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4. 兴趣小组同学在做电解水的实验时，发现向水中加入氯化钠$(NaCl)$也可以起到加氢氧化钠类似的作用，但是通电一段时间后发现与正极相连的石墨电极上出现黄绿色气体。
【提出问题】加入氯化钠的水通电时，石墨电极上分别生成了什么气体？
【查阅资料】①氯气$(Cl_{2})$是一种黄绿色、有刺激性气味的有毒气体，常温下1体积水里能溶解2体积的氯气；②氢气和氧气都是无色、无味的气体。
【作出假设】
(1)猜想Ⅰ:氧气和氯气；猜想Ⅱ:氢气和氧气；猜想Ⅲ:
【设计实验】
(2)用如图所示装置来电解氯化钠溶液，并收集两个电极上产生的气体。
【实验结论】
(3)氯化钠溶液通电时，氯化钠和水反应除生成两种气体外，还生成了氢氧化钠。写出反应的文字表达式:
【反思与评价】
(4)由上述实验可知，要证明水的组成，你认为在电解水时，
(5)为研究影响电解水反应速率的因素，兴趣小组的同学利用12 V直流电源进行了相关实验探究，数据记录如下表所示。
①比较实验1和2，可得出的结论是
②分析四组实验数据，实验3的电解时间$X$可能是
A. 32.4
B. 35.2
C. 50.2
D. 55.6
③查阅资料发现，当其他条件不变时，增大直流电的电压也能加快电解水的反应速率。在实验4的基础上，若要证明增大电压能加快电解水的反应速率，请利用如图所示的电源设计实验方案:
(6)小组同学继续查阅资料发现，除了增大电压可以加快电解水的反应速率外，还有设置超声波场等手段。如图所示分别为两种不同条件下石墨电极表面的气泡直径分布情况图。
①气泡覆盖在电极表面使电解反应界面
②超声波振动能提高电解效率的原因是
【提出问题】加入氯化钠的水通电时，石墨电极上分别生成了什么气体？
【查阅资料】①氯气$(Cl_{2})$是一种黄绿色、有刺激性气味的有毒气体，常温下1体积水里能溶解2体积的氯气；②氢气和氧气都是无色、无味的气体。
【作出假设】
(1)猜想Ⅰ:氧气和氯气；猜想Ⅱ:氢气和氧气；猜想Ⅲ:
氢气和氯气
。【设计实验】
(2)用如图所示装置来电解氯化钠溶液，并收集两个电极上产生的气体。
【实验结论】
(3)氯化钠溶液通电时，氯化钠和水反应除生成两种气体外，还生成了氢氧化钠。写出反应的文字表达式:
$氯化钠+水\xrightarrow{通电}氢氧化钠+氢气+氯气$
。【反思与评价】
(4)由上述实验可知，要证明水的组成，你认为在电解水时，
不可以
（选填“可以”或“不可以”）加入氯化钠。(5)为研究影响电解水反应速率的因素，兴趣小组的同学利用12 V直流电源进行了相关实验探究，数据记录如下表所示。
①比较实验1和2，可得出的结论是
氢氧化钠溶液的浓度越大,电解水的反应速率越快
。②分析四组实验数据，实验3的电解时间$X$可能是
C
（填序号）。A. 32.4
B. 35.2
C. 50.2
D. 55.6
③查阅资料发现，当其他条件不变时，增大直流电的电压也能加快电解水的反应速率。在实验4的基础上，若要证明增大电压能加快电解水的反应速率，请利用如图所示的电源设计实验方案:
在温度为$30\ °C$,氢氧化钠溶液的浓度为5%的实验条件下,将电压改为14 V,测定试管b中收集20 mL气体所需的时间,然后与实验4作比较(答案合理即可)
