2.4 跨学科实践活动：学习探究水的组成的 科学史并制作分子模型（题型专练）化学新教材科粤版九年级上册

**基本信息** 以水的组成为核心，通过科学史、实验探究、微观模型、定量计算四维度构建从宏观到微观、从定性到定量的完整认知链，融合化学观念与科学探究实践。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |物质组成探究历程|1典例+3变式|科学史与化学史结合，考查科学家贡献及原子论发展|从道尔顿原子论到现代原子结构，构建物质构成认知基础| |水的组成实验|1典例+3变式|电解水实验操作、现象及结论分析，强调实验证据|通过实验现象推导水的元素组成，体现科学探究与实践| |微观反应模型|1典例+3变式|微观粒子示意图分析，考查分子原子变化及模型认知|从微观角度解释电解水反应本质，培养科学思维与模型建构| |电解水计算分析|1典例+3变式|气体体积/质量比计算及数据分析，应用元素守恒|定量分析电解水实验，深化化学观念中物质变化规律|

第四节 跨学科实践活动：学习探究水的组成的科学史并制作分子模型 （题型突破·举一反三） 题型01 学习探索物质组成与构成的历程 题型02 水的组成及变化的探究实验 题型03 微观反应模型 题型04 电解水实验的计算与数据分析 ▌题型01 学习探索物质组成与构成的历程 1. 物质是由__________________、__________________等微观粒子构成的。 2. 1781 年，英国科学家普里斯特利、卡文迪什分别将“可燃空气（__________________）”与空气或“脱 燃素空气（____________）”混合后点燃爆炸，发现有__________________生成。拉瓦锡听说这一发现后， 认为水不可能是由__________________元素组成的。 3. 氢气的性质 （1）物理性质：无色、无臭的气体，密度比空气__________________，__________________溶于水。 （2）化学性质：具有可燃性。在空气中燃烧，产生__________________火焰，生成__________________；混有一定质量空气或氧气的氢气遇明火会发生__________________。 【典例1】（25-26九年级上·广东东莞·阶段检测）探索物质组成和结构的历程，凝结了许多人的辛勤劳动和智慧，使人们对物质的组成和结构的认识不断深入。运用所学知识完成下面小题。 【宏观组成】用电解水实验探究水的组成，下列说法正确的是 A．电解水的变化过程中没有能量转化 B．用燃着的木条检验负极产生的气体 C．水分子是该化学变化中的最小粒子 D．水是由氢气和氧气组成 【变式1-1】下列人物与其贡献不相符的是 A．道尔顿——提出原子论 B．拉瓦锡——发现元素周期律 C．徐寿——新造元素中文名称 D．张青莲——测定相对原子质量 【变式1-2】伟大的科学家费曼说：“假如只允许把人类的科学史压缩成一句话，它就会是—切东西都是由原子构成”。人类在探索物质是由什么构成的历史长河中，充满了智慧。 (1)1803年，近代化学之父，英国科学家道尔顿(DaltonJ)在前人研究的基础上，提出“道尔顿原子论”：一切物质都由原子构成，原子很小、呈圆球状、不可再分…但由于受当时实验条件限制，道尔顿无法用事实证明自己的观点。 1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出：有些物质也是由分子构成，原子的基本工作形式是分子。 1897年，汤姆森通过实验发现了_____，进一步发展了原子分子论。汤姆森主要是纠正了“道尔顿原子论”中“_____”的观点。 1911年，卢瑟福又通过实验，推测原子是由_____构成，并提出了沿用至今的现代原子结构理论。 (2)原子是一种看不见、摸不着的微粒，为了帮助人们理解原子的结构，这三位科学家都运用了_____来表达他们的理论成果 (3)人们很早就意识到物质都是由几种亘古不变的基本成分一“元素”组成的。 ①古人曾认为水是组成物质的元素之一，在你学过的知识中能说明“水不是元素”的实验事实是_____。 ②如图是两个微粒的结构模型示意图，这两个微粒是否属于同种元素？你的观点及依据是_____。 【变式1-3】探索物质组成和结构的历程，凝结了许多人的辛勤劳动和智慧，使人们对物质的组成和结构的认识不断深入。用电解水实验探究水的组成，下列说法正确的是 A．电解水的变化过程中没有能量转化 B．用燃着的木条检验负极产生的气体 C．水分子是该化学变化中的最小粒子 D．