降，两个电极附近均有无色气泡产生，与电源正极相连的玻璃管内液面下降较慢，与电源负极相连的玻璃管内液面下降较快，一段时间后正、负极玻璃管内产生气体的体积比约为1:2 气体检验 切断上述装置中的电源，用燃着的木条分别在两个玻璃管尖嘴口检验电解反应中产生的气体，①放在正极端玻璃管尖嘴口处的木条燃烧更旺，说明该玻璃管内收集的气体是氧气；②放在负极端玻璃管尖嘴口处的木条将管内气体点燃，气体燃烧时产生淡蓝色火焰，说明该玻璃管内收集的气体是氢气 文字表达式 水氢气+氧气 实验分析 水在通电后发生了化学变化，生成了氢气和氧气。氢气是由氢元素组成的，氧气是由氧元素组成的，根据化学反应前后元素种类不变，可以推断水是由氢、氧两种元素组成的 实验结论 ①水在通电条件下发生分解反应，生成氢气和氧气； ②水是由氢、氧两种元素组成的。 ①电解水实验所用电源是直流电源，不是交流电源；水电解反应的条件是“通电”不是“电解”。 ②电解水实验产生氢气和氧气的体积比约为2:1,质量比约为1:8。 ③为了增强水的导电性，实验时可向水中添加少量硫酸钠或氢氧化钠。 ④若实验中产生的氧气和氢气的体积比小于1:2，可能的原因之一是氧气在水中溶解的量比氢气大。 【典例3】某化学兴趣小组在实验室里进行电解水实验。 如图所示，在电解器玻璃管里加满水（水中加入少量氢氧化钠），接通直流电源，一段时间后断开电源。用燃着的木条分别在两个玻璃管尖嘴口检验电解反应中产生的气体。   （1）打开管a活塞，观察到 。 （2）该实验说明水是由 组成的。 【提出问题】理论上电解水生成氢气与氧气的体积比为2:1，实际测定结果却往往大于2:1．管b这是为什么? 【查阅资料】常温常压下，1L水中最多能溶解约氧气、氢气。 【探究实验】分别选用不同的电极材料进行电解水实验，3分钟后记录实验数据如下表： 电极材料 铜丝 铁丝 保险丝 电阻丝 氢气与氧气的体积比 7.7:3.3 6.5:3.2 6.9:2.9 7.3:3.4 【实验分析】 （3）下列关于电解水实验的说法中，正确的是___________（填字母）。 A．水中加入少量氢氧化钠以增强导电性 B．铜丝作为电极时，测得的氢气与氧气的体积比最接近2:1 C．选用不同的电极材料进行实验，可能影响测得的气体体积比 D．氢气与氧气在水中溶解能力不同，可能影响测得的气体体积比 【答案】（1）木条燃烧更剧烈 （2）氢元素、氧元素 （3）ACD 【解析】（1）管a连接电源正极，电解水时正极产生氧气，氧气具有助燃性，所以打开管a活塞，观察到木条燃烧更剧烈； （2）电解水生成氢气和氧气，根据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，所以该实验说明水是由氢元素、氧元素组成的； （3）A、水中加入少量氢氧化钠以增强导电性，这是正确的，因为氢氧化钠在水中电离出自由移动的离子，从而增强水的导电性，A正确； B、从表格数据可知，铁丝作为电极时，测得的氢气与氧气的体积比最接近2:1，而不是铜丝，B不正确； C、选用不同的电极材料进行实验，从表格数据中可以看出，不同电极材料对应的氢气和氧气的体积比不同，所以可能影响测得的气体体积比，C正确； D、常温常压下，氢气和氧气在水中的溶解度不同，1L水中最多能溶解约31mL氧气、18mL氢气，这可能影响测得的气体体积比，D正确； 故选ACD。 【变式3-1】人类对水的组成的研究经历了漫长的历史，使用了多种研究方法。 方法一：卡文迪什在密闭容器中将氢气和氧气点燃生成小液滴，确认所得液滴是水。 （1）写出该反应的表达式 。后续科学家推测出水是由 元素组成的。 方法二：水通电分解，如图。 【实验过程】 电解器内装满水。 （2）通电发生反应。打开电源开关后，观察到电极有气泡产生，与电源 (填“正”或“负”)极相连的电极产生气泡速率较快，a、b两管内的液面 (填“上升”或“下降”)。 