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3. [基础实验与跨学科实践]水是生命之源，是“永远值得探究的物质”，人类从未停止过对水的研究。
Ⅰ. 水的组成
(1)如图1是太空舱通过电解水制氧的实验装置，电源A极是
(2)太空舱制氧原理的符号表达式为
(3)实验前预先向水中加入少量氢氧化钠等物质，目的是
Ⅱ. 水的净化
(4)保护水资源是全社会共同的责任。下列做法符合爱护水和保护水的是
A. 大量使用化肥农药
B. 工业废水处理达标后排放
C. 园林浇灌改大水漫灌为喷灌、滴灌
(5)自来水厂常用明矾$\ce{[KAl(SO_{4})_{m}·12H_{2}O]}$作混凝剂，明矾能作混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，则$m=$
(6)实验室进行过滤操作时，需要用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和
Ⅲ. 自制简易净水器
(7)学习小组设计了净水器，原理如图2所示。
①活性炭的作用是
②离子交换树脂作用过程中，
Ⅰ. 水的组成
(1)如图1是太空舱通过电解水制氧的实验装置，电源A极是
负
极。将燃着的蜡烛放入b管收集的气体中，看到燃烧更旺
。(2)太空舱制氧原理的符号表达式为
$\ce{H_{2}O\xrightarrow{电解}H_{2} + O_{2}}$
，反应过程中种类和数目均没有发生改变的微观粒子是H、O
（用符号表示）。该实验说明水是由氢元素和氧元素
组成的。(3)实验前预先向水中加入少量氢氧化钠等物质，目的是
增强导电性
，以提高电解效率。升高温度也能提高电解效率的原因之一是温度升高，微观粒子运动速率增大
。Ⅱ. 水的净化
(4)保护水资源是全社会共同的责任。下列做法符合爱护水和保护水的是
BC
（填字母）。A. 大量使用化肥农药
B. 工业废水处理达标后排放
C. 园林浇灌改大水漫灌为喷灌、滴灌
(5)自来水厂常用明矾$\ce{[KAl(SO_{4})_{m}·12H_{2}O]}$作混凝剂，明矾能作混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，则$m=$
2
，氢氧化铝的化学式为$\ce{Al(OH)_{3}}$
。(6)实验室进行过滤操作时，需要用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和
漏斗
。玻璃棒的作用是引流
。正确过滤后，展开滤纸，若灰色代表泥沙，则看到的情况最接近下面的D
（填字母）。Ⅲ. 自制简易净水器
(7)学习小组设计了净水器，原理如图2所示。
①活性炭的作用是
吸附水中的色素和异味
。石英砂与活性炭的位置不能
（填“能”或“不能”）交换。②离子交换树脂作用过程中，
$\ce{Ca^{2+}}$、$\ce{Mg^{2+}}$
（填离子符号，下同）与$\ce{Na^{+}}$
进行交换。该净水器能
（填“能”或“不能”）降低水的硬度。答案
3. (1)负 更旺 (2)$\ce{H_{2}O\xrightarrow{电解}H_{2} + O_{2}}$ H、O 氢元素和氧元素 (3)增强导电性 增大 (4)BC (5)2 $\ce{Al(OH)_{3}}$ (6)漏斗 引流 D (7)①吸附水中的色素和异味 不能 ②$\ce{Ca^{2+}}$、$\ce{Mg^{2+}}$ $\ce{Na^{+}}$ 能
解析
【分析】
本题围绕水的组成、净化及相关基础实验展开，解题思路如下：
1. 电解水部分：依据“正氧负氢，氢二氧一”规律判断电极，正极产生助燃的氧气，负极产生氢气；化学反应前后原子种类、数目不变，电解水实验可证明水的元素组成；加入氢氧化钠是增强水的导电性，温度升高会加快粒子运动速率。
2. 爱护水资源：判断做法是否符合节水、防污染要求，排除错误选项。
3. 化学式计算：根据化合物中正负化合价代数和为0计算明矾中m的值，结合元素化合价书写氢氧化铝的化学式。
4. 过滤操作：明确所需玻璃仪器、玻璃棒作用，理解过滤后泥沙的分布特点。
5. 简易净水器：活性炭的吸附作用，石英砂与活性炭顺序不可交换；离子交换树脂可交换硬水中的钙镁离子，降低水的硬度。
【解析】
(1) 电解水遵循“正氧负氢，氢二氧一”，体积小的气体为氧气（正极产生），体积大的为氢气（负极产生），故电源A极连接产生氢气的电极为负极；b管收集的氧气具有助燃性，能使燃着的蜡烛燃烧更旺。
(2) 电解水生成氢气和氧气，符号表达式为$\ce{H_{2}O\xrightarrow{电解}H_{2} + O_{2}}$；化学反应中原子是最小粒子，反应前后种类和数目不变，故不变的微观粒子为$\ce{H}$、$\ce{O}$；该实验生成含氢元素的氢气和含氧元素的氧气，说明水由氢元素和氧元素组成。
(3) 纯水导电性弱，加入氢氧化钠的目的是增强水的导电性，提高电解效率；温度升高，微观粒子运动速率增大，加快电解反应速率。
