第2章空氣與水資源第4節(jié)水的組成和凈化第1課時探究水的組成教學目標1.了解地球上水資源概況，認識水是人類不可缺少的寶貴資源；2.通過水的分解和合成反應實驗探究水的組成。重點和難點重點：實驗探究水的組成。難點：實驗探究水的組成?！糁R點一水的性質(zhì)1.物理性質(zhì)：①水在自然界中能以液態(tài)、固態(tài)、氣態(tài)三種狀態(tài)同時存在。與大多數(shù)物質(zhì)不同，水的凝固點是0℃，沸點是100℃，4℃時相對密度最大1g/cm3，水結(jié)冰時體積膨脹，所以冰的密度小于水的密度，能浮在水面上；氣態(tài)水無色無味。②不同狀態(tài)的水在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化。③水能夠溶解很多種物質(zhì)，是最常用的溶劑。2.化學性質(zhì):①在通電的條件下，能夠分解成氫氣和氧氣。②水能夠與二氧化碳等非金屬氧化物反應，生成碳酸等相應的酸。該反應的符號表達式為：CO2+H2O→H2CO3③水能夠與氧化鈣等金屬氧化物反應，生成氫氧化鈣等相應的堿。④水能夠與氧氣、鐵等金屬發(fā)生反應，使金屬銹蝕。⑤水與二氧化碳被綠色植物利用，能夠進行光合作用，合成有機物（主要是淀粉），該反應的符號表達式為：6CO2+6H2OC6H12O6+6O2。⑥水能夠跟較活潑金屬或碳反應（即氧化性），使氫被還原成氫氣；例如：C+H2OCO+H2等。即學即練1.下列有關(guān)水的說法，不正確的是A．用完水后隨手關(guān)閉水龍頭B．農(nóng)業(yè)上合理施用化肥和農(nóng)藥C．淡水資源是取之不盡，用之不竭的資源D．水是由氫元素和氧元素組成的2．水是生命之源。下列有關(guān)水的說法錯誤的是A．水在固態(tài)時分子也是不斷運動的 B．保持水的化學性質(zhì)的微粒是水分子C．可用肥皂水區(qū)分硬水和軟水 D．水是由2個氫元素和1個氧元素組成的◆知識點二水的電解實驗1.實驗用品有：水槽、試管、直流電、石墨電極（正極不能用銅等金屬或與氧氣反應的電極）、12V的直流電源。2.實驗內(nèi)容：實驗裝置（1）向圖所示的裝置中加入純凈的水，接通直流電源，觀察實驗現(xiàn)象。（2）將一根帶火星的木條平放在與電源正極相連的玻璃管的尖嘴處，打開活塞，觀察實驗現(xiàn)象，并推斷氣體成分。（3）打開與電源負極相連的玻璃管的活塞，在玻璃管的尖嘴處點燃（或用一支小試管收集生成的氣體后移至酒精燈火焰處），觀察實驗現(xiàn)象，并推斷氣體成分。實驗現(xiàn)象通電后，兩個電極表面都有無色氣泡產(chǎn)生，兩個玻璃管內(nèi)液面均下降；與電源正極相連的玻璃管內(nèi)液面下降較慢，與電源負極相連的玻璃管內(nèi)液面下降較快，一段時間后與電源正、負極相連的玻璃管內(nèi)產(chǎn)生氣體的體積比約為1:2