实验中测得生成气体体积如下表(通电一段时间后先排尽管内气体，再重新记录数据)。 时间 a管气体体积 b管气体体积 2 6.2 3.1 4 12.2 6.1 6 18.2 9.1 （3）检验产生气体。分别用燃着的木条放在a管和b管的尖嘴口，打开活塞，可以观察到a管口气体燃烧，产生淡蓝色火焰，说明该气体是 。同时也验证了另一种气体。 【实验结论】 （4）水电解后产生氢气和氧气的体积比约为 ，结合相关知识可以推算出氢，氧原子的个数比，进而推断出水的组成。 （5）通过氢气燃烧和电解水实验得出水的组成的理论依据都是 。两种推理方法不同：一种方法是通过发生 (填“化合”或“分解”)反应，由分析反应物的组成确定生成物的组成；另一种方法是通过发生 (填“化合”或“分解”)反应，由分析生成物的组成确定反应物的组成。 【答案】（1）氢气+氧气水   /    氢、氧/ （2）负 下降 （3）氢气/ （4）2：1 （5）化学反应前后元素种类不变 化合 分解 【解析】（1）氢气和氧气点燃生成水，该反应的文字或符号表达式为氢气+氧气水或 ； 氢气和氧气点燃生成水，氢气是由氢元素组成的，氧气是由氧元素组成的，根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，则水是由氢、氧或元素组成的； （2）电解水实验中，正极产生氧气，负极产生氢气，氢气和氧气的体积比为2：1，打开电源开关后，观察到电极有气泡产生，与电源负极相连的电极产生气泡速率较快，由于产生气体，则a、b两管内的液面下降； （3）分别用燃着的木条放在a管和b管的尖嘴口，打开活塞，可以观察到a管口气体燃烧，产生淡蓝色火焰，说明该气体是氢气； （4）水电解后产生氢气和氧气的体积比约为2：1； （5）通过氢气燃烧和电解水实验得出水的组成的理论依据都是化学反应前后元素种类不变； 两种推理方法不同：一种方法是通过发生化合反应，由分析反应物的组成确定生成物的组成，例如氢气和氧气点燃生成水；另一种方法是通过发生分解反应，由分析生成物的组成确定反应物的组成，例如水通电分解生成氢气和氧气。 【变式3-2】某化学探究小组利用如图所示装置来验证水的组成。 【实验步骤】 ①用大注射器抽取定量的2%的氢氧化钠溶液，从A中的大圆孔注入； ②用两个橡胶帽塞住右边两个出气口，用带针头的小注射器分别在出气口1和2处抽气，液面上升，直至水充满正负两极； ③接通电源待C中气体体积达到最大刻度时，关闭电源；仔细观察实验装置中的现象； ④分别用带针头的注射器抽取气体并检验。 [交流与反思] （1）步骤①中在水中加入氢氧化钠的作用是 ，该实验使用的是 电源。 （2）步骤②的目的是 。 （3）通电后图中的现象有：A中液面 (填“上升”、“下降”或“不变”)。 （4）电解水的文字表达式 。若实验过程中，C中得到200mL气体，则B中得到的气体质量为 g[在实验条件下，ρ(H2)=0.09g/L，ρ(O2)=1.43g/L]。 （5）理论上电解水得到氧气和氢气的体积比为1：2；某同学用碳棒作电极进行电解水水实验，得到氧气和氢气的体积比小于1：2，对产生此现象原因的猜想合理的一项是___________。 A．部分氧气溶于水 B．部分氧气与氢气反应重新生成了水 C．部分氧气与碳棒反应 D．部分氧气被碳棒吸附 （6）实验结论：水是由 组成。 【答案】（1）增强水的导电性 直流 （2）将装置内空气排尽，便于比较液面下降幅度 （3）上升 （4） 0.143 （5）ACD （6）氢元素、氧元素 【解析】（1）水的导电性比较差，步骤①中在水中加入氢氧化钠的作用是增强水的导电性； 电解水实验中使用的是直流电源。 （2）电解水时，正极产生氧气，负极产生氢气，氧气与氢气的体积比为1∶2。