(4) 选项分析：A大量使用化肥农药会污染水体，错误；B工业废水处理达标后排放可防止水体污染，正确；C漫灌改喷灌、滴灌可节约用水，正确，故选BC。
(5) 明矾中各元素化合价代数和为0：$(+1)+(+3)+2×(-2)=0$，解得$m=2$；氢氧化铝中铝为+3价、氢氧根为-1价，化学式为$\ce{Al(OH)_{3}}$。
(6) 过滤操作的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗；玻璃棒作用是引流，防止液体洒出；过滤后泥沙留在滤纸下方靠近漏斗颈处，对应选项D。
(7) ①活性炭疏松多孔，作用是吸附水中的色素和异味；石英砂过滤大颗粒杂质，活性炭吸附，二者位置不能交换，否则大颗粒会堵塞活性炭孔隙；②硬水中含$\ce{Ca^{2+}}$、$\ce{Mg^{2+}}$，离子交换树脂可将$\ce{Ca^{2+}}$、$\ce{Mg^{2+}}$与$\ce{Na^{+}}$交换，减少钙镁离子，故能降低水的硬度。
【答案】
(1) 负；更旺
(2) $\ce{H_{2}O\xrightarrow{电解}H_{2} + O_{2}}$；$\ce{H}$、$\ce{O}$；氢元素和氧元素
(3) 增强导电性；增大
(4) BC
(5) 2；$\ce{Al(OH)_{3}}$
(6) 漏斗；引流；D
(7) ①吸附水中的色素和异味；不能 ②$\ce{Ca^{2+}}$、$\ce{Mg^{2+}}$；$\ce{Na^{+}}$；能
【知识点】
水的电解；水的净化；化学式与化合价
【点评】
本题为化学基础实验综合题，涵盖电解水、水的净化、过滤操作、化学式计算等核心基础知识点，侧重考查学生对基础实验原理的理解与应用能力，题目难度适中，是学生需熟练掌握的基础内容。
【难度系数】
0.7
本题围绕水的组成、净化及相关基础实验展开，解题思路如下：
1. 电解水部分：依据“正氧负氢，氢二氧一”规律判断电极，正极产生助燃的氧气，负极产生氢气；化学反应前后原子种类、数目不变，电解水实验可证明水的元素组成；加入氢氧化钠是增强水的导电性，温度升高会加快粒子运动速率。
2. 爱护水资源：判断做法是否符合节水、防污染要求，排除错误选项。
3. 化学式计算：根据化合物中正负化合价代数和为0计算明矾中m的值，结合元素化合价书写氢氧化铝的化学式。
4. 过滤操作：明确所需玻璃仪器、玻璃棒作用，理解过滤后泥沙的分布特点。
5. 简易净水器：活性炭的吸附作用，石英砂与活性炭顺序不可交换；离子交换树脂可交换硬水中的钙镁离子，降低水的硬度。
【解析】
(1) 电解水遵循“正氧负氢，氢二氧一”，体积小的气体为氧气（正极产生），体积大的为氢气（负极产生），故电源A极连接产生氢气的电极为负极；b管收集的氧气具有助燃性，能使燃着的蜡烛燃烧更旺。
(2) 电解水生成氢气和氧气，符号表达式为$\ce{H_{2}O\xrightarrow{电解}H_{2} + O_{2}}$；化学反应中原子是最小粒子，反应前后种类和数目不变，故不变的微观粒子为$\ce{H}$、$\ce{O}$；该实验生成含氢元素的氢气和含氧元素的氧气，说明水由氢元素和氧元素组成。
(3) 纯水导电性弱，加入氢氧化钠的目的是增强水的导电性，提高电解效率；温度升高，微观粒子运动速率增大，加快电解反应速率。
(4) 选项分析：A大量使用化肥农药会污染水体，错误；B工业废水处理达标后排放可防止水体污染，正确；C漫灌改喷灌、滴灌可节约用水，正确，故选BC。
(5) 明矾中各元素化合价代数和为0：$(+1)+(+3)+2×(-2)=0$，解得$m=2$；氢氧化铝中铝为+3价、氢氧根为-1价，化学式为$\ce{Al(OH)_{3}}$。
(6) 过滤操作的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗；玻璃棒作用是引流，防止液体洒出；过滤后泥沙留在滤纸下方靠近漏斗颈处，对应选项D。
(7) ①活性炭疏松多孔，作用是吸附水中的色素和异味；石英砂过滤大颗粒杂质，活性炭吸附，二者位置不能交换，否则大颗粒会堵塞活性炭孔隙；②硬水中含$\ce{Ca^{2+}}$、$\ce{Mg^{2+}}$，离子交换树脂可将$\ce{Ca^{2+}}$、$\ce{Mg^{2+}}$与$\ce{Na^{+}}$交换，减少钙镁离子，故能降低水的硬度。
【答案】
(1) 负；更旺
(2) $\ce{H_{2}O\xrightarrow{电解}H_{2} + O_{2}}$；$\ce{H}$、$\ce{O}$；氢元素和氧元素
(3) 增强导电性；增大
(4) BC
(5) 2；$\ce{Al(OH)_{3}}$
(6) 漏斗；引流；D
(7) ①吸附水中的色素和异味；不能 ②$\ce{Ca^{2+}}$、$\ce{Mg^{2+}}$；$\ce{Na^{+}}$；能
【知识点】
水的电解；水的净化；化学式与化合价
【点评】
本题为化学基础实验综合题，涵盖电解水、水的净化、过滤操作、化学式计算等核心基础知识点，侧重考查学生对基础实验原理的理解与应用能力，题目难度适中，是学生需熟练掌握的基础内容。
【难度系数】
0.7