；與電源正極相連的玻璃管中的氣體：用帶火星的木條檢驗，木條復燃，證明氣體是氧氣_____________________________與電源負極相連的玻璃管中的氣體：點燃，氣體能燃燒，火焰呈淡藍色，證明氣體是氫氣_____________________________實驗分析氫氣是由氫元素組成的，氧氣是由氧元素組成的，根據(jù)化學反應前后元素種類不變，可以推斷水是由氫、氧兩種元素組成的表達式文字表達式：（分解反應）；符號表達式：實驗結(jié)論（1）水在通電的條件下能發(fā)生分解反應，生成氫氣和氧氣；（2）水是由氫、氧兩種元素組成的。教材拓展：教材拓展：1.電解水實驗時的電源選擇直流電，若用交流電會有爆炸危險。電解過程中，電能轉(zhuǎn)化為化學能；2.電解水實驗時水中加入硫酸鈉或氫氧化鈉的目的：增強水的導電性；3.電解水實驗時氣體聚集在玻璃管上端，說明氣體密度小于水，且溶解性不大；4.水的煮沸過程是物理變化，水的分解過程是化學變化。即學即練如圖是電解水的裝置示意圖，下列說法不正確的是A．a(chǎn)端是電源的負極B．該實驗說明水由氫元素和氧元素組成C．電解水時，在水中加入少量氫氧化鈉可以增強水的導電性D．試管c中收集的氣體與試管d中收集的氣體的質(zhì)量比約為1∶22.電解水的簡易實驗裝置如圖所示。下列說法不正確的是A．甲管中的電極連接的是電源正極B．乙管中的氣體能使帶火星的木條復燃C．該實驗生成的氫氣與氧氣的質(zhì)量比為1：8D．該實驗可證明水是由氫、氧兩種元素組成的◆知識點三氫氣1.氫氣的性質(zhì)（1）物理性質(zhì)：氫氣是一種無色、無味的氣體，難溶于水，密度比空氣的?。ㄗ钶p的氣體）。（2）化學性質(zhì)：可燃性、還原性。2.氫氣的燃燒（1）實驗原理：文字表達式：（化合反應）；符號表達式：（2）實驗內(nèi)容：實驗操作實驗現(xiàn)象實驗分析在空氣中點燃純凈的氫氣氫氣安靜燃燒，產(chǎn)生淡藍色火焰氫氣具有可燃性在火焰上方罩一個干而冷的燒杯燒杯內(nèi)部會出現(xiàn)小液滴，觸摸燒杯外壁感覺到發(fā)燙燃燒放熱，生成水結(jié)論水中含有氫元素和氧元素（3）注意事項：不純的氫氣(混有一定量空氣或氧氣)遇明火可能會爆炸，氫氣的爆炸極限的體積分數(shù)為4%～74.2%。因此點燃前必須驗純【收集一試管氫氣，用拇指堵住，移近火焰移開拇指點火，若發(fā)出尖銳的爆鳴聲表明氫氣不純（此時點燃較危險）；若聲音很小則表明氫氣較純?！拷滩耐卣梗航滩耐卣梗?.證明氫氣密度比空氣小的方法：用氫氣吹肥皂泡，若肥皂泡上升，則密度比空氣小；2.氫氣是理想能源，原因是燃燒產(chǎn)生的熱值大，燃燒產(chǎn)物是水，不產(chǎn)生污染生成的水又可循環(huán)使用。液氫已被廣泛用作火箭和航天動力燃料。3.利用太陽光分解水：20世紀70年代，科學家通過大量研究表明，用TiO2等物質(zhì)作為催化劑，利用太陽光可以直接將水分解為氫氣和氧氣。近年來，中國科學技術(shù)大學研究人員的一系列研究表明，采用納米級的硅、石墨烯等材料作為催化劑，在太陽光下分解水的效果良好，這為水分解實現(xiàn)工業(yè)化制氫提供了新思路。一旦解決了氫氣制取、氫氣分離和安全儲運等瓶頸問題，就能真正打開“氫能時代”的大門，實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。即學即練1.1784年，科學家卡文迪許演示了“易燃空氣”的燃燒，發(fā)現(xiàn)燃燒產(chǎn)物只有水。據(jù)此判斷“易燃空氣”是A．氫氣 B．氮氣 C．二氧化碳 D．氧氣2.同學們在學習水的電解后，在老師的指導下自己動手探究水的組成。他們依次進行了電解水、氫氣燃燒的化學實驗，如下圖所示，試回答下列問題：