步骤②使用注射器抽气直至水充满正负两极，目的是将装置内空气排尽，便于比较液面下降幅度。 （3）通电后，正极产生氧气，负极产生氢气，产生的气体会将水排到A中，则A中液面上升。 （4）电解水生成氢气和氧气，文字表达式为：； 电解水时，正极产生氧气，负极产生氢气，氧气与氢气的体积比为1∶2。根据题目信息，在实验条件下，ρ(H2)=0.09g/L，ρ(O2)=1.43g/L。图中C处是电源负极，产生的气体是氢气，则B中产生的气体是氧气。若实验过程中，C中得到200mL气体，则B中得到的氧气体积为100mL，质量为。 （5）A、部分氧气溶于水中，会使收集的氧气较少，则得到的氧气和氢气的体积比小于1∶2，A选项正确； B、部分氧气和氢气反应生成水，消耗的氧气和氢气的体积比为1∶2，不影响得到的氢气和氧气的体积比，B选项错误； C、部分氧气与碳棒反应，会使收集的氧气较少，则得到的氧气和氢气的体积比小于1∶2，C选项正确； D、部分氧气被碳棒吸附，会使收集的氧气较少，则得到的氧气和氢气的体积比小于1∶2，D选项正确。 故选：ACD。 （6）氢气只含氢元素，氧气只含氧元素，实验结论为：水是由氢元素、氧元素组成的。 【变式3-3】人类的日常生活和工农业生产离不开水。某化学兴趣小组对水的组成展开了项目式学习。    【活动一】用燃烧法探究水的组成 （1）在带尖嘴的导管口点燃纯净的氢气(如图1所示)，观察到火焰呈 色，然后在火焰上方罩一个冷而干燥的小烧杯，过一会儿，观察到烧杯内壁有 且烧杯外壁发热。 【活动二】用电解法探究水的组成 该兴趣小组利用如图2所示的装置进行电解水实验，先在电解器玻璃管里加满水(含少量氢氧化钠)，再接通直流电源。 【查阅资料】水中加入的氢氧化钠只起增强导电性作用，本身不参与反应。 （2）电解后，若b玻璃管中产生3mL气体，则a玻璃管中产生的气体约为 mL。 （3）切断电源后，用燃着的木条在b玻璃管尖嘴口检验产生的气体，观察到的现象是 。 （4）写出电解水反应的文字表达式为 。 【实验结论】 （5）由上述两个实验都能得到的实验结论是 。 【活动三】探究影响电解水速率的因素 （6）电解纯水速率较慢。为探究不同电压和不同浓度氢氧化钠溶液对电解水速率的影响，该兴趣小组进行了多次实验，测得产生20mL氢气所需时间如图3所示。 ①电解浓度为5%氢氧化钠溶液时，改变电压对电解水速率的影响是 。 ②上述实验中，电解水速率最快的条件是 。 ③除了上述因素外，你认为还有哪些因素会影响电解水的速率 (写1点即可)。 【答案】（1）淡蓝 水雾出现 （2）6 （3）燃着的木条燃烧的更旺 （4） （5）水由氢元素和氧元素组成 （6）相同条件下，电压越大，电解水速率越快 10%氢氧化钠溶液、12V 温度 【解析】（1）氢气燃烧，发出淡蓝色火焰，放出热量；氢气燃烧生成水，故在火焰上方罩一个冷而干燥的小烧杯，过一会儿，观察到烧杯壁有水雾出现； （2）在电解水实验中，“正氧负氢”，生成氢气和氧气的体积比约为2:1，试管a与负极相连，产生的是氢气，试管b与正极相连，产生的是氧气，故电解后，若b玻璃管中产生3mL气体，则a玻璃管中产生的气体约为6mL； （3）由以上分析可知，b管中产生的是氧气，氧气具有助燃性，切断电源后，用燃着的木条在b玻璃管尖嘴口检验产生的气体，现象是：燃着的木条燃烧的更旺； （4）水在通电条件下生成氢气和氧气，反应的文字表达式为：； （5）氢气和氧气在点燃的条件下反应生成水，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，元素的种类不变，可得水是由氢元素和氧元素组成； （6）①由图3可知，相同条件下，电压越大，产生20mL氢气所需时间越短，说明相同条件下，电压越大，电解水速率越快； ②由图3可知，相同条件下，电压越大，电解水反应速率越快，氢氧化钠溶液的浓度越大，电解水反应速率越快，故电解水速率最快的条件是10%氢氧化钠溶液、12V； ③除了上述因素外，温度还可能会影响电解水的速率。 