4.3-水的组成（含培优竞赛试题）（原卷版）

4.2水的组成学习目标重难点1.掌握水的理化性质2.掌握氢气的验纯方法3.掌握电解水的现象及由此得出的结论4.理解水分解的微观过程5.理解单质、化合物、氧化物的概念重点：1.氢气的理化性质2.电解水的意义难点：1.氢气的验纯方法2.单质、化合物、氧化物概念的理解知识01氢气的性质和用途1.氢气的性质（1）物理性质颜色常温下的状态气味水溶性密度无色气体无臭难溶于水氢气最轻的气体，密度比空气小（2）化学性质——可燃性①混有一定量空气或氧气的氢气遇明火会发生爆炸。②氢气在空气中燃烧时．产生淡蓝色火焰。2.氢气在空气中燃烧（1）装置：（2）原理：氢气+氧气eq\o\ac(\s\up5(点燃),\s\do0(→))水2H2+O2eq\o\ac(\s\up5(点燃),\s\do0(→))2H2O（3）现象：烧杯内壁有水珠生成，烧杯变热；发出淡蓝色火焰。（4）实验结论：氢气在空气中能燃烧，生成水，放出热量；水中含有氢元素和氧元素。3.氢气的验纯如图所示，收集一试管氢气，用拇指堵住管口，管口向下，靠近火焰，移开拇指，如发出尖锐爆呜声表明气体不纯，如声音很小则表示气体较纯。Ⅰ.用拇指堵住集满Ⅱ.靠近火焰，移开氢气的试管口拇指点火4.氢气的用途（1）密度小——填充探空气球。（2）可燃性——作燃料。氢气知识补遗1、爆炸极限并不是氢气中混有空气或氧气，点燃就一定发生爆炸。如果空气里混入氢气的体积达到总体积的4.0%~74.2%，点燃时就会发生爆炸，这个范围叫做氢气的爆炸极限。2、气体验纯任何可燃性气体与空气或氧气混合，遇明火都有可能发生爆炸。因此，在点燃前都要检验纯度。3、氢气的可燃性应用该实验可以证明水由氢氧元素组成4、氢气的还原性现象：黑色粉末逐渐变成亮红色；试管口有水滴生成。原理：H2+CuOeq\o\ac(\s\up6(△),\o(==,===))Cu+H2O结论：氢气具有还原性水由氢氧元素组成步骤：通入H2→加热→熄灭酒精灯→继续通入H2直至完全冷却

1.氢能源的优点（1）氢气燃烧放出大量的热。（2）氢气燃烧的产物是水，不污染环境。（3）氢气可用水制取，原料来源广。2.氢能源不能大面积推广的原因（1）制取成本高；（2）贮存困难。1．我国发射的“天宫一号”目标飞行器和“神舟八号”飞船，实施了首次空间飞行器无人交会对接试验．“天宫一号”飞行器升空所用燃料之一为液氢．下列有关氢气的说法，你认为不正确的是A．氢气是一种无色、无臭、难溶于水的气体 B．氢气在空气中燃烧时，产生淡蓝色火焰 C．氢气和液氢的化学性质不同 D．点燃用排水法收集的一试管氢气，若发出尖锐的爆鸣声，则表明氢气不纯2．（2022云南昆明市中考）下列实验基本操作正确的是A．氢气验纯 B．量取液体C．检查气密性 D．倾倒液体3．长征五号遥五运载火箭采用液氧与液氢组合推进剂，下列有关说法错误的是A．液氢与液氧反应会释放出大量的能量 B．液氢汽化过程中，氢分子之间的间隔增大 C．液氢与液氧反应的本质是氢、氧原子的重新组合 D．液氢与液氧化合生成水，元素种类和化合价都不变4．2022年北京冬奥会秉持绿色环保理念，交通工具、火炬等都使用液氢作燃料。液氢作燃料的优点是；液氢和氢气都具有可燃性，从微观角度分析，原因是；相同质量的氢气比液氢体积大很多，原因是。知识02探究水的组成——电解水实验1.水的电解实验实验原理：水eq\o\ac(\s\up5(通电),\s\do0(→))氢气+氧气2H2Oeq\o\ac(\s\up7(通电),\o(===,====))2H2↑+O2↑。（1）实验装置：或（2）实验现象：通电一段时间后，与电极相连的试管中都收集到了一定量的气体，与正极相连的试管内收集到的气体体积小，与负极相连的试管内收集到的气体体积大，且体积比约为1:2。（3）检验气体：b（正极）管中产生的气体能使带火星的木条复燃，则是氧气；a（负极）管中产生的气体能被点燃，火焰呈淡蓝色，则是氢气。（4）实验结论：水在通电条件下能分解生成氢气和氧气，说明水是由氢元素和氧元素组成的。（5）注意事项：纯水不导电，为增强水的导电性，常常在水中加入少量NaOH或Na2SO4。规律小结：根据以上实验分析，可将电解水的规律巧记为：正氧负氢、氢二氧一。2.水的组成通过氢气的燃烧实验和水的电解实验可知：（1）宏观：水是由氢元素和氧元素组成的。（2）微观：水是由水分子构成的，每个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的。如图所示。电解水实验的考查要点1、电解水实验的现象（1）正极产生的气体是氧气；负极产生的气体是氢气。（2）两电极产生的气体体积之比为：V氢气:V氧气=2:1。注意：不是质量之比(若是图像形式呈现，要看清楚纵横坐标的意义)2、氢气与氧气的体积比大于2:1，可能的原因（1）氧气在水中的溶解性比氢气稍大；（2）氧气具有氧化性，部分氧气将金属电极氧化而消耗。3、证明水的组成的三个实验（1）氢气在氧气(或空气)中燃烧；（2）电解水实验；（3）氢气还原金属氧化物实验。4、电解水的微观解释每个水分子在电流的作用下，分解成两个氢原子和一个氧原子；每两个氢原子组合形成一个氢分子，每两个氧原子组合形成一个氧分子。结论：化学变化中分子可分成原子，原子重新组合成新的分子。1．（2023年四川省成都市中考）电解水，反应一段时间后，用燃着的木条检验生成的气体，记录的现象如下表。相关说法错误的是两电极正极端的玻璃管负极端的玻璃管现象有气泡体积为，木条燃得更旺体积为，气体燃烧A．通电前应将玻璃管内空气排尽 B．两电极产生气泡的速率不相同C．正极气体为氧气，负极气体为氢气 D．结合气体密度可计算水中氢、氧原子个数比2．（2023·广东广州·中考真题）用电解水实验探究水的元素组成，下列说法不正确的是A．a管和b管中气体体积比约为2：1B．b管中的气体能使燃着的木条烧得更旺C．该探究说明水中含有氢分子和氧分子D．该探究的依据是化学变化前后元素种类不变3．（2023·广东深圳·中考真题）下列说法正确的是A．a和b质量比为2：1 B．H2具有助燃性C．水是由氢元素和氧元素组成的 D．水的电解是物理变化4．（2023年湖南省益阳市中考化学真题）如图是通电一段时间后电解水的装置示意图。下列说法错误的是A．产生的气体a能使带火星的木条复燃B．产生气体b的一端电极与电源正极相连C．水中加入少量Na2SO4可以增强其导电性D．该实验证明水是由氢、氧两种元素组成的知识03单质、化合物和氧化物类别单质化合物氧化物概念由同种元素组成的纯净物由不同种元素组成的纯净物由两种元素组成，且其中一种元素是氧元素的化合物判断方法必须是纯净物；只含一种元素必须是纯净物；含两种或两种以上元素必须是化合物举例氮气(N2)、氢气(H2)、氧气(O2)、铁(Fe)和碳(C)等水(H2O)、二氧化碳(CO2)、高锰酸钾(KMnO4)、碳酸钠(Na2CO3)等水(H2O)、一氧化碳(CO)等关系化学概念的深入理解（1）不要被“洁净、混合”等字眼迷惑，洁净物不一定是纯净物，例如：洁净的空气、干净的矿泉水就是混合物。（2）不要被物质的名称迷惑，例如：二氧化碳是物质的名称，“氧”“碳”指组成物质的元素，不是两种物质，二氧化碳是纯净物，不是混合物。（3）注意观念之间的逻辑关系eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(并列关系：如纯净物和混合物；单质和化合物。,交叉关系：如化合反应与氧化反应；分解反应与氧化反应。,包含关系：如化合物和氧化物；化合物与酸、碱、盐。))考查概念间关系时，一定重点关注概念的内涵和外延！1．（2023年仪征市期中）下列物质或主要成分属于单质的是A.水晶（SiO2） B.液氧（O2）C大理石（CaCO3） D.氨气（NH3）2．（2023·广东·中考真题）下列物质均可用于杀菌消毒，其中属于氧化物的是A．O3 B．ClO2C．NaClO D．C2H5OH3．（2023·苏州市姑苏区南环实验中学期中）下图是表示气体分子的示意图，图中：“”和“”分别表示两种不同质子数的原子。其中可能表示氧化物的是A. B.C. D.1.氢气是密度最小的气体，为什么现在不再用于填充气球？氢气密度小，但是氢气有可燃性，遇明火可能发生爆炸，存在安全隐患。现在填充气球的替代气体是氦气，虽然密度比空气大，但无可燃性，性质稳定，使用安全。2.电解水过程中，为什么加热少量的氢氧化钠或硫酸钠？纯水不导电，加热少量的氢氧化钠或硫酸钠的目的是为了增强水的导电性。3.证明水是由氢氧元素组成的实验有哪些？（1）氢气在氧气(或空气)中燃烧；（2）电解水实验；（3）氢气还原金属氧化物实验。4.由同种元素组成的物质一定是单质吗？不一定！