步驟一：制取一瓶氧氣步驟二：干燥純凈的氫氣在這瓶氧氣中燃燒

圖一：電解水圖二：氫氣燃燒(1)電解水時，要在水中加入一些硫酸鈉的目的是，在圖一實驗裝置中，電源A是極，反應的符號表達式是。(2)有同學認為圖二氫氣燃燒的實驗操作不能達到實驗目的，原因是。(3)小明同學自己動手設(shè)計實驗，探究氫氣燃燒時參加化學反應的氫氣和氧氣體積比關(guān)系。如圖是他繪制的實驗數(shù)據(jù)關(guān)系圖，橫坐標表示氧氣的體積，縱坐標表示反應后剩余氣體的體積，氣體體積均在同溫同壓下測定。

試回答：a、氫氣燃燒時參加化學反應的氫氣和氧氣體積比是；b、反應前原有氫氣的體積是升。電解水時的誤差分析因氧氣、氫氣在水中的溶解度不同造成；由于氧氣的溶解度比氫氣的稍大些，導致氧氣、氫氣的體積比小于1：2。因電極的氧化造成：當使用金屬電極進行實驗時，由于氧氣的化學性質(zhì)比較活潑，所以有可能有一部分氧氣在電極處與電極發(fā)生了反應，使氧氣損耗了一部分；導致氧氣、氫氣的體積比小于1：2。因電極產(chǎn)生副反應等造成：如用稀硫酸溶液作電解液，可能會有副反應發(fā)生；副反應生成的過氧化氫在酸性溶液中較穩(wěn)定，不易放出氧氣，從而使生成的氫氣增多了，導致氧氣、氫氣的體積比小于1：2；克服的辦法是，在電解液中加入堿比加入酸的誤差會小些，或者事先將電解液用氧氣飽和，可以消除因溶解度不同而產(chǎn)生的誤差，或者電極不能是金屬或易與氧氣、氫氣反應等。電解水實驗產(chǎn)生的氣體體積比和質(zhì)量比圖像1.電解水實驗產(chǎn)生的氫氣：氧氣的體積比約為2:1；2.電解水實驗產(chǎn)生的氫氣：氧氣的質(zhì)量比約為1:8。實踐應用1.下列有關(guān)水電解實驗的說法正確的是（）A．實驗過程中漏斗內(nèi)液面高度不變B．該實驗說明水是由氫氣和氧氣組成的C．乙管產(chǎn)生的氣體能燃燒，火焰為淡藍色D．甲、乙管中氣體體積比大于2：1，可能與兩種氣體的溶解性有關(guān)2.在宏觀、微觀和符號之間建立聯(lián)系是化學特有的思維方式。根據(jù)電解水的實驗，回答下列問題。(1)從宏觀上觀察：如圖所示，試管a和b中產(chǎn)生氣體的體積比約為。(2)b中產(chǎn)生的氣體是（填化學式），氣體a是（填名稱），被譽為“最清潔的燃料”，a點燃前要；水中可加入氫氧化鈉是為了：。(3)從微觀上分析：下列說法正確的是（填序號）。A．水是由氫氣和氧氣構(gòu)成的B．水是由氫原子和氧原子構(gòu)成的C．每個水分子是由2個氫原子和1個氧原子構(gòu)成的(4)電解水的文字表達式為。3.如圖1為某同學進行電解水實驗的裝置圖，試回答下列問題：

(1)圖1中A端為電源的（填“正”或“負”）極。(2)在電解水實驗中，將兩極產(chǎn)生的氣體的體積與時間的關(guān)系繪制成如圖2所示的圖像。由圖2看出，a氣體是，b氣體是。(3)從微觀上分析：下列說法正確的是（填字母）。A．水是由氫氣和氧氣組成的B．水是由氫原子和氧原子構(gòu)成的C．每個水分子是由2個氫原子和1個氧原子構(gòu)成的(4)如果管C中氣體的體積為10mL，則管D中氣體的體積約為。實驗操作中，發(fā)現(xiàn)二者體積比偏小，造成體積比偏小的原因可能是。(5)實驗中用檢驗管C中氣體，觀察到的現(xiàn)象是。