水是由氢气和氧气组成 ▌题型02 水的组成及变化的探究实验 1. 水的电解实验 （1）实验现象：通电后两极上开始产生气泡。通电一段时间后，两个玻璃管内收集了一些气体，与正极相连的玻璃管内的气体体积__________________，与负极相连玻璃管内的气体体积__________________，体积比约为__________________。 （2）气体的检验 ①正极：用带火星的木条接近液面下降较少的玻璃管尖嘴处，打开活塞，发现木条__________________，证明是__________________。 ②负极：用点燃的火柴接近液面下降较多的玻璃管尖嘴处，打开活塞，发现该气体能够燃烧，火焰呈____________，证明是__________________。 （3）实验结论：水在直流电的作用下分解生成__________________和__________________；水是由__________________元素和__________________元素组成的；化学反应中分子可分，原子能重组。 （4）实验结论：文字表达式：。 2. 水的组成 （1）水是由__________________、__________________两种元素组成的。（宏观） （2）水是由__________________构成的，根据精确的实验测定，每个水分子是由__________________氢原子和__________________氧原子构成的，因此水的化学式为H2O。（微观） 【典例2】（25-26九年级上·陕西咸阳·期末）如图所示是探究水的组成及变化的实验装置示意图。下列说法中正确的是 A．通电过程中，中间漏斗液面下降 B．该实验生成氢气与氧气的质量比为2：1 C．实验证明水是由氢、氧两种元素组成 D．b管的气体能使燃着的木条燃烧更旺 【变式2-1】下列对探究实验“水的组成及变化”的说法不正确的是 A．负极产生的气体可燃烧，燃烧时发出淡蓝色火焰 B．正极与负极产生气体的质量比为1：2 C．该变化是将电能转化为化学能的过程 D．该实验证明水是由氢元素和氧元素组成的 【变式2-2】探究水的组成及变化实验改进如下。有关实验或分析正确的一项是 A．实验过程中两管内气体的体积相同 B．改进后的实验可精确读取气体体积 C．与电池正极相连的管内气体能点燃 D．实验可得出水由氢氧两种原子构成 【变式2-3】水是在生命、生活和实验室中有着不可替代的作用。“追梦”小组同学进行了以下实验：水的组成及变化的探究：可以通过“分”“合”的思维方法证明水的组成。 I.分解水。为探究水的组成及变化，小组同学设计了如图2装置进行电解水实验。 (1)变化视角：图1和图2中水发生了不同变化。请从微观角度解释两个变化的本质区别_______。 (2)现象视角：与管A相连的是电源的_______(选填“正极”或“负极”)。 ②请写出该反应的文字表达式_______。 (3)能量视角：为解决电解水制氢气耗能大的问题，我国科学家研制出一种新型催化剂，并利用太阳能实现水的高效分解，该方法实现了从太阳能到_______能的能量转化。 II.合成水。 (4)如图实验中某学生在处加入了足量的干燥剂，在处点燃氢气，用证明氢气燃烧产物的方法证实了水的组成。点燃氢气前应先_______，该反应的文字表达式是_______。在实验中的现象是_______。 (5)通过I、II研究的结论：水是由_______(填元素符号)组成的。 ▌题型03 微观反应模型 从微观角度解释水的电解 当水分子分解时，生成了__________________原子和__________________原子，2个氢原子结合成1个氢__________________，很多氢分子聚集成__________________；2个氧原子结合成1个氧__________________，很多氧分子聚集成__________________。 【典例3】（25-26 九年级上・广东广州・期末）氢气是未来理想的清洁能源，但由于电解水制氢制取成本高且储存附雕，目前不能被广泛利川。下图电解水的微观反应图中，说法正确的是 A．该反应需要消耗能量 B．该图可说明分子是化学变化中的最小粒子 C．电解水生成物的质量比为1：2 D．该反应可说明水是由氢气和氧气组成的 【变式3-1】北京冬季奥运会实现场馆100%清洁能源供电，硅是太阳能电池的重要材料，如下图是用改良西门子法制取高纯硅的微观反应示意图，下列说法正确的是 A．甲、乙、丙、丁四种物质均由分子构成 B．该反应中甲与乙分子个数比为1:1 C．该反应中乙、丁的质量比为2:73 D．