由同种元素组成的物质可能是单质，如O2，也可能是混合物，如如O2和O3组成的物质。题型一氢气的性质和用途例1.有关如图实验的说法正确的是（）A．点燃氢气前不用检验纯度B．干冷烧杯内壁无明显变化C．b管气体能使带火星木条复燃D．两个实验均可证明水的组成变式1.推理是学习化学的一种重要方法，但盲目推理又可能得出错误结论，以下推理正确的是A．分子可以构成物质，所以物质都是由分子构成 B．点燃氢气前必须检验其纯度，所以可燃性气体点燃前都需要验纯 C．单质是由同种元素组成的，所以由同种元素组成的物质都是单质 D．化学变化常常伴随能量的变化，所以有能量变化的都是化学变化例2.2020年7月23日，“天问一号”在中国文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空。长征五号遥四运载火箭使用了液氢和液氧作为推进剂，下列说法有误的是A．氢气是一种高能燃料 B．液氧是淡蓝色的液体 C．氢气燃烧的产物会污染空气 D．氧气液化时氧分子间的间隔变小变式2.2021年6月3日，我国用长征三号乙运载火箭成功将“风云四号02星”送入预定轨道，发射火箭用的燃料之一为液氢。下列说法合理的是A．液氢和液氧反应吸收热量 B．液氢燃烧后的产物是水，不污染空气 C．液氢贮存、运输都容易 D．氢气液化过程中，分子之间的间距不变题型二电解水实验例1.用如图所示装置进行电解水实验，下列说法错误的是A．M、N两导管口处收集的气体体积之比约为1:2B．水中可加入少量硫酸钠或氢氧化钠以增强导电性C．将带火星的木条放在M导管口处，木条会复燃D．将N处收集的气体靠近火焰，若发出很小的声音，说明气体不纯变式1.利用注射器进行电解水的实验，电极插入注射器筒内，装置示意图如图所示。下列说法不正确的是A．水中加入少量氢氧化钠，作用是增强水的导电性B．两个注射器内的原始液面、电极长度要保持一致C．左边注射器内产生的气体能使带火星的木条复燃D．实验成功时，左边注射器收集到的气体体积约是右边注射器的2倍例2.（2023年湖南省株洲市中考）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冷而干燥的小烧杯，过一会儿，观察到烧杯壁有______且烧杯外壁发热。反应的化学方程式为______。(2)实验2（电解法）：按图进行电解水实验。在两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______。A．点燃纯净的氢气会发生爆炸 B．含氧的化合物是氧化物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mg氢气，则同时产生了______g（用含m的代数式表示）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。请提出条预防和治理水体污染的措施______。变式2.（2023年四川省宜宾市中考）人类的日常生活和工农业生产离不开水。为探究水的组成及变化，某小同学设计下图装置进行电解水实验，先在电解器玻璃管里加满水(含少量NaOH)，再接通直流电源。已知：水中加入的NaOH只起增强导电性作用，本身不参与反应。回答下列问题：(1)电解时，乙玻璃管中产生气泡的位置在_____(填“a”“b”或“c”)处。(2)甲、乙两支玻璃管中生成气体的体积比约为_____。(3)切断电源后，用燃着的木条在乙玻璃管尖嘴口检验产生的气体，观察到的现象是_____。(4)电解时，水分子分解示意图如下，补全横线上的模型图。(5)电解纯水速率较慢，为探究不同电压和不同浓度NaOH溶液对电解水速率的影响，小组同学进行多次实验，测得产生20mL氢气所需时间如下图：①电解溶质质量分数为5%的NaOH溶液时，改变电压对电解水速率的影响是_____。②上述实验中，电解水速率最快的条件是_____。题型三单质、化合物、氧化物例1.（2023·黑龙江绥化·中考真题）下图中不同小球代表不同原子，其中能表示化合物的是A．

B．

C．

D．

变式1.（2023·福建·中考真题）气凝胶是一种密度特别小的新型固体材料。下列制备气凝胶的物质属于氧化物的是A．碳化硅 B．铜 C．二氧化硅 D．石墨例2.（2023年湖北省鄂州市中考化学真题）下列物质中，属于纯净物的是A．水泥砂浆 B．液态氧 C．洁净的空气 D．汽水变式2.（2023年辽宁省铁岭市、葫芦岛市中考化学真题）下列物质属于单质的是A．钢 B．银 C．干冰 D．冰水混合物1.(江苏省无锡市江阴市20222023学年九年级上学期期中)如图是电解水实验的改进装置(注射器活塞的润滑性很好)，以下说法正确的是A.a连接的是电源的正极，b连接的是负极B.右侧注射器收集到气体能燃烧C.该实验能证明水是由氢气和氧气组成D.该实验可以说明在化学变化中，分子可分，原子不可分2.(江苏省常州市金坛区20222023学年九年级期中)如图是电解水实验的示意图，下列说法正确的是A.图中表示的是氧分子B.该变化属于物理变化C.该实验说明水里有氢气和氧气D.负极与正极产生气体的质量比是2：13.(江苏省常州市溧阳市20222023学年九年级上学期期中)水是生命之源。下列有关水的说法正确的是A.水可以开发成能源B.水在自然界的循环主要是通过化学变化完成的C.电解水生成氢气和氧气说明水中含有氢气和氧气D.通过过滤操作可以把食盐从它的水溶液中分离出来4.(江苏省扬州市江都区八校20222023年九年级上学期期中联考)水在一定条件下可发生如图所示的转化。下列说法错误的是A.反应①为分解反应，反应②为化合反应B.整个转化过程中，循环利用的物质是水C.反应①是化学能转化为电能，反应②是电能转化为化学能D.整个转化过程说明水在解决能源危机中可发挥重要的作用5.（2022·山东日照·中考真题）用如图所示装置电解水，下列说法错误的是A．M、N两导管口处收集的气体质量之比是1：8B．水中可加入少量硫酸钠或氢氧化钠以增强导电性C．将带火星的木条放在M导管口处，木条会复燃D．N处收集的气体，靠近火焰，若发出尖锐的爆鸣声，说明不纯6.如图是电解水实验的改进装置，下列有关说法错误的是A．固定住一支注射器，向外拉动另一支注射器活塞，松开手后，活塞能恢复原位，说明装置气密性良好 B．U形管中加入的可以是硫酸钠稀溶液 C．实验时正、负两极产生气体的体积比约为1：2 D．正极产生的气体能燃烧7.（2022·湖北孝感·中考真题）如图是教材中两个实验，下列有关说法错误的是A．实验①点燃氢气之前要检验其纯度B．实验②a，b两管上方生成气体的体积比的为2：1C．两个实验中发生的反应都是分解反应D．两个实验均可证明水的组成8.(广州市番禺区洛溪新城中学20222023学年九年级上学期期末)下列各图“”和“”分别表示两种质子数不同的原子，其中能表示化合物的是A. B. C. D.9.(江苏省扬州市宝应县20222023学年九年级上学期期中)下图中“○”和“●”分别表示不同元素的原子，其中表示单质的是A. B. C. D.10.(江苏省无锡市梁溪区20222023学年九年级上学期期中)分类是研究物质的常用方法。如图是纯净物、单质、化合物、氧化物之间关系的形象表示，若整个大圈表示纯净物，则下列物质中属于Z范围的可能是A.液氧 B.高锰酸钾 C.太湖水 D.氧化铁11.(江苏省苏州市姑苏区胥江实验中学20222023学年九年级上学期期中)图中“●”和“O”表示两种不同元素的原子，下列图示中表示化合物的是A. B. C. D.二、填空题12.(江苏省南京市秦淮区六校20222023学年九年级上学期期中)水在生命活动和生产、生活中起着十分重要的作用。（1）从物质分类的角度看，水是___________（填“单质”或“化合物”）。（2）从微观构成的角度看，水是由___________构成的。（3）从宏观组成的角度看，水是由___________组成的。可以通过电解水的实验验证水的组成，装置如图1所示。玻璃管a中产生的气体是___________，该反应的化学方程式为___________。（4）从资源利用的角度看，水是生命之源。爱护水资源一方面要节约用水，另一方面要___________。图2所示装置中，活性炭可达到的目的有___________（填字母）。A．过滤杂质B．软化硬水C．吸附异味D．消毒杀菌13.(江苏省南京市建邺区20222023学年九年级上学期期中化学试题)人类生命活动离不开水。（1）地球上的总水量虽然很大，但淡水很少。其中陆地淡水约占全球水储量的（填字母序号）。A.96.5% B.71% C.2.53% D.0.77%（2）自来水厂净化水的主要步骤如图1所示。①明矾作絮凝剂可用于净水，是因为明矾溶于水生成的胶状物可以________悬浮于水中的杂质，使之从水中沉降出来。