3.某兴趣小组追寻科学家的足迹,对水进行探究。
【宏观辨识】根据实验探究水的组成
(1)水的合成:在密闭容器中将氢气和氧气的混合气体点燃,根据容器内生成的小水珠可知,水是由组成的化合物。
(2)水的分解:电解水一段时间后(),观察到管a和管b中气体体积比约为,经检验管a中的气体是(填化学式)。
【证据推理】结合实验现象推算水分子中氢、氧原子个数比。
(3)方法一:根据相同条件下气体的体积比等于其分子的个数比,得出电解水的产物中氢、氧原子个数比为,进而推算出结果。
(4)方法二:已知电解水实验中氢气和氧气的体积比和正、负极产生气体的,可计算出水中各元素质量比,结合氢、氧原子的相对原子质量,可进一步推算出结果。
[归纳](5)以分子构成的物质为例,中“▲”表示的是。

3.(1)氢元素和氧元素 (2)2:1;$\ce{H_{2}}$ (3)2:1 (4)密度比 (5)各元素质量比

【分析】
本题围绕水的组成探究展开，需结合质量守恒定律、电解水实验规律、化学式相关计算解答：
1. 水的合成：根据化学反应前后元素种类不变，氢气含氢元素、氧气含氧元素，反应生成水，可推导水的组成；
2. 电解水实验：遵循“正氧负氢，氢二氧一”规律，负极产生氢气且体积为正极氧气的2倍，据此判断气体体积比和气体化学式；
3. 原子个数比推算：利用相同条件下气体体积比等于分子个数比，结合分子构成计算氢、氧原子个数比；
4. 元素质量比计算：根据“质量=体积×密度”，需结合气体体积比和密度比计算元素质量比；
5. 归纳部分：以分子构成的物质，结合原子个数比、相对原子质量可推算各元素质量比，据此判断▲的含义。
【解析】
(1) 根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，氢气（含氢元素）与氧气（含氧元素）反应生成水，因此水由氢元素和氧元素组成；
(2) 电解水时，“正氧负氢，氢二氧一”，管a连接电源负极，产生氢气，管b连接正极产生氧气，二者体积比约为2:1，管a气体为$\ce{H_{2}}$；
(3) 电解水生成$\ce{H_{2}}$和$\ce{O_{2}}$体积比为2:1，相同条件下气体体积比等于分子个数比，故$\ce{H_{2}}$与$\ce{O_{2}}$分子数比为2:1；每个$\ce{H_{2}}$含2个氢原子，每个$\ce{O_{2}}$含2个氧原子，氢原子总数为$2×2=4$，氧原子总数为$1×2=2$，氢、氧原子个数比为$4:2=2:1$；
(4) 计算水中氢、氧元素质量比，需利用“质量=体积×密度”，已知$\ce{H_{2}}$和$\ce{O_{2}}$体积比，还需二者的密度比，即可求出质量比；
(5) 以分子构成的物质，结合原子个数比、相对原子质量，可推算各元素质量比，因此▲表示各元素质量比。
【答案】
(1) 氢元素和氧元素 (2) $2:1$；$\ce{H_{2}}$ (3) $2:1$ (4) 密度比 (5) 各元素质量比
【知识点】
水的组成；电解水实验；化学式相关计算
【点评】
本题为初中化学基础题，围绕水的组成核心考点，结合实验规律和计算方法，考查学生对基础知识的掌握，难度适中，需牢记电解水的规律及相关计算逻辑。
【难度系数】
0.6

4.化学实验是认识物质组成的重要途径。下面是某小组同学在探究水的组成过程中进行的一系列探究活动。
【实验准备】10%的NaOH溶液(用NaOH固体和蒸馏水配制而成)、电解器、酒精灯、小木条、火柴、烧杯等。
【实验步骤】Ⅰ.实验装置如图所示,该小组同学向电解器玻璃管中加满10%的NaOH溶液;接通直流电源,记录电极附近和玻璃管中发生的现象。
Ⅱ.切断上述装置的电源,用燃着的木条分别在两个玻璃管尖嘴口检验电解器中产生的气体,观察并记录。
【讨论】(1)①该实验通过的现象说明正极产生的气体是$\ce{O_{2}}$;
②有的同学在检验a管产生的气体时出现爆鸣声,原因是。
【结论】(2)水是由氢、氧元素组成的化合物,依据的原理是。
【实验拓展】理论上电解水产生的$\ce{H_{2}}$与$\ce{O_{2}}$的体积比为$2:1$。实验过程中小组同学经过反复实验发现3分钟左右得到的$\ce{H_{2}}$与$\ce{O_{2}}$的体积比与理论值最接近。有同学提出疑问,产生气体的体积比与NaOH的浓度会不会有关呢?
【设计与实验】(3)在其他条件相同的情况下,分别向上述电解器玻璃管中加入10%、12%、14%、16%、18%的NaOH溶液,分别记录通电分钟时正、负极产生的气体的体积,如下表:


【结论】(4)由上述实验可知,在其他条件相同的情况下,NaOH的浓度为时得到的气体体积比最接近理论值。

4.(1)①b管处木条燃烧得更旺 ②氢气不纯
(2)化学反应前后元素种类不变
(3)3 (4)14%

【分析】
本题围绕电解水实验展开，需结合电解水的核心规律（正氧负氢、氢二氧一）、气体检验方法、质量守恒定律等知识解题：（1）正极气体为氧气，利用氧气助燃性检验；氢气不纯时点燃会产生爆鸣声；（2）水的组成依据质量守恒定律（反应前后元素种类不变）；（3）题目明确3分钟时体积比最接近理论值，需记录该时间的气体体积；（4）结合实验结论确定NaOH浓度。
【解析】
（1）①电解水时正极产生氧气，氧气具有助燃性，能使燃着的木条燃烧更旺，因此通过b管处木条燃烧得更旺的现象证明正极气体是O₂；②氢气是可燃性气体，若收集时混有空气（或氧气），点燃时会产生爆鸣声，因此出现爆鸣声的原因是氢气不纯。
（2）根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，电解水生成含氢元素的氢气和含氧元素的氧气，说明水由氢、氧元素组成，因此依据是化学反应前后元素种类不变。
（3）题目明确“3分钟左右得到的H₂与O₂的体积比与理论值最接近”，因此实验中需记录通电3分钟时正、负极产生的气体体积。
（4）结合实验探究结论，在其他条件相同的情况下，NaOH浓度为14%时得到的气体体积比最接近理论值。
【答案】
4.(1)①b管处木条燃烧得更旺 ②氢气不纯；(2)化学反应前后元素种类不变；(3)3；(4)14%
【知识点】
电解水实验、质量守恒定律、气体的检验
【点评】
本题以电解水实验为载体，考查实验现象分析、气体检验、实验结论推导等，注重对实验原理和细节的理解，是化学实验基础知识点的应用，难度适中，适合巩固学生对电解水相关知识的掌握。
【难度系数】
0.3