该反应进行时，可以混入空气 【变式3-2】水是在生命、生活和实验室中有着不可替代的作用。“追梦”小组同学进行了以下实验：水的组成及变化的探究：可以通过“分”“合”的思维方法证明水的组成。 I.分解水。为探究水的组成及变化，小组同学设计了如图2装置进行电解水实验。 (1)变化视角：图1和图2中水发生了不同变化。请从微观角度解释两个变化的本质区别_______。 (2)现象视角：与管A相连的是电源的_______(选填“正极”或“负极”)。 ②请写出该反应的文字表达式_______。 (3)能量视角：为解决电解水制氢气耗能大的问题，我国科学家研制出一种新型催化剂，并利用太阳能实现水的高效分解，该方法实现了从太阳能到_______能的能量转化。 II.合成水。 (4)如图实验中某学生在处加入了足量的干燥剂，在处点燃氢气，用证明氢气燃烧产物的方法证实了水的组成。点燃氢气前应先_______，该反应的文字表达式是_______。在实验中的现象是_______。 (5)通过I、II研究的结论：水是由_______(填元素符号)组成的。 【变式3-3】某兴趣小组在进行“制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程”的跨学科实践活动时，进行了如图探究活动。 图1是教材中探究分子运动现象的实验装置，图2是化学兴趣小组改进的实验装置图，回答下列问题： (1)用图1装置进行实验，几分钟后，a烧杯中的溶液由无色变为______色。 (2)与图1装置相比，图2装置的优点是_______。(答出一点即可) (3)用图2装置进行实验，上方的棉花团先变色，产生这一现象的原因是_______。 ▌题型04 电解水实验的计算与数据分析 从定量角度分析电解水实验： 电解水时，正极产生______，负极产生______，二者的体积比约为 ______，质量比约为 ______。 计算示例：若生成 4g 氧气，则同时生成氢气的质量为4gX1/8 = 0.5g。 元素质量守恒：反应前后元素种类和质量不变，水中氢、氧元素的质量比等于生成______和______的质量比。 【典例4】（25-26 九年级上・广东广州・期末）水是生命之源，是生产、生活中的重要物质。如图是电解水的实验装置。 (1)若管中产生10 mL的气体，则a管中产生的气体约为_____mL。 (2)为了确定水的元素组成，可用____检验b管收集的气体，该步骤实验证明水中含有_____。 【变式4-1】下图是水发生变化的微观示意图。请从微观角度回答问题： (1)水分子本身未发生改变的是变化_______(填“A”或“B”)。 (2)实验室电解水实验中，正极产生的气体是_______(写化学式)。 (3)若B变化中生成的氧气的体积为5mL，则生成的氢气体积约为______________mL。 【变式4-2】氯气的大规模工业生产得益于19世纪初发轫的电解技术。1800年，英国化学家威廉·尼科尔森通过实验首次将水电解为氢气和氧气，证实了水是由氢、氧元素组成的化合物。某同学进行电解水的实验探究，装置如图，其中，电源正极为___________(填字母)。当a中气体体积为26mL时，则b中气体体积约为___________。而此时，水减少的体积仅为0.02mL。请从微观角度解释此现象：___________。 【变式4-3】请回答下列问题。 (1)我国科学院院士张青莲教授主持测定了多种原子的相对原子质量，其数据被确认为国际标准，如铟、铱、锌等。已知一种锌原子的质子数为30，中子数比质子数多4个，则这种锌原子的中子数为______，核外电子数为______，该锌原子的相对原子质量近似为______。 (2)水是生命之源，如图所示的是实验室电解水的装置。请回答下列问题： ①b管连接的是电源的______极。 ②实验中产生气体的体积比______，已知标准状况下，氢气的密度约为，氧气的密度约为，则产生气体的质量比______（填最简整数比）。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四节 跨学科实践活动：学习探究水的组成的科学史并制作分子模型 （题型突破·举一反三） 题型01 学习探索物质组成与构成的历程 题型02 水的组成及变化的探究实验 题型03 微观反应模型 题型04 电解水实验的计算与数据分析 ▌题型01 学习探索物质组成与构成的历程 1. 物质是由 原子 、 分子 等微观粒子构成的。 2. 1781 年，英国科学家普里斯特利、卡文迪什分别将“可燃空气（ 氢气 ）”与空气或“脱 燃素空气（ 氧气）”混合后点燃爆炸，发现有 水 生成。