题型04 水分子的分解示意图 1.电解水反应的微观解释 （1）根据精确的实验测定，每个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的，因此水可以表示为H2O。 （2）当水分子分解时，生成了氢原子和氧原子，2个氢原子结合成1个氢分子，很多氢分子聚集成氢气；2个氧原子结合成1个氧分子，很多氧分子聚集成氧气。水分子分解示意图如图所示： 水分子分解示意图说明： ①水是由氢、氧两种元素组成的； ②化学变化的实质是分子分解成原子，原子重新结合生成新的分子； ③分子由原子构成； ④化学反应前后元素种类不变，原子种类和原子个数不变。 【典例4】化学既要从宏观层面研究物质，又要从微观层面探析本质。请根据图示回答问题。 （1）宏观角度辨识水的组成 在电解水实验中，两个电极上都会产生气泡。如图所示，正、负极产生气体的体积比约为 ，实际结果偏小，原因可能是 。 （2）微观角度探析水的分解 由上图可知，该反应的化学方程式为 。反应过程中没有发生了变化的微粒是 。根据水电解的示意图可知，水由 组成。 【答案】（1）1:2 氧气不易溶于水，部分氧气溶解在水中 （2） 氢原子和氧原子 氢元素和氧元素 【解析】（1）电解水实验中，根据“正氧负氢、氢二氧一”可知，正、负极产生气体的体积比约为；实际结果偏小，原因可能是氧气不易溶于水，部分氧气溶解在水中； （2）由微观示意图可知，该反应为水在通电条件下分解生成氢气和氧气，化学方程式为； 在化学变化中，分子可分，原子不可分，故该反应过程中没有发生变化的微粒是氢原子和氧原子； 水在通电条件下分解生成氢气和氧气，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，由此可得水由氢元素和氧元素组成。 【变式4-1】化学兴趣小组以水为主题开展了项目式学习。 活动一：了解自来水的生成过程 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，并回到实验室进行自来水生产过程的模拟实验(如下图1)： （1）进行图2过滤操作时，下列说法错误的是___________(填字母)。 A．玻璃棒靠在三层滤纸的一边 B．滤纸边缘低于漏斗边缘 C．为加快过滤速度，用玻璃棒搅拌漏斗内水样 D．液面高于滤纸边缘 （2）加入活性炭的作用是 。 活动二：探究水的组成 Ⅰ．宏观辨识  同学们用如图3装置进行电解水实验。一段时间后，两个玻璃管内均收集到气体。 （3）用燃着的木条检验两个玻璃管中的气体，b管现象是 。 （4）某实验小组还研究影响电解水反应速率的因素，实验结果记录如表： 实验编号 电压(V) 温度(℃) NaOH溶液浓度 H2体积(mL) O2体积(mL) 时间(s) A 6 15 2% 20 9.8 54.0 B 6 15 5% 20 9.8 36.2 C 6 30 2% 20 9.6 46.2 D 6 30 5% 20 9.7 t ①由此得出影响电解水反应速率的因素是氢氧化钠溶液浓度和 。 ②根据对实验A、B、C数据的分析，实验D的时间t最有可能是 。 A．35.4    B．37.8    C．50.2    D．55.6 Ⅱ．微观探析 （5）水电解的过程可用下图表示，微粒运动变化的先后顺序正确的是___________(填字母序号)。 A．①②③④⑤ B．④①③②⑤ C．①②⑤③ D．①④③② Ⅲ．符号表征 （6）电解水的符号表达式 。 