第4节 水的组成和净化 第1课时（导学案）（解析版）

第4节水的组成和净化第1课时探究水的组成一、知识目标1.通过水的分解和合成反应实验探究水的组成。二、核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：学生通过观察电解水实验中两极产生气泡、氢气与氧气体积比约为2:1的宏观现象，以及氢气燃烧时产生淡蓝色火焰并生成水雾的实验事实，辨识水的分解与合成反应的宏观特征，建立“水由氢、氧元素组成”的微观认知，形成宏观现象与微观粒子变化的关联思维。2.证据推理与模型认知：基于电解水时负极产生的气体能燃烧（氢气）、正极产生的气体能使带火星木条复燃（氧气），以及氢气燃烧生成水等实验证据，结合“化学反应前后元素种类不变”的规律，推理得出水的组成；构建“通过物质分解或合成的化学反应，依据产物组成推断原物质元素组成”的认知模型。3.科学态度与社会责任：通过参与电解水、氢气燃烧等实验的观察与分析，体验“提出问题—实验探究—收集证据—得出结论”的科学探究过程，掌握氢气验纯等实验安全规范；结合“利用太阳光和催化剂分解水”等拓展知识，激发对水分解实验的改进思路和创新意识，认识科学技术在物质组成探究中的重要作用。一、学习重点1.通过水的分解和合成反应实验探究水的组成。二、学习难点1.通过电解水实验，观察两极产生的气体体积比、验证气体成分，学会运用“现象→证据→结论”的科学探究方法，培养实验观察、记录和分析能力。一、探究水的组成1.水的物理性质水在自然界中能以液态、固态、气态三种状态同时存在。固态水（冰）的密度比液态水小（填“大”或“小”），可以浮在水面上。水加热煮沸产生水蒸气，水蒸气冷凝又变成液态的水，这一系列属于物理变化（填“物理”或“化学”）。2.电解水实验实验目的：利用化学反应使水分解，研究分解产物。实验改进：向水中加入少量氢氧化钠以增强导电性。实验现象：与电源正极相连的玻璃管内气体使带火星木条复燃，说明是氧气；与电源负极相连的玻璃管内气体能在空气中燃烧，说明是氢气。实验结论：说明水是由氢元素和氧元素组成的。3.氢气燃烧实验纯净氢气燃烧现象：产生淡蓝色的火焰，烧杯内壁凝结有水雾。反应表达式：氢气+氧气水。点燃氢气前必须先检验氢气的纯度，若发出尖锐爆鸣声说明气体不纯。一、新课导入问题思考：你能列举生活中哪些地方需要用水吗？这些水来自哪里？答案：生活饮用、农业灌溉、工业生产等，水可能来自河流、水库等。二、探究水的组成活动一：水的三态变化问题思考：水有哪些存在形态？固态水和液态水的密度关系有什么特殊性？答案：液态、固态、气态；冰能浮在水面上说明密度比水小。问题探究：水的三态变化属于什么变化，这种变化能用于研究水的组成吗？为什么？答案：属于物理变化，不能，因为物理变化没有新物质生成，无法体现物质的组成。问题讨论：你能提出研究水的组成的实验方案吗？答案：把水分解，看看生成什么产物，或者用其他知道组成的物质去合成水。活动二：电解水实验探究问题观察：你观察到哪些现象？答案：电源两极玻璃管均有气体产生，负极与正极气体体积比约为2:1，正极产生的气体可以使带火星的木条复燃，负极产生的气体可以燃烧。问题探究：根据以上实验现象你可以推断出什么结论？答案：水在通电的条件下能发生分解反应，生成氢气和氧气。氢气由氢元素组成，氧气由氧元素组成，所以水是由氢、氧元素组成。问题迁移：水在煮沸过程中会变成水蒸气，水蒸气在一定条件下可以部分分解产生氢气和氧气。上述两个过程各发生了什么变化？答案：水在煮沸过程中会变成水蒸气，没有产生新物质，是物理变化；水蒸气在一定条件下可以部分分解产生氢气和氧气，产生了新物质，是化学变化。典例：我国科学家已成功开发出海水电解制氢技术。在这个领域走在了世界前列。下列有关说法不正确的是（）A．电解水时正极产生氢气B．此技术需要克服海水对设备的腐蚀问题C．此技术需要考虑海水中的盐分及杂质对电解水的干扰D．可以利用风力发电、太阳能发电等绿电技术为电解海水提供能源答案：A。A.电解水时，与电源正极相连的玻璃管内生成的气体是氧气，与负极相连的玻璃管内生成的气体是氢气。因此“正极产生氢气”的说法错误，符合题意；B.海水中含大量盐分及腐蚀性离子，长期电解会腐蚀设备。该技术需克服此问题，说法正确；C.海水中的杂质可能干扰电解反应或产生副产物（如氯气），需提前净化处理，说法正确；D.风力、太阳能发电属于绿色能源，可为电解提供清洁电力，符合可持续发展理念，说法正确。所以答案选A。三、氢气活动一：氢气的物理性质问题探究：在电解水实验中，负极产生了氢气，结合刚才的实验现象和生活经验，说说氢气有哪些物理性质？答案：结合刚才电解水的实验可知，氢气常温下是无色无味的气体，难溶于水，结合生活中的氢气球往上飞的现象，可知氢气密度比空气小。问题思考：根据氢气的性质，推测氢气可以用什么方法收集？答案：氢气密度比空气小，可用向下排空气法收集，氢气难溶于水，可以用排水法收集。活动二：氢气燃烧实验问题观察：你观察到什么现象？答案：产生淡蓝色火焰，放出大量热，烧杯内壁凝结有水雾。问题探究：根据以上实验现象你可以推断出什么结论？答案：烧杯内壁凝结有水雾，说明氢气燃烧生成了水。问题思考：点燃氢气前为什么必须验纯？答案：氢气不纯时可能会发生爆炸，有安全隐患。典例：中科院赣江创新研究院等开发出的高储氢密度和放氢速率的合金储氢材料，能延长手持氢气火炬的续航时间。下列关于氢气的说法不正确的是(

