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11.(2025·邗江区期中)水是生命活动不可缺少的物质。请回答相关的问题。
Ⅰ.探究水的组成实验
(1)为证明水不是由“水元素”组成的,1785年,拉瓦锡在高温的条件下,用水蒸气与红热的铁反应,将水转化为氢气,同时生成四氧化三铁。模拟实验装置如图1所示。
①该反应的符号表达式为________。
②加热铁粉前,应先通入水蒸气一段时间,目的是________。
(2)电解水实验的简易装置如图2所示,b中收集到的气体是________(填化学式);电解水属于________(填基本反应类型);从微观角度看,电解水时,水分解过程中发生改变的是________。
(3)图2测得$V(\mathrm{a}):V(\mathrm{b})=2:1$,要确定水分子中氢、氧原子个数比,还需要的数据有________(填序号)。
A.水的相对分子质量 B.氢气、氧气的密度 C.氢原子、氧原子的质量
Ⅱ.水的净化
化学兴趣小组收集了一瓶浑浊的河水,模拟自来水厂进行水的净化过程。其实验过程如图3所示,请回答以下问题。
(4)自来水厂常用明矾作混凝剂,明矾$[\mathrm{KAl}(\mathrm{SO}_4)_m·12\mathrm{H}_2\mathrm{O}]$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$m=\_\_\_\_\_\_$,氢氧化铝的化学式为________。
(5)操作1的名称是________,该操作中所需的玻璃仪器有烧杯、______、玻璃棒。
(6)操作2是吸附,主要除去液体C中一些异味和色素,可选用的物质是________。
(7)将净化水煮沸,则加热煮沸除了杀菌消毒之外,还起到的作用是________;欲使海水转化为淡水,则可采取的方法是________。
Ⅲ.污水处理
(8)聚合氯化铁可处理污水中的悬浮物质和还原性物质。某污水处理厂用聚合氯化铁处理污水的结果如图4所示。由图中数据得出污水中投放聚合氯化铁[以$\mathrm{Fe}/(\mathrm{mg}·\mathrm{L}^{-1})$计算]的最佳范围约为$\_\_\_\_\_\_\mathrm{mg}·\mathrm{L}^{-1}$。
Ⅰ.探究水的组成实验
(1)为证明水不是由“水元素”组成的,1785年,拉瓦锡在高温的条件下,用水蒸气与红热的铁反应,将水转化为氢气,同时生成四氧化三铁。模拟实验装置如图1所示。
①该反应的符号表达式为________。
②加热铁粉前,应先通入水蒸气一段时间,目的是________。
(2)电解水实验的简易装置如图2所示,b中收集到的气体是________(填化学式);电解水属于________(填基本反应类型);从微观角度看,电解水时,水分解过程中发生改变的是________。
(3)图2测得$V(\mathrm{a}):V(\mathrm{b})=2:1$,要确定水分子中氢、氧原子个数比,还需要的数据有________(填序号)。
A.水的相对分子质量 B.氢气、氧气的密度 C.氢原子、氧原子的质量
Ⅱ.水的净化
化学兴趣小组收集了一瓶浑浊的河水,模拟自来水厂进行水的净化过程。其实验过程如图3所示,请回答以下问题。
(4)自来水厂常用明矾作混凝剂,明矾$[\mathrm{KAl}(\mathrm{SO}_4)_m·12\mathrm{H}_2\mathrm{O}]$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$m=\_\_\_\_\_\_$,氢氧化铝的化学式为________。
(5)操作1的名称是________,该操作中所需的玻璃仪器有烧杯、______、玻璃棒。
(6)操作2是吸附,主要除去液体C中一些异味和色素,可选用的物质是________。
(7)将净化水煮沸,则加热煮沸除了杀菌消毒之外,还起到的作用是________;欲使海水转化为淡水,则可采取的方法是________。
Ⅲ.污水处理
(8)聚合氯化铁可处理污水中的悬浮物质和还原性物质。某污水处理厂用聚合氯化铁处理污水的结果如图4所示。由图中数据得出污水中投放聚合氯化铁[以$\mathrm{Fe}/(\mathrm{mg}·\mathrm{L}^{-1})$计算]的最佳范围约为$\_\_\_\_\_\_\mathrm{mg}·\mathrm{L}^{-1}$。
答案
11.(1)①$\ce{H_{2}O + Fe\xrightarrow{高温}Fe_{3}O_{4} + H_{2}}$ ②排尽装置中的空气，防止氢气不纯而在高温下发生爆炸和防止铁粉与空气中的氧气反应
(2)$\ce{O_{2}}$ 分解反应 水分子 (3)BC (4)2 $\ce{Al(OH)_{3}}$
(5)过滤 漏斗 (6)活性炭 (7)降低水的硬度 蒸馏 (8)18~20
(2)$\ce{O_{2}}$ 分解反应 水分子 (3)BC (4)2 $\ce{Al(OH)_{3}}$
(5)过滤 漏斗 (6)活性炭 (7)降低水的硬度 蒸馏 (8)18~20
解析
【分析】
这是一道围绕水的相关性质展开的综合化学题，解题时可以按照题目划分的三个模块逐一突破：
1. 水的组成探究部分：先根据题干给出的反应物、生成物和反应条件直接书写反应的符号表达式；通入气体排空气的操作，结合氢气易燃易爆、高温下铁粉易和氧气反应的性质推导操作目的；电解水实验牢记“正氧负氢、氢二氧一”的规律判断气体种类，结合反应特征判断反应类型，从化学变化的微观本质分析发生改变的微粒；推导水分子中氢氧原子个数比时，明确原子个数比=元素总质量比/单个原子质量，结合已知的体积比推导还需要的物理量。
2. 水的净化部分：利用化合物中正负化合价代数和为0的规则计算明矾中m的数值，结合常见物质的书写规则写出氢氧化铝的化学式；根据固液分离的操作特征判断操作名称，回忆过滤操作的仪器组成；结合活性炭的吸附性作答除异味色素的试剂，回忆硬水软化、海水淡化的常用方法。
3. 污水处理部分：结合图像中悬浮物质去除率最高的区间，直接读取最佳投放范围即可。
【解析】
(1) ① 反应物是水蒸气（$\ce{H_{2}O}$）和铁（$\ce{Fe}$），反应条件为高温，生成物是四氧化三铁（$\ce{Fe_{3}O_{4}}$）和氢气（$\ce{H_{2}}$），因此符号表达式为$\ce{H_{2}O + Fe\xrightarrow{高温}Fe_{3}O_{4} + H_{2}}$。
② 装置内原本残留有空气，高温下生成的氢气和空气混合容易发生爆炸，同时铁粉在高温下会和空气中的氧气反应被氧化，因此先通入水蒸气一段时间可以排尽装置中的空气，防止氢气不纯而在高温下发生爆炸，同时避免铁粉与空气中的氧气反应。
(2) 电解水时生成氢气和氧气的体积比为2:1，b管收集的气体体积更小，因此是氧气，化学式为$\ce{O_{2}}$；电解水是水这一种物质反应生成氢气和氧气两种物质，属于分解反应；化学变化的本质是分子分裂为原子，原子重新组合为新分子，因此电解水过程中发生改变的微粒是水分子。
(3) 已知氢气体积和氧气体积比为2:1，若要得到氢原子和氧原子的个数比，需要先通过氢气、氧气的密度计算出氢气和氧气的质量，再分别除以氢原子、氧原子的质量，即可得到氢原子和氧原子的个数比，因此需要的数据是BC。
(4) 明矾中K元素为+1价，Al元素为+3价，硫酸根离子为-2价，根据化合物中正负化合价代数和为0：$(+1)+(+3)+(-2)× m=0$，解得$m=2$；氢氧化铝中Al为+3价，氢氧根为-1价，因此化学式为$\ce{Al(OH)_{3}}$。
(5) 操作1是将浑浊河水中的固体沉淀和液体分离，该操作是过滤；过滤所需的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒。
(6) 活性炭具有疏松多孔的结构，有很强的吸附性，可以除去水中的异味和色素。
(7) 加热煮沸时，水中可溶性的钙、镁化合物会转化为难溶性的沉淀，因此除了杀菌消毒，还可以降低水的硬度；海水淡化常用的方法是蒸馏。
(8) 由图可知，聚合氯化铁的投放量在$18∼20\ \mathrm{mg·L^{-1}}$区间时，污水中悬浮物质的去除率达到最高，因此最佳范围是$18∼20\ \mathrm{mg·L^{-1}}$。
【答案】
(1) ①$\ce{H_{2}O + Fe\xrightarrow{高温}Fe_{3}O_{4} + H_{2}}$ ②排尽装置中的空气，防止氢气不纯而在高温下发生爆炸和防止铁粉与空气中的氧气反应
(2)$\ce{O_{2}}$ 分解反应 水分子
(3)BC
(4)2 $\ce{Al(OH)_{3}}$