(6)寫出水在通電條件下反應的文字表達式，反應前后沒有改變的微粒是（填寫具體微粒符號）。反應前后改變的微粒是（填寫具體微粒名稱）。該反應的基本類型是?？键c一電解水實驗【例1】下列關(guān)于水的電解實驗（如圖所示）的說法中正確的是（）A．該實驗說明了水是由氫氣和氧氣組成的B．該實驗的目的是檢驗生成物的性質(zhì)C．試管a中的氣體是氧氣，試管b中的氣體是氫氣D．該實驗說明水由氫元素和氧元素組成【例2】如圖所示裝置能快速測定水的組成，己知氣球容積遠大于Y形管容積，實驗開始時Y形管和氣球中均充滿水。下列說法正確的是A．電解水是一種凈水的方法B．Y形管右邊生成的氣體可以使帶火星的木條復燃C．該實驗說明水由氫氣和氧氣組成D．實驗時可在水中加少量硫酸鈉或氫氧化鈉解題要點:【變式1-1解題要點:如下圖是電解水的實驗裝置，A為電源的極(填“正”或“負”)，C、D兩支試管中氣體的體積比約為，質(zhì)量比約為，由該實驗可以得出水是由組成的。電解水實驗中在水中加入少許氫氧化鈉溶液，其目的是?！咀兪?-1】如圖是興趣小組設(shè)計的電解水實驗裝置，下列有關(guān)說法錯誤的是A．M、N兩導管口處收集的氣體體積比為1：2B．將帶火星的木條放在N導管口處，木條會復燃C．M處收集的氣體可以供給呼吸D．在水中加入少量硫酸鈉溶液，可增強水的導電性考點二氫氣的燃燒及其性質(zhì)【例3】下列關(guān)于由氫氣的性質(zhì)實驗推導的說法中，不正確的是（）A．氫氣難溶于水，如果要收集產(chǎn)生的氫氣，可以用排水法收集B．氫氣燃燒時，火焰上罩的燒杯，內(nèi)壁有水珠，說明氫氣燃燒生成了水C．將裝有氫氣的試管移近酒精燈火焰，松開拇指時聽到“噗”的一聲說明氫氣較純D．點燃氫氣前一定要檢驗純度，但點燃其他氣體時，并非都要驗純解題要點解題要點：1.熟練掌握氫氣的性質(zhì)，利用氫氣的特性推斷其用途和收集方法；2.注意氫氣燃燒實驗的現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)象可推出氫氣的相關(guān)性質(zhì)。3.氫氣具有可燃性，在不純的情況下容易爆炸，所以在做氫氣燃燒的相關(guān)實驗前應先對氫氣驗純，確保氫氣純凈再繼續(xù)實驗。【變式3-1】有關(guān)如圖所示實驗的說法不正確的是A．電解水時常加入少量稀硫酸以增強水的導電性B．純凈的氫氣燃燒時，產(chǎn)生淡藍色火焰，放出熱量C．a(chǎn)管與b管收集的氣體質(zhì)量比為1：2D．兩個實驗均可證明水的組成考點三水的組成及性質(zhì)【例4】下列關(guān)于水的說法不正確的是()A．水是生命活動不可缺少的物質(zhì)B．常溫下水是液態(tài)的C．水是由氫氣和氧氣兩種物質(zhì)組成的D．水既可以作為反應物也可以作為生成物解題要點：1.由電解水和氫氣的燃燒兩個實驗的結(jié)論分析可知水是由氫元素和氧元素組成的；2.水在不同溫度和壓強下有不同的三種狀態(tài)，在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化?！咀兪浇忸}要點：1.由電解水和氫氣的燃燒兩個實驗的結(jié)論分析可知水是由氫元素和氧元素組成的；2.水在不同溫度和壓強下有不同的三種狀態(tài)，在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化。