。(6)小组同学继续查阅资料发现，除了增大电压可以加快电解水的反应速率外，还有设置超声波场等手段。如图所示分别为两种不同条件下石墨电极表面的气泡直径分布情况图。
①气泡覆盖在电极表面使电解反应界面
减小
（选填“增大”或“减小”），降低了电解效率。②超声波振动能提高电解效率的原因是
超声波振动能减小电极表面气泡的覆盖面积
。答案
4. (1)氢气和氯气 (2)Ⅱ 氢气 (3)$氯化钠+水\xrightarrow{通电}氢氧化钠+氢气+氯气$ (4)不可以 (5)①氢氧化钠溶液的浓度越大,电解水的反应速率越快 ②C ③在温度为$30\ °C$,氢氧化钠溶液的浓度为5%的实验条件下,将电压改为14 V,测定试管b中收集20 mL气体所需的时间,然后与实验4作比较(答案合理即可) (6)①减小 ②超声波振动能减小电极表面气泡的覆盖面积
解析
【分析】
本题围绕电解氯化钠溶液的实验展开，需结合电解水原理、实验现象及控制变量法分析各问题：1. 气体猜想：电解氯化钠溶液时，电极产生的气体组合需结合已有猜想，排除已给的两种，剩余即为猜想Ⅲ；2. 反应表达式：根据实验结论确定反应物、生成物及反应条件，按文字表达式规则书写；3. 证明水组成的要求：电解水需仅生成氢、氧两种气体，加入氯化钠会生成氯气，干扰验证；4. 反应速率探究：利用控制变量法分析对比实验，得出浓度对速率的影响，结合浓度范围判断实验时间，设计电压影响的实验需控制其他变量不变；5. 气泡的影响：气泡覆盖电极会减小反应界面，超声波可减少气泡覆盖，提高效率。
【解析】
(1) 电解氯化钠溶液时，电极产生的气体可能组合有三种，已给出猜想Ⅰ（氧气和氯气）、猜想Ⅱ（氢气和氧气），故猜想Ⅲ为氢气和氯气；
(2) 正极产生黄绿色的氯气，负极产生氢气，结合实验设计，收集的气体为氢气，对应猜想Ⅱ；
(3) 氯化钠和水在通电条件下反应，生成氢氧化钠、氢气和氯气，文字表达式为：氯化钠+水$\xrightarrow{通电}$氢氧化钠+氢气+氯气；
(4) 电解水证明水的组成，需只生成氢气和氧气，加入氯化钠后会生成氯气，干扰对水组成的验证，故不可以加入氯化钠；
(5) ① 实验1和2的变量为氢氧化钠溶液浓度，浓度越大，收集20mL气体的时间越短，说明电解水的反应速率越快，故结论为：氢氧化钠溶液的浓度越大，电解水的反应速率越快；
② 实验3的氢氧化钠溶液浓度为10%，介于实验2（5%）和实验4（15%）之间，反应时间应在合理范围，选项中C（50.2）符合；
③ 要证明电压对反应速率的影响，需控制温度、溶液浓度等其他条件与实验4相同，仅改变电压，故实验方案为：在温度为30℃，氢氧化钠溶液的浓度为5%的实验条件下，将电压改为14 V，测定试管b中收集20 mL气体所需的时间，然后与实验4作比较；
(6) ① 气泡覆盖在电极表面，会减小电解反应的接触界面，降低电解效率；
② 超声波振动能减小电极表面气泡的覆盖面积，增大反应界面，从而提高电解效率。
【答案】
(1) 氢气和氯气
(2) Ⅱ；氢气
(3) 氯化钠+水$\xrightarrow{通电}$氢氧化钠+氢气+氯气
(4) 不可以
(5) ① 氢氧化钠溶液的浓度越大，电解水的反应速率越快；② C；③ 在温度为30℃，氢氧化钠溶液的浓度为5%的实验条件下，将电压改为14 V，测定试管b中收集20 mL气体所需的时间，然后与实验4作比较（答案合理即可）