(5)过滤 漏斗
(6)活性炭
(7)降低水的硬度 蒸馏
(8)18~20
【知识点】
电解水实验；水的净化；化学用语书写
【点评】
本题围绕水的主题整合了物质组成探究、水的净化、污水处理多个考点，整体侧重基础，考点覆盖全面，解题时需要注意结合物质的性质推导实验操作的目的，牢记常见水相关实验的操作细节，避免因概念混淆丢分。
【难度系数】
0.7
这是一道围绕水的相关性质展开的综合化学题，解题时可以按照题目划分的三个模块逐一突破：
1. 水的组成探究部分：先根据题干给出的反应物、生成物和反应条件直接书写反应的符号表达式；通入气体排空气的操作，结合氢气易燃易爆、高温下铁粉易和氧气反应的性质推导操作目的；电解水实验牢记“正氧负氢、氢二氧一”的规律判断气体种类，结合反应特征判断反应类型，从化学变化的微观本质分析发生改变的微粒；推导水分子中氢氧原子个数比时，明确原子个数比=元素总质量比/单个原子质量，结合已知的体积比推导还需要的物理量。
2. 水的净化部分：利用化合物中正负化合价代数和为0的规则计算明矾中m的数值，结合常见物质的书写规则写出氢氧化铝的化学式；根据固液分离的操作特征判断操作名称，回忆过滤操作的仪器组成；结合活性炭的吸附性作答除异味色素的试剂，回忆硬水软化、海水淡化的常用方法。
3. 污水处理部分：结合图像中悬浮物质去除率最高的区间，直接读取最佳投放范围即可。
【解析】
(1) ① 反应物是水蒸气（$\ce{H_{2}O}$）和铁（$\ce{Fe}$），反应条件为高温，生成物是四氧化三铁（$\ce{Fe_{3}O_{4}}$）和氢气（$\ce{H_{2}}$），因此符号表达式为$\ce{H_{2}O + Fe\xrightarrow{高温}Fe_{3}O_{4} + H_{2}}$。
② 装置内原本残留有空气，高温下生成的氢气和空气混合容易发生爆炸，同时铁粉在高温下会和空气中的氧气反应被氧化，因此先通入水蒸气一段时间可以排尽装置中的空气，防止氢气不纯而在高温下发生爆炸，同时避免铁粉与空气中的氧气反应。
(2) 电解水时生成氢气和氧气的体积比为2:1，b管收集的气体体积更小，因此是氧气，化学式为$\ce{O_{2}}$；电解水是水这一种物质反应生成氢气和氧气两种物质，属于分解反应；化学变化的本质是分子分裂为原子，原子重新组合为新分子，因此电解水过程中发生改变的微粒是水分子。
(3) 已知氢气体积和氧气体积比为2:1，若要得到氢原子和氧原子的个数比，需要先通过氢气、氧气的密度计算出氢气和氧气的质量，再分别除以氢原子、氧原子的质量，即可得到氢原子和氧原子的个数比，因此需要的数据是BC。
(4) 明矾中K元素为+1价，Al元素为+3价，硫酸根离子为-2价，根据化合物中正负化合价代数和为0：$(+1)+(+3)+(-2)× m=0$，解得$m=2$；氢氧化铝中Al为+3价，氢氧根为-1价，因此化学式为$\ce{Al(OH)_{3}}$。
(5) 操作1是将浑浊河水中的固体沉淀和液体分离，该操作是过滤；过滤所需的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒。
(6) 活性炭具有疏松多孔的结构，有很强的吸附性，可以除去水中的异味和色素。
(7) 加热煮沸时，水中可溶性的钙、镁化合物会转化为难溶性的沉淀，因此除了杀菌消毒，还可以降低水的硬度；海水淡化常用的方法是蒸馏。
(8) 由图可知，聚合氯化铁的投放量在$18∼20\ \mathrm{mg·L^{-1}}$区间时，污水中悬浮物质的去除率达到最高，因此最佳范围是$18∼20\ \mathrm{mg·L^{-1}}$。
【答案】
(1) ①$\ce{H_{2}O + Fe\xrightarrow{高温}Fe_{3}O_{4} + H_{2}}$ ②排尽装置中的空气，防止氢气不纯而在高温下发生爆炸和防止铁粉与空气中的氧气反应
(2)$\ce{O_{2}}$ 分解反应 水分子
(3)BC
(4)2 $\ce{Al(OH)_{3}}$
(5)过滤 漏斗
(6)活性炭
(7)降低水的硬度 蒸馏
(8)18~20
【知识点】
电解水实验；水的净化；化学用语书写
【点评】
本题围绕水的主题整合了物质组成探究、水的净化、污水处理多个考点，整体侧重基础，考点覆盖全面，解题时需要注意结合物质的性质推导实验操作的目的，牢记常见水相关实验的操作细节，避免因概念混淆丢分。
【难度系数】
0.7