A．不同狀態(tài)的水在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化B．電解水生成氫氣與氧氣的質(zhì)量比為1：8C．電解水生成氫氣和氧氣說明水是由氫氣、氧氣組成D．合理使用農(nóng)藥、化肥以減少水體污染基礎(chǔ)達標1．水是生命之源。下列有關(guān)水的說法正確的是A．水變?nèi)加涂梢詫崿F(xiàn)B．生活中常用煮沸的方法降低水的硬度C．冰水共存物屬于混合物D．水電解時產(chǎn)生的氫氣與氧氣的質(zhì)量比為2：12．下列是網(wǎng)民對保護湘江提出的一些看法，你認為合理的是A．堅決杜絕使用農(nóng)藥和化肥B．工業(yè)廢水經(jīng)過處理，達到標準之后再排放C．生活污水任意排放不會造成水體污染D．淡水資源取之不盡，用之不竭3．下圖是電解水實驗的裝置圖，下列說法正確的是

A．往水中加入氫氧化鈉或硫酸鈉以增強導電性 B．用帶火星的木條檢驗兩管產(chǎn)生的氣體C．經(jīng)檢驗a管產(chǎn)生的氣體是氧氣 D．通過實驗證明了水分子由氫元素和氧元素組成4．水是生命之源，下列有關(guān)水的說法正確的是A．用廢水澆灌農(nóng)田以降低成本B．使用含磷洗滌劑減少水體污染C．愛護水資源主要從節(jié)約用水和防治水體污染兩方面采取相應措施D．地球上的水儲量是豐富的，可供利用的淡水資源是無限的5.關(guān)于課本中用加入少量硫酸鈉的水進行電解水實驗，說法錯誤的是A．硫酸鈉可以增強水的導電性 B．該反應屬于分解反應C．正極產(chǎn)生的氣體能燃燒 D．說明水由氫元素和氧元素組成6.科學家通過水的生成和水的分解來認識水的組成。電解水的實驗如下圖所示。下列說法正確的是A．a(chǎn)管與電源正極相連 B．b管中的氣體能燃燒C．c中液面實驗過程中會下降 D．該實驗可證明水是由氫、氧元素組成的7.如圖是教材中兩個實驗，下列有關(guān)說法錯誤的是（）A．實驗①點燃氫氣之前要檢驗其純度 B．實驗②a、b兩管上方生成氣體的體積比約為2：1 C．兩個實驗中發(fā)生的反應都是分解反應 D．兩個實驗均可證明水的組成8.如圖是電解水的實驗裝置，下列相關(guān)說法正確的是（）A．M、N氣體體積比為1：2 B．點燃N氣體產(chǎn)生淡藍色火焰 C．水中含有氫分子和氧分子 D．水由氫元素和氧元素組成9.江海大地河網(wǎng)密布，水資源豐富。下列有利于構(gòu)建人水和諧新南通的是（）A．直接向河流中排放生活廢水 B．及時清理河道垃圾 C．大量抽取地下水作工業(yè)用水 D．過度繁殖水生植物10.水是重要的資源，下列有關(guān)電解水實驗的說法正確的是（）A．負極收集到的氣體能使帶火星的木條復燃B．該實驗所得氫氣和氧氣的質(zhì)量比約為2:1C．該實驗能證明水中含有氫氣和氧氣D．該反應可將電能轉(zhuǎn)化成化學能11.用如圖所示裝置進行電解水實驗，下列說法錯誤的是（）A．M、N兩導管口處收集的氣體體積之比約為1：2 B．水中可加入少量硫酸鈉或氫氧化鈉以增強導電性 C．將帶火星的木條放在M導管口處，木條會復燃 D．將N處收集的氣體靠近火焰，若發(fā)出很小的聲音，說明氣體不純12.18世紀末，人們就開始了對水的組成的研究。