【答案】（1）CD （2）吸附水中色素和异味 （3）燃着的木条会燃烧的更旺 （4）温度 A （5）C （6） 【解析】（1）A、过滤时，玻璃棒靠三层滤纸一边，防止滤纸破损，A 正确； B、滤纸边缘低于漏斗边缘，防止液体从漏斗外溢出，B 正确； C、不能用玻璃棒搅拌漏斗内水样，会戳破滤纸，C 错误； D、液面要低于滤纸边缘，防止液体从滤纸外进入烧杯，D 错误； 故选CD； （2）活性炭疏松多孔具有吸附性，可吸附水中色素和异味； （3）电解水时，正极产生氧气，负极产生氢气，氧气与氢气的体积比约为1∶2，b管气体体积小，故b管为氧气，氧气具有助燃性，燃着的木条会燃烧的更旺； （4）①实验 A 和 B，C 和 D 对比，变量是氢氧化钠溶液浓度，实验 A 和 C，B 和 D 对比，变量是温度，所以影响因素有氢氧化钠溶液浓度和温度； ②由 A 和 C 可知，温度越高、浓度越大，反应越快，D 实验温度30℃、NaOH溶液浓度5%，比 B（温度15℃、NaOH溶液浓度5%）快，所以时间小于 36.2s，故选A； （5）水电解过程：水分子（①）在通电下分裂成氢原子和氧原子（②），氢原子、氧原子重新组合，氢原子向负极移动、氧原子向正极移动（⑤），每2个氢原子结合生成1个氢分子，每2个氧原子结合生成1个氧分子（③），顺序为①②⑤③，故选C； （6）水通电生成氢气和氧气，符号表达式为：。 【变式4-2】如图是电解水实验装置。 （1）实验前向水中加入少量硫酸钠溶液或氢氧化钠溶液的作用是 。 （2）若用燃着的木条验证b试管中产生的气体，发现木条燃烧得更旺，由此得出关于水的组成的推论是 。 （3）请在框内补全电解水反应的微观示意图。 【答案】（1）增强水的导电性 （2）水的组成中含有氧元素 （3） 【解析】（1）水的导电性很弱，在电解水实验中，向水中加入少量硫酸钠溶液或氢氧化钠溶液的作用是增强水的导电性。 （2）用燃着的木条验证b试管中产生的气体，发现木条燃烧得更旺，说明b试管中产生的气体是氧气。电解水生成氧气，氧气由氧元素组成，根据化学反应前后元素的种类不变，可得出水的组成中含有氧元素的结论。 （3） 电解水化学方程式，两个水分子通电分解生成两个氢分子和一个氧分子，所以方框内应补充两个氢分子和一个氧分子。 【变式4-3】在广州南沙电氢智慧能源站，7个储存氢气的固态储氢装置是我国首次将光伏发电制成固态氢能应用于电力系统，“绿电”与“绿氢”转化的示意图如下图所示。 （1）写出电解水制氢气的化学反应方程式： ，该反应属于 (填基本反应类型)。 （2）固态合金储氢装置中释放出的氢气，被高压加注到新能源汽车中。高压加注压缩过程中发生的改变是 (从微观角度解释)。 （3）合金Mg2Cu是一种潜在的贮氢材料，高温时在氩气保护下，由一定质量比的Mg、Cu单质熔炼获得。熔炼制备Mg2Cu合金时，通入氩气的目的是 。 （4）Mg2Cu合金在350℃时，在氢气保护下完全吸收氢气生成MgH2和MgCu2，其化学反应方程式为 氢化镁中镁元素为+2价，则氢化镁中氢元素的化合价为 。 【答案】（1） 分解反应 （2）分子间的间隔变小 （3）作保护气，防止镁和铜在高温下被氧化 （4） -1 【解析】（1）①电解水的化学反应方程式为：。水分解为氢气和氧气。 ②由一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应叫做分解反应，所以该反应属于分解反应。 （2） 从微观角度看，高压加注压缩过程中，氢气分子间的间隔变小。因为分子间存在间隔，在加压时，分子间的距离会减小。 （3）熔炼制备Mg2Cu合金时，通入氩气作为保护气，在高温下可以排尽装置内的空气，防止Mg、Cu等金属在高温下与空气中的氧气发生氧化反应，从而保护金属。 （4）①合金Mg2Cu在350℃时，在氢气保护下完全吸收氢气生成MgH2和MgCu2，其化学反应方程式为：。 ②氢化镁中镁元素为+2价，根据化合物化合价代数和为0，（+2)+（x×2）=0，则氢化镁中氢元素的化合价为-1。 