拉瓦锡听说这一发现后， 认为水不可能是由 一种 元素组成的。 3. 氢气的性质 （1）物理性质：无色、无臭的气体，密度比空气 小 ， 难 溶于水。 （2）化学性质：具有可燃性。在空气中燃烧，产生 淡蓝色 火焰，生成 水 ；混有一定质量空气或氧气的氢气遇明火会发生 爆炸 。 【典例1】（25-26九年级上·广东东莞·阶段检测）探索物质组成和结构的历程，凝结了许多人的辛勤劳动和智慧，使人们对物质的组成和结构的认识不断深入。运用所学知识完成下面小题。 【宏观组成】用电解水实验探究水的组成，下列说法正确的是 A．电解水的变化过程中没有能量转化 B．用燃着的木条检验负极产生的气体 C．水分子是该化学变化中的最小粒子 D．水是由氢气和氧气组成 【答案】B 【详解】A、电解水生成氢气和氧气，由电能转化为化学能，存在能量转化，说法错误，不符合题意； B、电解水实验中，与电源负极相连的一端产生氢气，氢气具有可燃性，用燃着的木条靠近时，观察到气体燃烧，产生淡蓝色火焰，说法正确，符合题意； C、在化学变化中，分子可分，原子不可分，故氢原子、氧原子是该化学变化中的最小粒子，说法错误，不符合题意； D、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，氢气由氢元素组成，氧气由氧元素组成，由此说明水是由氢元素和氧元素组成的，说法错误，不符合题意。 故选：B。 【变式1-1】下列人物与其贡献不相符的是 A．道尔顿——提出原子论 B．拉瓦锡——发现元素周期律 C．徐寿——新造元素中文名称 D．张青莲——测定相对原子质量 【答案】B 【详解】A、道尔顿提出了原子论 ，该选项人物与贡献相符，A 不符合题意； B、发现元素周期律并编制出元素周期表的是门捷列夫 ，拉瓦锡通过实验得出空气是由氮气和氧气组成等重要结论，该选项人物与贡献不相符，B 符合题意； C、徐寿新造了许多元素中文名称 ，该选项人物与贡献相符，C 不符合题意； D、张青莲为测定相对原子质量作出了卓越贡献，该选项人物与贡献相符，D 不符合题意。 故选B。 【变式1-2】伟大的科学家费曼说：“假如只允许把人类的科学史压缩成一句话，它就会是—切东西都是由原子构成”。人类在探索物质是由什么构成的历史长河中，充满了智慧。 (1)1803年，近代化学之父，英国科学家道尔顿(DaltonJ)在前人研究的基础上，提出“道尔顿原子论”：一切物质都由原子构成，原子很小、呈圆球状、不可再分…但由于受当时实验条件限制，道尔顿无法用事实证明自己的观点。 1811年，意大利化学家阿伏伽德罗提出：有些物质也是由分子构成，原子的基本工作形式是分子。 1897年，汤姆森通过实验发现了_____，进一步发展了原子分子论。汤姆森主要是纠正了“道尔顿原子论”中“_____”的观点。 1911年，卢瑟福又通过实验，推测原子是由_____构成，并提出了沿用至今的现代原子结构理论。 (2)原子是一种看不见、摸不着的微粒，为了帮助人们理解原子的结构，这三位科学家都运用了_____来表达他们的理论成果 (3)人们很早就意识到物质都是由几种亘古不变的基本成分一“元素”组成的。 ①古人曾认为水是组成物质的元素之一，在你学过的知识中能说明“水不是元素”的实验事实是_____。 ②如图是两个微粒的结构模型示意图，这两个微粒是否属于同种元素？你的观点及依据是_____。 【答案】(1) 电子 原子不可再分 原子核和核外电子 (2)模型 (3) 水电解生成氢气和氧气 不属于同种元素，依据是：两种微粒的质子数不同 【详解】（1）1897年，汤姆森通过实验发现了电子，进一步发展了原子分子论； 汤姆森主要是纠正了“道尔顿原子论”中的原子不可再分观点； 1911年，卢瑟福又通过实验，推测原子是由原子核和核外电子构成，并提出了沿用至今的现代原子结构理论。 （2）原子是一种看不见、摸不着的微粒，为了帮助人们理解原子的结构，这三位科学家都运用了模型来表达他们的理论成果。 （3）①古人曾认为水是组成物质的元素之一，学过的知识中能说明“水不是元素”的实验事实是：水电解生成氢气和氧气，氢气是由氢元素组成的，氧气是由氧元素组成的，根据质量守恒定律，反应前后元素种类不变，则说明了水是由氢元素和氧元素组成的； ②元素是具有相同质子数的一类原子的总称，质子数决定元素的种类。如图是两个微粒的结构模型示意图，这两个微粒不属于同种元素，依据是：两种微粒的质子数不同。 【变式1-3】探索物质组成和结构的历程，凝结了许多人的辛勤劳动和智慧，使人们对物质的组成和结构的认识不断深入。