(1)英國科學家普利斯特里把“易燃空氣”(氫氣)和空氣混合后盛在干燥、潔凈的玻璃瓶中，當用電火花點火時發(fā)出震耳的爆鳴聲，且玻璃瓶內(nèi)壁上出現(xiàn)了液滴。不久，卡文迪許用純氧代替空氣進行上述實驗，確認所得液滴是水?；诳ㄎ牡显S實驗，可得出的關(guān)于水的組成的結(jié)論是_______(填字母)。A．水是由氫氣和氧氣組成的B．水是由氫元素和氧元素組成的C．水是由2個氫元素和1個氧元素構(gòu)成的(2)后來，科學家進一步利用電解水實驗(如圖甲所示)證明水的組成。實驗中得到氧氣的試管是(填“1”或“2”)，電解水過程中，發(fā)生變化的粒子名稱是。(3)圖乙是氫氣驗純的方法，點燃前試管口朝下的原因是。綜合應用13.實驗小組同學利用下圖裝置進行電解水實驗，觀察到正、負極產(chǎn)生氣體體積比小于理論值1：2。實驗研究了影響氣體體積比的因素，結(jié)果見下表。下列說法錯誤的是序號電極材料溶解在水中的物質(zhì)研究結(jié)果①鉑絲NaOH②鉑絲③石墨④石墨NaOH⑤鉑絲NaOH、、（氣體達飽和）A．正極產(chǎn)生的氣體是B．對比①④或②③，說明石墨電極可能不利于的獲取C．正、負極氣體體積比小于1：2可能與和在水中的溶解性有關(guān)D．電極材料相同時，使用NaOH溶液的實驗效果均優(yōu)于溶液14.圖1是電解水的裝置，圖2是甲、乙試管中收集到的氣體體積與時間的關(guān)系圖。若甲試管中生成氣體N，下列說法不正確的是A．a(chǎn)應接電源正極B．氣體M能使帶火星的木條復燃C．該實驗說明水是由氫元素和氧元素組成的D．8min時產(chǎn)生的H2和O2的體積比是2:115．電解水實驗中產(chǎn)生氣體的體積與反應時間的關(guān)系如圖所示。下列分析正確的是A．與電源負極相連的電極上產(chǎn)生的氣體是NB．檢驗氣體M、N可證明水的組成C．氣體M、N的質(zhì)量比為1：2D．通電后氣體產(chǎn)生的速率相同16．同學們在完成“電解水實驗”時，發(fā)現(xiàn)該反應速率較慢，且產(chǎn)物氫氣與氧氣的體積比很難達到理論值。為探究電解水時所需NaOH溶液的最佳濃度，在圖1所示裝置中分別注入質(zhì)量分數(shù)為10%、12%、14%、16%、18%、20%的NaOH溶液，在9V電壓下電解3min，產(chǎn)生氫氣和氧氣的體積如圖2所示。下列說法不正確的是A．管a應與電源的負極相連B．管b中產(chǎn)生的氣體不可做燃料C．電解質(zhì)量分數(shù)為20%的NaOH溶液所產(chǎn)生的氫氣、氧氣體積比最接近理論值D．該實驗能推出的結(jié)論是水由氫元素與氧元素組成17．閱讀短文，回答問題火箭的燃料多種多樣，其中液氫燃料是最清潔的火箭燃料，燃燒產(chǎn)物是水。也是未來火箭燃料的發(fā)展趨勢之一。液氫由氣態(tài)氫氣加壓降溫制成，氫氣在通常狀況下，是一種無色無味、難溶于水、在相同條件下密度最小的氣體。它在空氣中能安靜地燃燒，產(chǎn)生淡藍色的火焰。工業(yè)上常用電解水的方法制取氫氣，水在通電的條件下生成氫氣和氧氣。氫氣由于制取原料(以水為原料制取)豐富、燃燒產(chǎn)物是水(無污染)、燃燒放出熱量多等優(yōu)點，因此被人們所推崇。(1)氫氣的物理性質(zhì)