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10. [2025 扬州期末]某化学兴趣小组以“生命之源——水”为主题开展项目式学习。
Ⅰ. 认识水的蒸发
（1）如图甲所示为烧杯内的水放置在不同温度下时发生变化的微观示意图,请在图中将$50°C$时水面上方相同位置等体积空间内对应的微观示意图补充完整(图中“⊗”表示氧原子,“○”表示氢原子)。
Ⅱ. 探究水的电解
（2）电解水时,为增强水的导电性,通常加入少量$\ce{NaOH}$,其溶解后可产生自由移动的阴离子是
【拓展】用饱和$\ce{Ca(OH)_{2}}$溶液代替$\ce{NaOH}$溶液进行探究水组成的实验,实验装置如图乙所示。
（3）实验1:两电极均有气泡产生,中间漏斗中液面
【提出问题】溶液中出现的白色浑浊物是什么?
【作出猜想】
（4）①$\ce{Ca(OH)_{2}}$。②
（5）实验2:将实验1中白色浑浊物洗涤、烘干后称量其质量为$m\ \mathrm{g}$(忽略洗涤过程中的损耗)。将其放入广口瓶中,再向瓶中加入足量稀盐酸(不考虑挥发),观察到瓶中产生大量气泡。待恢复至室温后,调节量气装置两侧使液面相平,平视凹液面最低处读数,测得$\ce{CO_{2}}$的体积为$V\ \mathrm{mL}$($\ce{CO_{2}}$的密度为$\rho\ \mathrm{g/mL}$)。[已知:$\ce{Ca(OH)_{2} + 2HCl = CaCl_{2} + 2H_{2}O}$]
① 实验2中产生气泡的化学方程式为
② 若$m$、$V$、$\rho$之间满足
③ 下列操作中,可能导致测定的$\ce{CO_{2}}$气体的体积偏小的是
A. 量气装置中所盛液体为蒸馏水
B. 反应后读数时,量气装置右侧液面高于左侧
C. 量气装置左侧液体上方有空气未排出
D. 分离出的白色浑浊物未洗涤、烘干就进行实验2
（6）反思:实验1溶液中出现$\ce{CaCO_{3}}$的原因可能是
Ⅰ. 认识水的蒸发
（1）如图甲所示为烧杯内的水放置在不同温度下时发生变化的微观示意图,请在图中将$50°C$时水面上方相同位置等体积空间内对应的微观示意图补充完整(图中“⊗”表示氧原子,“○”表示氢原子)。
Ⅱ. 探究水的电解
（2）电解水时,为增强水的导电性,通常加入少量$\ce{NaOH}$,其溶解后可产生自由移动的阴离子是
$\ce{OH^-}$
(填符号)。在电解过程中,能量转化形式主要为电
能转化为化学能。【拓展】用饱和$\ce{Ca(OH)_{2}}$溶液代替$\ce{NaOH}$溶液进行探究水组成的实验,实验装置如图乙所示。
（3）实验1:两电极均有气泡产生,中间漏斗中液面
上升
(填“上升”或“下降”),与电源正极相连的石墨电极周围出现了较多白色浑浊物,溶液温度升高。【提出问题】溶液中出现的白色浑浊物是什么?
【作出猜想】
（4）①$\ce{Ca(OH)_{2}}$。②
$\ce{CaCO_{3}}$
。③$\ce{Ca(OH)_{2}}$和$\ce{CaCO_{3}}$。（5）实验2:将实验1中白色浑浊物洗涤、烘干后称量其质量为$m\ \mathrm{g}$(忽略洗涤过程中的损耗)。将其放入广口瓶中,再向瓶中加入足量稀盐酸(不考虑挥发),观察到瓶中产生大量气泡。待恢复至室温后,调节量气装置两侧使液面相平,平视凹液面最低处读数,测得$\ce{CO_{2}}$的体积为$V\ \mathrm{mL}$($\ce{CO_{2}}$的密度为$\rho\ \mathrm{g/mL}$)。[已知:$\ce{Ca(OH)_{2} + 2HCl = CaCl_{2} + 2H_{2}O}$]
① 实验2中产生气泡的化学方程式为
$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
。② 若$m$、$V$、$\rho$之间满足
$m＞\frac{25\rho V}{11}$
(用“＞”“＜”或“=”连接)的关系,则猜想③成立。③ 下列操作中,可能导致测定的$\ce{CO_{2}}$气体的体积偏小的是
AB
(填字母)。A. 量气装置中所盛液体为蒸馏水
B. 反应后读数时,量气装置右侧液面高于左侧
C. 量气装置左侧液体上方有空气未排出
D. 分离出的白色浑浊物未洗涤、烘干就进行实验2
（6）反思:实验1溶液中出现$\ce{CaCO_{3}}$的原因可能是
通电时石墨和电解水正极产生的氧气反应生成二氧化碳，氢氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙和水
。答案
(1) 如图所示
(2) $\ce{OH^-}$；电
(3) 上升
(4) $\ce{CaCO_{3}}$
(5) ① $\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
② $m＞\frac{25\rho V}{11}$
③ AB
(6) 通电时石墨和电解水正极产生的氧气反应生成二氧化碳，氢氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙和水
〔解析〕(1) 温度升高，水分子运动速率变快，蒸发变快，运动出来的水分子变多。(2) 加入少量氢氧化钠可增强水的导电性，因为其溶解后可产生自由移动的阳离子(Na⁺)和阴离子(OH⁻)；电解水的过程中电能转化为化学能。(3) 水电解生成氢气和氧气，两电极均有气泡产生，管内压强增大，所以中间漏斗中液面上升。(4) 根据猜想①和③可推知猜想②是CaCO₃。(5) ① 实验2中碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，反应的化学方程式为$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$。② 已知CO₂的体积为V mL，设碳酸钙的质量为x。
$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
100 44
x ρV g
$\frac{100}{44}=\frac{x}{\rho V\ \mathrm{g}}\ \ x=\frac{25\rho V}{11}\ \mathrm{g}$
如果猜想③成立，说明分离出的白色浑浊物中只有部分是碳酸钙，那么m、V、ρ之间满足$m＞\frac{25\rho V}{11}$的关系。③ 二氧化碳能溶于水，量气装置中所盛液体为蒸馏水，使测定的CO₂气体的体积偏小，A正确；反应后读数时，量气装置右侧液面高于左侧，会导致读数偏小，B正确；量气装置左侧液体上方有空气未排出，对实验结果没有影响，C错误；分离出的白色浑浊物未洗涤、烘干就进行实验2，会影响固体质量，但不会对二氧化碳气体体积测量造成影响，D错误。(6) 实验1溶液中出现CaCO₃的原因可能是通电时石墨和电解水正极产生的氧气反应生成二氧化碳，氢氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙和水。
解析
【分析】
解题思路梳理：
1. 第一小问考察分子的基本性质：温度越高，水分子运动速率越快，水蒸发速率越快，相同体积的水面上方空间内，50℃时的水分子数目要比20℃时更多，20℃时该空间内有2个水分子，因此50℃的等体积空间内画出3个水分子即可。
2. 第二小问考察氢氧化钠的电离和电解水的能量转化：NaOH在水中解离出Na⁺和OH⁻，对应的阴离子为OH⁻；电解水是消耗电能生成氢气和氧气，能量转化为电能转化为化学能。
3. 第三小问：电解水两极分别生成H₂和O₂，两侧玻璃管内压强增大，会将水压入中间长颈漏斗，因此漏斗液面上升。
4. 第四小问作出猜想：结合另外两个猜想，分别是只有Ca(OH)₂、Ca(OH)₂和CaCO₃的混合物，可推知中间猜想为只有CaCO₃。
5. 第五小问：① 生成气泡是碳酸钙和稀盐酸反应，按照方程式书写规则写出配平的反应式即可。② 先根据CO₂的质量ρV g，结合碳酸钙和CO₂的相对分子质量，计算出如果m g固体全部是CaCO₃时，对应的碳酸钙质量为$\frac{25\rho V}{11}\ \mathrm{g}$，如果猜想③成立，说明固体中除了CaCO₃还有不产生CO₂的Ca(OH)₂，因此总质量m必然大于纯碳酸钙的质量。③ 误差分析逐个判断选项，选出会导致测得CO₂体积偏小的操作即可。
6. 第六小问反思：正极电解水生成O₂，石墨电极主要成分是碳，在通电条件下碳和氧气反应生成CO₂，CO₂和Ca(OH)₂反应生成CaCO₃沉淀，对应描述即可。
【解析】
(1) 温度升高，水分子运动速率加快，水的蒸发程度变大，相同体积的水面上方空间内的水分子数目比20℃时更多，因此在虚线框内画出3个由1个氧原子和2个氢原子构成的水分子即可。
(2) NaOH在水溶液中解离为Na⁺和OH⁻，其中自由移动的阴离子为$\ce{OH^-}$；电解水过程中消耗电能，将水分解为氢气和氧气，能量转化形式为电能转化为化学能。
(3) 电解水时a、b两电极分别产生H₂和O₂，两侧管内气体压强增大，将管中的水压入中间的长颈漏斗，因此中间漏斗中液面上升。
(4) 结合猜想①只有$\ce{Ca(OH)_{2}}$、猜想③为$\ce{Ca(OH)_{2}}$和$\ce{CaCO_{3}}$的混合物，可推知猜想②为只有$\ce{CaCO_{3}}$。
(5) ① 实验2中碳酸钙和稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，化学方程式为：$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$。
② 计算生成$\rho V\ \mathrm{g}\ \ce{CO_{2}}$需要的纯$\ce{CaCO_{3}}$的质量：
设纯$\ce{CaCO_{3}}$质量为x
$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
$\ \ 100\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 44$
$\ \ \ x\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \rho V\ \mathrm{g}$
$\frac{100}{44}=\frac{x}{\rho V\ \mathrm{g}}$，解得$x=\frac{25\rho V}{11}\ \mathrm{g}$
若猜想③成立，说明m g固体中除了$\ce{CaCO_{3}}$之外，还含有不与盐酸反应生成$\ce{CO_{2}}$的$\ce{Ca(OH)_{2}}$，因此总质量m大于纯$\ce{CaCO_{3}}$的质量，即$m＞\frac{25\rho V}{11}$。
③ 误差分析：
A. $\ce{CO_{2}}$可溶于蒸馏水，部分$\ce{CO_{2}}$溶解在量气管的水中，导致测得的$\ce{CO_{2}}$体积偏小，符合题意；
B. 反应后读数时右侧液面高于左侧，左侧气体压强比大气压大，气体被压缩，测得的体积偏小，符合题意；
C. 量气装置左侧上方的原有空气不会影响反应生成的$\ce{CO_{2}}$的体积测量，对结果无影响，不符合题意；
D. 白色浑浊物未洗涤烘干，仅会导致固体总质量偏大，不会改变其中$\ce{CaCO_{3}}$的质量，因此生成$\ce{CO_{2}}$的体积不受影响，不会导致体积偏小，不符合题意。因此选AB。
(6) 电解水时与电源正极相连的电极生成$\ce{O_{2}}$，石墨电极的成分为碳单质，通电条件下碳和正极生成的$\ce{O_{2}}$反应生成$\ce{CO_{2}}$，$\ce{CO_{2}}$和溶液中的$\ce{Ca(OH)_{2}}$反应生成$\ce{CaCO_{3}}$沉淀，因此出现白色浑浊物$\ce{CaCO_{3}}$。
【答案】
(1)
(2) $\ce{OH^-}$；电
(3) 上升
(4) $\ce{CaCO_{3}}$
(5) ① $\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
② $m＞\frac{25\rho V}{11}$
③ AB
(6) 通电时石墨和电解水正极产生的氧气反应生成二氧化碳，氢氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙和水
【知识点】
分子的热运动，电解水实验，化学方程式计算
【点评】
本题以“水”为主题开展项目式探究，从微观粒子性质、电解水基础实验拓展到定量验证固体成分、气体测量误差分析，综合性较强，既考察了基础知识点的掌握，也要求学生具备知识迁移能力，结合陌生情境推导反应原理，其中定量判断猜想的部分和误差分析是易错点。
【难度系数】
0.45
解题思路梳理：
1. 第一小问考察分子的基本性质：温度越高，水分子运动速率越快，水蒸发速率越快，相同体积的水面上方空间内，50℃时的水分子数目要比20℃时更多，20℃时该空间内有2个水分子，因此50℃的等体积空间内画出3个水分子即可。
2. 第二小问考察氢氧化钠的电离和电解水的能量转化：NaOH在水中解离出Na⁺和OH⁻，对应的阴离子为OH⁻；电解水是消耗电能生成氢气和氧气，能量转化为电能转化为化学能。
3. 第三小问：电解水两极分别生成H₂和O₂，两侧玻璃管内压强增大，会将水压入中间长颈漏斗，因此漏斗液面上升。
4. 第四小问作出猜想：结合另外两个猜想，分别是只有Ca(OH)₂、Ca(OH)₂和CaCO₃的混合物，可推知中间猜想为只有CaCO₃。
5. 第五小问：① 生成气泡是碳酸钙和稀盐酸反应，按照方程式书写规则写出配平的反应式即可。② 先根据CO₂的质量ρV g，结合碳酸钙和CO₂的相对分子质量，计算出如果m g固体全部是CaCO₃时，对应的碳酸钙质量为$\frac{25\rho V}{11}\ \mathrm{g}$，如果猜想③成立，说明固体中除了CaCO₃还有不产生CO₂的Ca(OH)₂，因此总质量m必然大于纯碳酸钙的质量。③ 误差分析逐个判断选项，选出会导致测得CO₂体积偏小的操作即可。
6. 第六小问反思：正极电解水生成O₂，石墨电极主要成分是碳，在通电条件下碳和氧气反应生成CO₂，CO₂和Ca(OH)₂反应生成CaCO₃沉淀，对应描述即可。
【解析】
(1) 温度升高，水分子运动速率加快，水的蒸发程度变大，相同体积的水面上方空间内的水分子数目比20℃时更多，因此在虚线框内画出3个由1个氧原子和2个氢原子构成的水分子即可。
(2) NaOH在水溶液中解离为Na⁺和OH⁻，其中自由移动的阴离子为$\ce{OH^-}$；电解水过程中消耗电能，将水分解为氢气和氧气，能量转化形式为电能转化为化学能。
(3) 电解水时a、b两电极分别产生H₂和O₂，两侧管内气体压强增大，将管中的水压入中间的长颈漏斗，因此中间漏斗中液面上升。
(4) 结合猜想①只有$\ce{Ca(OH)_{2}}$、猜想③为$\ce{Ca(OH)_{2}}$和$\ce{CaCO_{3}}$的混合物，可推知猜想②为只有$\ce{CaCO_{3}}$。
(5) ① 实验2中碳酸钙和稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，化学方程式为：$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$。
② 计算生成$\rho V\ \mathrm{g}\ \ce{CO_{2}}$需要的纯$\ce{CaCO_{3}}$的质量：
设纯$\ce{CaCO_{3}}$质量为x
$\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
$\ \ 100\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 44$
$\ \ \ x\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \rho V\ \mathrm{g}$
$\frac{100}{44}=\frac{x}{\rho V\ \mathrm{g}}$，解得$x=\frac{25\rho V}{11}\ \mathrm{g}$
若猜想③成立，说明m g固体中除了$\ce{CaCO_{3}}$之外，还含有不与盐酸反应生成$\ce{CO_{2}}$的$\ce{Ca(OH)_{2}}$，因此总质量m大于纯$\ce{CaCO_{3}}$的质量，即$m＞\frac{25\rho V}{11}$。
③ 误差分析：
A. $\ce{CO_{2}}$可溶于蒸馏水，部分$\ce{CO_{2}}$溶解在量气管的水中，导致测得的$\ce{CO_{2}}$体积偏小，符合题意；
B. 反应后读数时右侧液面高于左侧，左侧气体压强比大气压大，气体被压缩，测得的体积偏小，符合题意；
C. 量气装置左侧上方的原有空气不会影响反应生成的$\ce{CO_{2}}$的体积测量，对结果无影响，不符合题意；
D. 白色浑浊物未洗涤烘干，仅会导致固体总质量偏大，不会改变其中$\ce{CaCO_{3}}$的质量，因此生成$\ce{CO_{2}}$的体积不受影响，不会导致体积偏小，不符合题意。因此选AB。
(6) 电解水时与电源正极相连的电极生成$\ce{O_{2}}$，石墨电极的成分为碳单质，通电条件下碳和正极生成的$\ce{O_{2}}$反应生成$\ce{CO_{2}}$，$\ce{CO_{2}}$和溶液中的$\ce{Ca(OH)_{2}}$反应生成$\ce{CaCO_{3}}$沉淀，因此出现白色浑浊物$\ce{CaCO_{3}}$。
【答案】
(1)
(2) $\ce{OH^-}$；电
(3) 上升
(4) $\ce{CaCO_{3}}$
(5) ① $\ce{CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
② $m＞\frac{25\rho V}{11}$
③ AB
(6) 通电时石墨和电解水正极产生的氧气反应生成二氧化碳，氢氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙和水
【知识点】
分子的热运动，电解水实验，化学方程式计算
【点评】
本题以“水”为主题开展项目式探究，从微观粒子性质、电解水基础实验拓展到定量验证固体成分、气体测量误差分析，综合性较强，既考察了基础知识点的掌握，也要求学生具备知识迁移能力，结合陌生情境推导反应原理，其中定量判断猜想的部分和误差分析是易错点。
【难度系数】
0.45