题型05 化合物、氧化物与单质的判断 【典例5】下列各组物质，按单质、化合物、混合物顺序排列的是 A．氢气、二氧化硫、冰水共存物 B．金刚石、二氧化碳、蒸馏水 C．液态氧、氯化钠、清洁空气 D．氦气、氧气、海水 【答案】C 【分析】单质是由一种元素组成的纯净物；化合物是由两种或两种以上元素组成的纯净物；混合物含有两种或两种以上物质。 【解析】A、氢气（H2）是单质，二氧化硫（SO2）是化合物，冰水共存物是纯净物（只含H2O分子），不是混合物，A 错误； B、金刚石（C）是单质，二氧化碳（CO2）是化合物，蒸馏水（H2O）是纯净物，不是混合物，B 错误； C、液态氧（O2）是单质，氯化钠（NaCl）是化合物，清洁空气（含N2、O2等多种气体）是混合物，C 正确； D、氦气（He）、氧气（O2）都是单质，海水（含有水、氯化钠等物质）是混合物，顺序不符合，D 错误。 故选C。 【变式5-1】借助模型可以更好地认识物质。下列模型(图中不同小球代表不同原子)能表示单质的是 A．B． C． D． 【答案】C 【解析】A、图中物质由两种分子构成，属于混合物，不符合题意； B、图中物质由同种分子构成，该分子由两种原子构成，属于化合物，不符合题意； C、图中物质由同种分子构成，该分子由同种原子构成，属于单质，符合题意； D、图中物质由不同种分子构成，属于混合物，不符合题意。 故选C。 【变式5-2】下列日常生活中的各组物质，前者属于混合物，后者属于单质的是 A．氯化钠、铁 B．空气、水 C．矿泉水、氢气 D．冰水混合物、臭氧 【答案】C 【解析】由同种物质组成的是纯净物，由不同种物质组成的是混合物。由同种元素组成的纯净物是单质，由不同种元素组成的纯净物是化合物。 A. 氯化钠属于纯净物中的化合物，铁属于纯净物中的单质，此选项不符合题意；     B. 空气属于混合物，水属于纯净物中的化合物，此选项不符合题意； C. 矿泉水属于混合物，氢气属于纯净物中的单质，此选项符合题意；     D. 冰、水是同种物质，所以冰水混合物属于纯净物中的化合物，臭氧属于纯净物中的单质，此选项不符合题意。 故选C。 【变式5-3】用下列物质填空：①镁条；②“农夫山泉”矿泉水；③冰水混合物； ④稀有气体；⑤洁净的空气；⑥高锰酸钾；⑦氯化钾；⑧四氧化三铁；⑨液氧。 （1）属混合物的是(填序号，下同)： 。 （2）属于氧化物的是： 。 【答案】（1）②④⑤ （2）③⑧ 【分析】纯净物是由一种物质组成的物质；混合物是由两种或多种物质组成的物质；由单质为只含一种元素的纯净物；化合物为含有不同种元素的化合物；氧化物为含有两种元素，且一种元素为氧元素的化合物。 ①镁条是由一种物质组成的，属于纯净物，镁条是由镁元素组成的纯净物，属于单质； ②“农夫山泉”矿泉水中含有水和多种矿物质，属于混合物； ③冰水混合物是由水一种物质组成的，属于纯净物；水是由氢元素和氧元素组成的纯净物，属于化合物，属于氧化物； ④稀有气体中含有氦气、氩气等多种物质，属于混合物； ⑤洁净的空气中含有氮气、氧气等多种物质，属于混合物； ⑥高锰酸钾是由一种物质组成的，属于纯净物，高锰酸钾是由钾、锰、氧三种元素组成的纯净物，属于化合物，不属于氧化物； ⑦氯化钾是由一种物质组成的，属于纯净物，氯化钾是由钾、氯两种元素组成的纯净物，属于化合物，不属于氧化物； ⑧四氧化三铁是由一种物质组成的，属于纯净物，四氧化三铁是由铁元素和氧元素组成的纯净物，属于化合物，属于氧化物； ⑨液氧是由一种物质组成的，属于纯净物，液氧是由氧元素组成的纯净物，属于单质。 【解析】（1）根据分析，属混合物的是②④⑤； （2）根据分析，属于氧化物的是③⑧。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$