用电解水实验探究水的组成，下列说法正确的是 A．电解水的变化过程中没有能量转化 B．用燃着的木条检验负极产生的气体 C．水分子是该化学变化中的最小粒子 D．水是由氢气和氧气组成 【答案】B 【详解】A、电解水过程中，电能转化为化学能，存在能量转化，A 错误； B、电解水时，负极产生的气体是氢气，氢气具有可燃性，可用燃着的木条检验，若气体能燃烧，产生淡蓝色火焰，则是氢气，B 正确； C、在化学变化中，分子可分，原子不可分，原子是化学变化中的最小粒子，电解水的化学变化中最小粒子是氢原子和氧原子，C 错误； D、电解水生成氢气和氧气，根据化学反应前后元素种类不变，说明水是由氢元素和氧元素组成，而不是由氢气和氧气组成，D 错误。 故选B。 ▌题型02 水的组成及变化的探究实验 1. 水的电解实验 （1）实验现象：通电后两极上开始产生气泡。通电一段时间后，两个玻璃管内收集了一些气体，与正极相连的玻璃管内的气体体积 小 ，与负极相连玻璃管内的气体体积 大 ，体积比约为 1∶2 。 （2）气体的检验 ①正极：用带火星的木条接近液面下降较少的玻璃管尖嘴处，打开活塞，发现木条 复燃 ，证明是 氧气 。 ②负极：用点燃的火柴接近液面下降较多的玻璃管尖嘴处，打开活塞，发现该气体能够燃烧，火焰呈 淡蓝色，证明是 氢气 。 （3）实验结论：水在直流电的作用下分解生成 氢气 和 氧气 ；水是由 氢 元素和 氧 元素组成的；化学反应中分子可分，原子能重组。 （4）实验结论：文字表达式：。 2. 水的组成 （1）水是由 氢 、 氧 两种元素组成的。（宏观） （2）水是由 水分子 构成的，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，因此水的化学式为H2O。（微观） 【典例2】（25-26九年级上·陕西咸阳·期末）如图所示是探究水的组成及变化的实验装置示意图。下列说法中正确的是 A．通电过程中，中间漏斗液面下降 B．该实验生成氢气与氧气的质量比为2：1 C．实验证明水是由氢、氧两种元素组成 D．b管的气体能使燃着的木条燃烧更旺 【答案】C 【详解】A. 通电后两侧玻璃管内产生气体，管内压强增大，将水压入中间漏斗，因此中间漏斗液面上升，A错误。 B. 化学方程式为：，生成氢气与氧气的体积比为，质量比为，B错误。 C. 根据质量守恒，化学反应前后元素种类不变，生成物氢气含氢元素、氧气含氧元素，可证明水由氢、氧两种元素组成，C正确。 D. b管连接电源负极，生成的气体是氢气，氢气具有可燃性，不能使燃着的木条燃烧更旺（该性质属于a管生成的氧气），D错误。 【变式2-1】下列对探究实验“水的组成及变化”的说法不正确的是 A．负极产生的气体可燃烧，燃烧时发出淡蓝色火焰 B．正极与负极产生气体的质量比为1：2 C．该变化是将电能转化为化学能的过程 D．该实验证明水是由氢元素和氧元素组成的 【答案】B 【详解】A.负极产生氢气，氢气具有可燃性，燃烧时发出淡蓝色火焰，表述正确。 B.，正极产生氧气、负极产生氢气，二者质量比为，1:2是二者的体积比，表述错误。 C.电解水过程消耗电能，生成储存化学能的氢气和氧气，是电能转化为化学能的过程，表述正确。 D.根据反应前后元素种类不变，生成物氢气含氢元素、氧气含氧元素，证明水由氢、氧元素组成，表述正确。 【变式2-2】探究水的组成及变化实验改进如下。有关实验或分析正确的一项是 A．实验过程中两管内气体的体积相同 B．改进后的实验可精确读取气体体积 C．与电池正极相连的管内气体能点燃 D．实验可得出水由氢氧两种原子构成 【答案】B 【详解】A、电解水时正极产生氧气、负极产生氢气，二者体积比为1:2，两管内气体体积不同，错误。 B、改进后的装置带有刻度，可精确读取生成气体的体积，正确。 C、与电池正极相连的管内气体是氧气，氧气具有助燃性，无可燃性，不能被点燃，错误。 D、该实验可得出水由氢元素和氧元素组成，水是宏观物质，不能直接表述为由氢氧两种原子构成，错误。 【变式2-3】水是在生命、生活和实验室中有着不可替代的作用。“追梦”小组同学进行了以下实验：水的组成及变化的探究：可以通过“分”“合”的思维方法证明水的组成。 I.分解水。为探究水的组成及变化，小组同学设计了如图2装置进行电解水实验。 (1)变化视角：图1和图2中水发生了不同变化。请从微观角度解释两个变化的本质区别_______。 (2)现象视角：与管A相连的是电源的_______(选填“正极”或“负极”)。 ②请写出该反应的文字表达式_______。 (3)能量视角：为解决电解水制氢气耗能大的问题，我国科学家研制出一种新型催化剂，并利用太阳能实现水的高效分解，该方法实现了从太阳能到_______能的能量转化。 II.合成水。 (4)如图实验中某学生在处加入了足量的干燥剂，在处点燃氢气，用证明氢气燃烧产物的方法证实了水的组成。点燃氢气前应先_______，该反应的文字表达式是_______。在实验中的现象是_______。 (5)通过I、II研究的结论：水是由_______(填元素符号)组成的。 【答案】(1)分子种类是否变化 (2) 负极 (3)化学 (4) 验纯 氢气+氧气水 出现淡蓝色火焰，烧杯底部有水雾(或水珠)出现 (5)H、O 【详解】（1）图1中水发生的是物理变化，分子种类不变，图2中水发生的是化学变化，分子种类发生了改变。从微观角度看，两个变化的本质区别是：分子种类是否变化； （2）①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，A管中产生的气体较多，为氢气，与电源的负极相连； ②电解水生成氢气和氧气，文字表达式为：； （3）为解决电解水制氢气耗能大的问题，我国科学家研制出一种新型催化剂，并利用太阳能实现水的高效分解，该方法实现了从太阳能到化学能的能量转化。故填：化学； （4）氢气具有可燃性，点燃氢气前应先检验氢气的纯度，以防点燃不纯净的氢气而发生爆炸； 氢气燃烧生成水，文字表达式为：氢气+氧气水； 实验现象为：出现淡蓝色火焰，烧杯底部有水雾(或水珠)出现； （5）电解水生成氢气和氧气，氢气和氧气燃烧生成水，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的。故填：H、O。 ▌题型03 微观反应模型 从微观角度解释水的电解 当水分子分解时，生成了 氧 原子和 氢 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 。 【典例3】（25-26 九年级上・广东广州・期末）氢气是未来理想的清洁能源，但由于电解水制氢制取成本高且储存附雕，目前不能被广泛利川。下图电解水的微观反应图中，说法正确的是 A．该反应需要消耗能量 B．该图可说明分子是化学变化中的最小粒子 C．电解水生成物的质量比为1：2 D．该反应可说明水是由氢气和氧气组成的 【答案】A 【详解】A、电解水的反应条件是通电，通电过程需要消耗电能，所以该反应需要消耗能量，A 正确。 B、由微观反应示意图可知，在化学变化中，分子可以再分，原子不能再分，原子是化学变化中的最小粒子，而不是分子，B 错误。 C、电解水的化学方程式为，生成氢气和氧气的质量比为(2×2):32=1:8； 体积比为2:1，C 错误。 D、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，根据化学反应前后元素种类不变，可知水是由氢元素和氧元素组成的，而不是由氢气和氧气组成的，D 错误。 故选A 。 【变式3-1】北京冬季奥运会实现场馆100%清洁能源供电，硅是太阳能电池的重要材料，如下图是用改良西门子法制取高纯硅的微观反应示意图，下列说法正确的是 A．甲、乙、丙、丁四种物质均由分子构成 B．该反应中甲与乙分子个数比为1:1 C．该反应中乙、丁的质量比为2:73 D．该反应进行时，可以混入空气 【答案】C 【分析】根据微观反应图示可知，该反应的化学方程式为：。 【详解】A、根据微观示意图可知，丙是由硅原子构成的单质，不符合题意； B、根据分析可知，该反应中甲和乙的分子个数比为1:2，不符合题意； C、根据化学方程式，反应过程中乙和丁的质量比为4：（4×36.5）=2:73，符合题意； D、氢气具有可燃性，若与空气混合达到一定比例可能会发生爆炸，不符合题意； 故选C。 【变式3-2】水是在生命、生活和实验室中有着不可替代的作用。“追梦”小组同学进行了以下实验：水的组成及变化的探究：可以通过“分”“合”的思维方法证明水的组成。 I.分解水。为探究水的组成及变化，小组同学设计了如图2装置进行电解水实验。 (1)变化视角：图1和图2中水发生了不同变化。请从微观角度解释两个变化的本质区别_______。 (2)现象视角：与管A相连的是电源的_______(选填“正极”或“负极”)。 ②请写出该反应的文字表达式_______。 (3)能量视角：为解决电解水制氢气耗能大的问题，我国科学家研制出一种新型催化剂，并利用太阳能实现水的高效分解，该方法实现了从太阳能到_______能的能量转化。 II.合成水。 (4)如图实验中某学生在处加入了足量的干燥剂，在处点燃氢气，用证明氢气燃烧产物的方法证实了水的组成。