(6) ① 减小；② 超声波振动能减小电极表面气泡的覆盖面积
【知识点】
电解水实验；影响化学反应速率的因素；实验探究的控制变量法
【点评】
本题是电解水的拓展探究题，涵盖猜想、实验设计、结论书写、反思评价及反应速率探究，重点考查学生的实验探究能力、控制变量法的应用及知识迁移能力，综合性较强，需结合实验现象和原理分析。
【难度系数】
0.5
本题围绕电解氯化钠溶液的实验展开，需结合电解水原理、实验现象及控制变量法分析各问题：1. 气体猜想：电解氯化钠溶液时，电极产生的气体组合需结合已有猜想，排除已给的两种，剩余即为猜想Ⅲ；2. 反应表达式：根据实验结论确定反应物、生成物及反应条件，按文字表达式规则书写；3. 证明水组成的要求：电解水需仅生成氢、氧两种气体，加入氯化钠会生成氯气，干扰验证；4. 反应速率探究：利用控制变量法分析对比实验，得出浓度对速率的影响，结合浓度范围判断实验时间，设计电压影响的实验需控制其他变量不变；5. 气泡的影响：气泡覆盖电极会减小反应界面，超声波可减少气泡覆盖，提高效率。
【解析】
(1) 电解氯化钠溶液时，电极产生的气体可能组合有三种，已给出猜想Ⅰ（氧气和氯气）、猜想Ⅱ（氢气和氧气），故猜想Ⅲ为氢气和氯气；
(2) 正极产生黄绿色的氯气，负极产生氢气，结合实验设计，收集的气体为氢气，对应猜想Ⅱ；
(3) 氯化钠和水在通电条件下反应，生成氢氧化钠、氢气和氯气，文字表达式为：氯化钠+水$\xrightarrow{通电}$氢氧化钠+氢气+氯气；
(4) 电解水证明水的组成，需只生成氢气和氧气，加入氯化钠后会生成氯气，干扰对水组成的验证，故不可以加入氯化钠；
(5) ① 实验1和2的变量为氢氧化钠溶液浓度，浓度越大，收集20mL气体的时间越短，说明电解水的反应速率越快，故结论为：氢氧化钠溶液的浓度越大，电解水的反应速率越快；
② 实验3的氢氧化钠溶液浓度为10%，介于实验2（5%）和实验4（15%）之间，反应时间应在合理范围，选项中C（50.2）符合；
③ 要证明电压对反应速率的影响，需控制温度、溶液浓度等其他条件与实验4相同，仅改变电压，故实验方案为：在温度为30℃，氢氧化钠溶液的浓度为5%的实验条件下，将电压改为14 V，测定试管b中收集20 mL气体所需的时间，然后与实验4作比较；
(6) ① 气泡覆盖在电极表面，会减小电解反应的接触界面，降低电解效率；
② 超声波振动能减小电极表面气泡的覆盖面积，增大反应界面，从而提高电解效率。
【答案】
(1) 氢气和氯气
(2) Ⅱ；氢气
(3) 氯化钠+水$\xrightarrow{通电}$氢氧化钠+氢气+氯气
(4) 不可以
(5) ① 氢氧化钠溶液的浓度越大，电解水的反应速率越快；② C；③ 在温度为30℃，氢氧化钠溶液的浓度为5%的实验条件下，将电压改为14 V，测定试管b中收集20 mL气体所需的时间，然后与实验4作比较（答案合理即可）
(6) ① 减小；② 超声波振动能减小电极表面气泡的覆盖面积
【知识点】
电解水实验；影响化学反应速率的因素；实验探究的控制变量法
【点评】
本题是电解水的拓展探究题，涵盖猜想、实验设计、结论书写、反思评价及反应速率探究，重点考查学生的实验探究能力、控制变量法的应用及知识迁移能力，综合性较强，需结合实验现象和原理分析。
【难度系数】
0.5