)A.氢气燃烧产生淡蓝色火焰B.氢气燃烧不会产生污染物C.点燃氢气发出爆鸣声说明氢气不纯D.氢气燃烧实验不能用于探究水的组成答案：D。A选项正确，纯净的氢气在空气中燃烧，产生淡蓝色的火焰；B选项正确，氢气燃烧的产物仅为水，无污染物；C选项正确，点燃氢气时发出尖锐爆鸣声说明气体不纯，爆鸣声是氢气与空气混合遇火爆炸的特征；D选项错误，氢气燃烧实验可说明氢气与氧气反应生成水→水由氢元素和氧元素组成，该实验是探究水组成的核心方法之一。故选D。1.某同学进行水的组成及变化的探究，其中操作错误的是（）A．检验氧气 B．氢气验纯C．

点燃氢气 D．

熄灭酒精灯【答案】D【解析】A选项正确，正极产生的气体为氧气，检验氧气可用带火星木条；B选项正确，点燃氢气前要验纯，用大拇指捂住试管口，靠近酒精灯火焰；C选项正确，点燃氢气后，用烧杯罩住，检验生成物；D选项错误，不能用嘴吹灭酒精灯，否则可能引发火灾。因此，只有D选项正确。2.H2的燃烧和水的电解实验如图所示。下列说法正确的是（）A．点燃H2前不用检验纯度 B．干冷烧杯内壁无明显变化C．a管内的气体是H2 D．a、b两管内气体的体积比约为1:2【答案】D【解析】A选项错误，点燃氢气前必须检验纯度，氢气不纯可能会引起爆炸；B选项错误，氢气燃烧会生成水，在干冷的烧杯内壁会有水雾形成；C选项错误，a管对应电源的正极，产生的气体为氧气；D选项正确，正极与负极产生的气体的体积比为1:2。故选D。3.下列有关氢气的说法不正确的是(