点燃氢气前应先_______，该反应的文字表达式是_______。在实验中的现象是_______。 (5)通过I、II研究的结论：水是由_______(填元素符号)组成的。 【答案】(1)分子种类是否变化 (2) 负极 (3)化学 (4) 验纯 氢气+氧气水 出现淡蓝色火焰，烧杯底部有水雾(或水珠)出现 (5)H、O 【详解】（1）图1中水发生的是物理变化，分子种类不变，图2中水发生的是化学变化，分子种类发生了改变。从微观角度看，两个变化的本质区别是：分子种类是否变化； （2）①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，A管中产生的气体较多，为氢气，与电源的负极相连； ②电解水生成氢气和氧气，文字表达式为：； （3）为解决电解水制氢气耗能大的问题，我国科学家研制出一种新型催化剂，并利用太阳能实现水的高效分解，该方法实现了从太阳能到化学能的能量转化。故填：化学； （4）氢气具有可燃性，点燃氢气前应先检验氢气的纯度，以防点燃不纯净的氢气而发生爆炸； 氢气燃烧生成水，文字表达式为：氢气+氧气水； 实验现象为：出现淡蓝色火焰，烧杯底部有水雾(或水珠)出现； （5）电解水生成氢气和氧气，氢气和氧气燃烧生成水，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的。故填：H、O。 【变式3-3】某兴趣小组在进行“制作模型并展示科学家探索物质组成与结构的历程”的跨学科实践活动时，进行了如图探究活动。 图1是教材中探究分子运动现象的实验装置，图2是化学兴趣小组改进的实验装置图，回答下列问题： (1)用图1装置进行实验，几分钟后，a烧杯中的溶液由无色变为______色。 (2)与图1装置相比，图2装置的优点是_______。(答出一点即可) (3)用图2装置进行实验，上方的棉花团先变色，产生这一现象的原因是_______。 【答案】(1)红 (2)环保（合理即可） (3)浓氨水具有挥发性，氨气密度比空气小，氨气溶于水形成氨水，氨水呈碱性，能使酚酞变红 【详解】（1）浓氨水具有挥发性，挥发出的氨分子不断运动，当运动到a中时，氨气溶于水形成氨水，氨水能使无色酚酞试液变红，故a烧杯中的溶液由无色变为红色； （2）与图1装置相比，图2装置在密闭容器中进行，可以避免氨气污染空气，且浓氨水使用量较少，因此优点是比较环保，且可以节约药品； （3）用图2装置进行实验，上方的棉花团先变色，产生这一现象的原因是浓氨水具有挥发性，氨气密度比空气小，氨气溶于水形成氨水，氨水呈碱性，能使酚酞试液变红。 ▌题型04 电解水实验的计算与数据分析 从定量角度分析电解水实验： 电解水时，正极产生氧气，负极产生氢气，二者的体积比约为 1:2，质量比约为 8:1。 计算示例：若生成 4g 氧气，则同时生成氢气的质量为4gX1/8 = 0.5g。 元素质量守恒：反应前后元素种类和质量不变，水中氢、氧元素的质量比等于生成氢气和氧气的质量比。 【典例4】（25-26 九年级上・广东广州・期末）水是生命之源，是生产、生活中的重要物质。如图是电解水的实验装置。 (1)若管中产生10 mL的气体，则a管中产生的气体约为_____mL。 (2)为了确定水的元素组成，可用____检验b管收集的气体，该步骤实验证明水中含有_____。 【答案】(1) 20 (2) 燃着的木条 氧元素 【详解】（1）电解水规律为“正氧负氢、氢二氧一”：b管连接电源正极，产生的是氧气，a管连接电源负极，产生的是氢气，氢气体积是氧气体积的2倍，因此b管有10mL氧气时，a管氢气体积为20mL。 （2）b管收集的是氧气，氧气可使燃着的木条燃烧更旺，因此用燃着的木条检验；根据质量守恒定律，反应前后元素的种类不变，生成的氧气中含有氧元素，可证明水中含有氧元素。 【变式4-1】下图是水发生变化的微观示意图。请从微观角度回答问题： (1)水分子本身未发生改变的是变化_______(填“A”或“B”)。 (2)实验室电解水实验中，正极产生的气体是_______(写化学式)。 (3)若B变化中生成的氧气的体积为5mL，则生成的氢气体积约为______________mL。 【答案】(1)A (2) (3)10 【详解】（1）变化A是水加热蒸发的物理变化，仅水分子间的间隔改变，水分子本身没有变化；变化B是电解水的化学变化，水分子会分解为氢、氧原子，再重新组合为氢分子、氧分子，分子本身发生改变，故填 A。 （2）电解水实验遵循“正氧负氢”的规律，正极产生的气体是氧气，化学式为。 （3）电解水生成氢气和氧气的体积比约为，已知氧气体积为5mL，因此氢气体积为。 【变式4-2】氯气的大规模工业生产得益于19世纪初发轫的电解技术。1800年，英国化学家威廉·尼科尔森通过实验首次将水电解为氢气和氧气，证实了水是由氢、氧元素组成的化合物。某同学进行电解水的实验探究，装置如图，其中，电源正极为___________(填字母)。当a中气体体积为26mL时，则b中气体体积约为___________。而此时，水减少的体积仅为0.02mL。请从微观角度解释此现象：___________。 【答案】 d 13 氢气和氧气均是气体，水是液体，液体分子之间的间隔比气体分子之间的间隔小得多 【详解】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，b中产生的气体较少，则b中气体为氧气，则电源正极为d；b中产生的气体是氧气，a中产生的气体是氢气，生成氢气和氧气的体积比约为2：1，则当a中气体体积为26mL时，则b中气体体积约为13mL；而此时，水减少的体积仅为0.02mL，是因为氢气和氧气均是气体，水是液体，液体分子之间的间隔比气体分子之间的间隔小得多，故填：d；13；氢气和氧气均是气体，水是液体，液体分子之间的间隔比气体分子之间的间隔小得多。 【变式4-3】请回答下列问题。 (1)我国科学院院士张青莲教授主持测定了多种原子的相对原子质量，其数据被确认为国际标准，如铟、铱、锌等。已知一种锌原子的质子数为30，中子数比质子数多4个，则这种锌原子的中子数为______，核外电子数为______，该锌原子的相对原子质量近似为______。 (2)水是生命之源，如图所示的是实验室电解水的装置。请回答下列问题： ①b管连接的是电源的______极。 ②实验中产生气体的体积比______，已知标准状况下，氢气的密度约为，氧气的密度约为，则产生气体的质量比______（填最简整数比）。 【答案】(1) 34 30 64 (2) 正 2:1 1:8 【详解】（1）已知一种锌原子的质子数为30，中子数比质子数多4个，则这种锌原子的中子数为：30+4=34； 在原子中，核电荷数=质子数=核外电子数，故核外电子数为30； 在原子中，相对原子质量≈质子数+中子数，故该锌原子的相对原子质量近似为：30+34=64； （2）①电解水正极产生氧气，负极产生氢气，氢气与氧气的体积比约为2：1，b管中产生的气体较少，为氧气，则与之相连的是电源的正极； ②实验中产生气体的体积比2:1； 已知标准状况下，氢气的密度约为，氧气的密度约为，则产生气体的质量比。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四节 跨学科实践活动：学习探究水的组成的科学史并制作分子模型 （题型突破·举一反三） 题型01 学习探索物质组成与构成的历程 题型02 水的组成及变化的探究实验 题型03 微观反应模型 题型04 电解水实验的计算与数据分析 ▌题型01 学习探索物质组成与构成的历程 【典例1】【答案】B 【变式1-1】【答案】B 【变式1-2】【答案】(1) 电子 原子不可再分 原子核和核外电子 (2)模型 (3) 水电解生成氢气和氧气 不属于同种元素，依据是：两种微粒的质子数不同 【变式1-3】【答案】B ▌题型02 水的组成及变化的探究实验 【典例2】【答案】C 【变式2-1】【答案】B 【变式2-2】【答案】B 【变式2-3】【答案】(1)分子种类是否变化 (2) 负极 (3)化学 (4) 验纯 氢气+氧气水 出现淡蓝色火焰，烧杯底部有水雾(或水珠)出现 (5)H、O ▌题型03 微观反应模型 【典例3】【答案】A 【变式3-1】【答案】C 【变式3-2】【答案】(1)分子种类是否变化 (2) 负极 (3)化学 (4) 验纯 氢气+氧气水 出现淡蓝色火焰，烧杯底部有水雾(或水珠)出现 (5)H、O 【变式3-3】【答案】(1)红 (2)环保（合理即可） (3)浓氨水具有挥发性，氨气密度比空气小，氨气溶于水形成氨水，氨水呈碱性，能使酚酞变红 ▌题型04 电解水实验的计算与数据分析 【典例4】【答案】(1)20 (2) 燃着的木条 氧元素 【变式4-1】【答案】(1)A (2) (3)10 【变式4-2】【答案】 d 13 氢气和氧气均是气体，水是液体，液体分子之间的间隔比气体分子之间的间隔小得多 【变式4-3】【答案】(1) 34 30 64 (2) 正 2:1 1:8 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $