登录
3. (2023·株洲改编)某校化学兴趣小组的同学在老师的指导下进行了“水的组成及变化的探究”实验。
【提出问题】水是由哪些元素组成的？
【设计并进行实验】
(1)实验1(燃烧法):在带尖嘴的导管口点燃纯净的氢气,观察到火焰呈________色。然后在火焰上方罩一个干燥的小烧杯,过一会儿,观察到烧杯内壁出现________且烧杯外壁发热。该反应的文字表达式为________。
(2)实验2(电解法):按如图所示装置进行电解水实验。两支试管内产生的气体中,a为________,b为________。
【实验结论】
(3)由上述两个实验都能得到的实验结论是________。
【拓展提升】
(4)下列有关说法正确的是________(填序号)。
A. 点燃纯净的氢气会发生爆炸
B. 水煮沸变成水蒸气发生了化学变化
C. 冰块与水混合得到混合物
D. 电解水的反应属于分解反应
(5)若电解水产生了$m\ \mathrm{g}$氢气,则同时产生了________(用含$m$的代数式表示)$\mathrm{g}$氧气。
(6)水是一切生命体生存所必需的物质,我们必须爱护水资源,一方面要________,另一方面要防治水体污染。请写出一条预防和治理水体污染的措施:________。
【提出问题】水是由哪些元素组成的？
【设计并进行实验】
(1)实验1(燃烧法):在带尖嘴的导管口点燃纯净的氢气,观察到火焰呈________色。然后在火焰上方罩一个干燥的小烧杯,过一会儿,观察到烧杯内壁出现________且烧杯外壁发热。该反应的文字表达式为________。
(2)实验2(电解法):按如图所示装置进行电解水实验。两支试管内产生的气体中,a为________,b为________。
【实验结论】
(3)由上述两个实验都能得到的实验结论是________。
【拓展提升】
(4)下列有关说法正确的是________(填序号)。
A. 点燃纯净的氢气会发生爆炸
B. 水煮沸变成水蒸气发生了化学变化
C. 冰块与水混合得到混合物
D. 电解水的反应属于分解反应
(5)若电解水产生了$m\ \mathrm{g}$氢气,则同时产生了________(用含$m$的代数式表示)$\mathrm{g}$氧气。
(6)水是一切生命体生存所必需的物质,我们必须爱护水资源,一方面要________,另一方面要防治水体污染。请写出一条预防和治理水体污染的措施:________。
答案
淡蓝
; 水雾
; 氢气$+$氧气$\xrightarrow{点燃}$水 ; 氢气
; 氧气
; 水是由氢元素和氧元素组成的
; D
; $8m$ ; 节约用水
; 工业废水处理达标后排放（或合理使用化肥和农药，生活污水集中处理达标后排放等，答案合理即可）
; 水雾
; 氢气$+$氧气$\xrightarrow{点燃}$水 ; 氢气
; 氧气
; 水是由氢元素和氧元素组成的
; D
; $8m$ ; 节约用水
; 工业废水处理达标后排放（或合理使用化肥和农药，生活污水集中处理达标后排放等，答案合理即可）
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($\ce{Cl_{2}}$)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、无气味的气体。
【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。
| 实验步骤 | 实验现象 | 解释或结论 |
| --- | --- | --- |
| ①按照如图所示装置，通电一段时间后，用a、b两支试管分别收集两根石墨电极上产生的气体，观察气体的颜色 | 试管a收集到黄绿色气体，试管b收集到无色气体
| 猜想______错误 |
| ②用拇指堵住试管b，移近点燃的酒精灯，移开拇指点火 | 听到爆鸣声 | 证明试管b中收集到的气体为______，猜想Ⅲ正确 |
【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，______（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:
| 实验序号 | 温度/℃ | 氢氧化钠溶液的浓度/% | 试管b中气体的体积/mL | 试管a中气体的体积/mL | 电解时间/s |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 1 | 20 | 2 | 20 | 9.8 | 54.0 |
| 2 | 20 | 5 | 20 | 9.8 | 36.2 |
| 3 | 30 | 2 | 20 | 9.9 | $X$ |
| 4 | 30 | 5 | 20 | 9.9 | 35.4 |
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______（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:______。
(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______（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______。
【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($\ce{Cl_{2}}$)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、无气味的气体。
【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。
| 实验步骤 | 实验现象 | 解释或结论 |
| --- | --- | --- |
| ①按照如图所示装置，通电一段时间后，用a、b两支试管分别收集两根石墨电极上产生的气体，观察气体的颜色 | 试管a收集到黄绿色气体，试管b收集到无色气体
| 猜想______错误 || ②用拇指堵住试管b，移近点燃的酒精灯，移开拇指点火 | 听到爆鸣声 | 证明试管b中收集到的气体为______，猜想Ⅲ正确 |
【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，______（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:
| 实验序号 | 温度/℃ | 氢氧化钠溶液的浓度/% | 试管b中气体的体积/mL | 试管a中气体的体积/mL | 电解时间/s |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 1 | 20 | 2 | 20 | 9.8 | 54.0 |
| 2 | 20 | 5 | 20 | 9.8 | 36.2 |
| 3 | 30 | 2 | 20 | 9.9 | $X$ |
| 4 | 30 | 5 | 20 | 9.9 | 35.4 |
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______（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:______。
(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______（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______。
答案
氢气和氯气
; Ⅱ
; 氢气
; 氯化钠$+$水$\xrightarrow{通电}$氢氧化钠$+$氢气$+$氯气 ; 不可以
; 氢氧化钠溶液的浓度越大，电解水的反应速率越快
; C
; 在30℃，氢氧化钠溶液的浓度
; 为5％的条件下，将电压改为14V，测定试管b中收集20mL气体所需的时间，然后与实验4作比较（答案合理即可）
; 减小
; 超声波振动能减小电极表面气泡的覆盖面积
; Ⅱ
; 氢气
; 氯化钠$+$水$\xrightarrow{通电}$氢氧化钠$+$氢气$+$氯气 ; 不可以
; 氢氧化钠溶液的浓度越大，电解水的反应速率越快
; C
; 在30℃，氢氧化钠溶液的浓度
; 为5％的条件下，将电压改为14V，测定试管b中收集20mL气体所需的时间，然后与实验4作比较（答案合理即可）
; 减小
; 超声波振动能减小电极表面气泡的覆盖面积