②下列关于过滤操作的叙述正确的是_______（填字母序号）。A.滤纸的边缘要低于漏斗口B.液面不要低于滤纸的边缘C.玻璃棒要靠在三层滤纸的一边D.漏斗下端的管口要紧靠烧杯的内壁③步骤X是________。④取少量净化后的水于试管中，________，则为硬水。（3）电解水实验可用来确定水的组成（见图2）。①a管是与电源的________（填“正极”或“负极”）相连。②设计实验验证a管中生成的气体。步骤现象结论________________________15.(江苏省连云港市20222023学年九年级上学期期中)水是生命之源。（1）自然界中的天然水通常含有许多杂质。要除去水中的不溶性杂质，可以进行______操作，该操作使用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和______其中玻璃棒的作用是______；要吸附掉一些有色有味的可溶性杂质，可以用______净水。（2）工业上和科学实验中软化硬水的方法很多，生活中通过______也可以降低水的硬度。（3）“天宫课堂”直播中宇航员告诉我们天宫中所用的氧气来自于电解水。①联系到化学课上的电解水实验，如图2所示：产生的玻璃管是______（填“a”或“b”），该反应的基本反应类型为_____。②生成的H2还可以与人呼出的CO2在一定条件下进行反应，实现了舱内物质循环利用，反应的微观过程如图所示。该反应中涉及到的氧化物有______种，写出C物质的化学式______。（4）爱护水资源是每个公民应尽的义务，请你写出一个防止水体污染的做法：______。16．水是生命活动不可缺少的物质。下图是探究水的组成实验装置，请回答相关的问题。(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图1中导管口吹出来的肥皂泡往上飘走，说明氢气的密度比空气。②该反应的化学符号表达式为。(2)电解水实验的简易装置如图2所示，a中收集到的气体是(填化学式)；从该实验得到关于水的组成的结论是；电解水反应的符号表达式为；从能量变化角度看，该过程是将能转化为化学能。17．如图是电解水实验装置图：（1）a试管中的气体是；b试管中的气体检验方法是。该反应的化学方程式是。（2）理论上ab试管中的气体体积比，实际实验过程中往往ab试管两种气体体积比比理论值偏高，可能的原因是。（写出一种可能）（3）结合实验和电解水微观解释图示，你能得到什么结论？（至少写一条）培优竞赛1．电解水，反应一段时间后，用燃着的木条检验生成的气体，记录的现象如下表。相关说法错误的是两电极正极端的玻璃管负极端的玻璃管现象有气泡体积为，木条燃得更旺体积为，气体燃烧A．通电前应将玻璃管内空气排尽 B．两电极产生气泡的速率不相同C．正极气体为氧气，负极气体为氢气 D．结合气体密度可计算水中氢、氧原子个数比2．如图是通电一段时间后电解水的装置示意图。下列说法错误的是A．产生的气体a能使带火星的木条复燃 B．产生气体b的一端电极与电源正极相连 C．水中加入少量Na2SO4可以增强其导电性 D．该实验证明水是由氢、氧两种元素组成的3．（2022年江苏省“金钥匙”科技竞赛（CESL）初赛）某化学兴趣小组用图1所示的装置，对氢氧化钙溶液进行探究。（1）在图1的A、B两个相同装置中，分别放入等体积的水和饱和石灰水，通电，发现B装置灯泡更亮，原因是___________；通电相同时间，发现B装置中两个电极附近产生气泡比A装置多，此条件下产生气泡的化学方程式为___________。（2）接通直流电，同时利用温度传感器测量溶液的温度。观察到B装置中插入溶液的两个碳棒（石墨）电极附近有气泡产生，一段时间后发现烧杯中的溶液的温度由24℃变为28℃，同时出现白色浑浊，这可能是因为析出了氢氧化钙固体，析出氢氧化钙固体的原因可能是________________，还可能是_____________________。（3）仔细观察，发现B装置中，白色浑浊出现在正极附近。联想电解水时，与电源正极相连的电极附近产生的___________气，它可能与石墨电极中的碳反应生成二氧化碳而使石灰水变浑浊，如果假设成立，则最后一步反应的化学方程式为___________。为了验证白色浑浊液体的成分，取上述实验得到的浑浊液体