)A.氢气在空气中燃烧只生成水B.氢气在空气中燃烧产生淡蓝色火焰C.氢气是无色、无臭、难溶于水的气体D.点燃氢气，发出尖锐的爆鸣声，说明氢气较纯【答案】D【解析】A选项，氢气在空气中燃烧，反应物为氢气和氧气，生成物只有水，该说法正确；B选项，氢气在空气中燃烧时会产生淡蓝色火焰，这是其燃烧的典型现象，该说法正确；C选项，氢气的物理性质为无色、无臭、难溶于水的气体，该说法正确；D选项，点燃氢气时，发出尖锐的爆鸣声说明氢气不纯，声音很小才说明气体较纯，该说法不正确。因此，答案选D。4.下列关于电解水的叙述中错误的是（）A．为增强水的导电性，常在水中加入少量的氢氧化钠溶液B．在水电解器中加满水，然后接通直流电源C．电解水的实验证明水是由氢、氧两种元素组成的D．与电源正极相连的玻璃管内得到的气体能在空气中燃烧【答案】D【解析】A选项，氢氧化钠在水中能解离出自由移动的离子，因此在水中加入少量氢氧化钠溶液可增强水的导电性，该叙述正确；B选项，电解水实验时，需在水电解器中加满水并接通直流电源，这是实验的基本操作要求，该叙述正确；C选项，电解水生成氢气和氧气，根据化学反应前后元素种类不变，可证明水是由氢、氧两种元素组成的，该叙述正确；D选项，与电源正极相连的玻璃管内得到的气体是氧气，氧气具有助燃性，不能在空气中燃烧，该叙述错误。因此，答案选D。5.如图是电解水的实验装置，下列相关说法错误的是（）A．电极N与电源负极相连B．正极生成的气体燃烧时产生淡蓝色火焰C．实验前加入少量硫酸钠，增强导电性D．根据实验可得出水由氢元素和氧元素组成【答案】B【解析】A选项，电解水时负极产生氢气，体积大，电极N连接的管内气体多，所以电极N与电源负极相连，该说法正确；B选项，正极生成的气体是氧气，氧气具有助燃性，不能燃烧，不会产生淡蓝色火焰，该说法错误；C选项，硫酸钠在水中能解离出自由移动的离子，实验前加入少量硫酸钠可增强导电性，该说法正确；D选项，电解水生成氢气和氧气，根据化学反应前后元素种类不变，可得出水由氢元素和氧元素组成，该说法正确。所以选B。一、探究水的组成1.电解水实验​实验现象：两极产生气体，体积比V正：V负=1:2气体验证：正极气体能使带火星的木条复燃，为氧气；负极气体能燃烧，产生淡蓝色火焰，为氢气。​文字表达式为：水氢气+氧气。实验结论：水由氢元素和氧元素组成。2.氢气燃烧实验​实验现象：淡蓝色火焰，放出大量热，烧杯内壁出现水雾。文字表达式为：氢气+氧气水。​实验结论：水由氢、氧元素组成。二、氢气1.物理性质：无色、无臭、密度最小（0.089g/L）、难溶于水。收集方法：排水法或向下排空气法。2.化学性质：可燃性：燃烧生成水（唯一产物，无污染）。3.安全操作：点燃前必须验纯！尖锐爆鸣声→不纯；轻微“噗”声→较纯。考点1水的组成实验1．（2025·河南周口·三模）某同学利用如图创新装置探究水的组成。下列说法不正确的是（）A．a中气体能使带有火星的木条复燃B．a、b中气体的体积比大约为2：1C．滴加氢氧化钠溶液是为了增强水的导电性D．结合实验现象可知，水由氢元素和氧元素组成【答案】B【解析】A、a连接电源正极，产生的气体是氧气，氧气具有助燃性，能使带火星的木条复燃，正确，不符合题意；B、电解水时，正极产生氧气，负极产生氢气，氧气和氢气的体积比约为，a连接电源正极产生氧气，b连接电源负极产生氢气，a、b中气体的体积比大约为，错误，符合题意；C、纯水导电性较弱，滴加氢氧化钠溶液后，溶液中自由移动的离子增多，可增强水的导电性，正确，不符合题意；D、电解水生成氢气和氧气，氢气由氢元素组成，氧气由氧元素组成，根据化学反应前后元素种类不变，可推断出水由氢元素和氧元素组成，正确，不符合题意。故填：B。2．下列有关电解水实验的说法，正确的是（）A．电解水得到氢气和氧气的质量比为B．电解水实验中正极获得的是氢气C．电解水时正负两极所得气体体积比是8：1D．电解水时向水中加入少量硫酸钠以增强导电性【答案】D【分析】本题考查电解水实验的相关知识。电解水的化学方程式为：，实验中正极产生氧气，负极产生氢气。【解析】A、根据可知，电解水得到氢气和氧气的质量比为。A错误。B、电解水时，正极产生氧气，负极产生氢气。B错误。C、电解水时，负极产生氢气，正极产生氧气，且氢气与氧气的体积比为。C错误。D、纯水的导电性很弱，因为水是弱电解质，电离程度小。加入少量硫酸钠后，硫酸钠在水中电离出和离子，增强了水的导电性，且硫酸钠不参与反应。D正确。故选D。3．（2025·辽宁沈阳·二模）关于如图所示两个实验，下列说法正确的是（）A．在图1中，氢气与氧气的质量比约为2：1B．在图1中，点燃a气体前需要检验其纯度C．在图1中，与玻璃管b相连的是电源的负极D．在图2中，氢气在空气中燃烧产生黄色火焰【答案】B【解析】A、电解水实验中，与电源正极相连的一端产生氧气，与电源负极相连的一端产生氢气，产生氢气与氧气的体积比约为2:1，则在图1中，a管产生的气体较多，b管产生的气体较少，则a、b管中产生的气体分别为氢气、氧气，其体积比约为2:1，不是质量比，说法错误；B、由A选项分析可知，在图1中，a管中产生的气体为氢气，氢气具有可燃性，与空气混合遇明火易发生爆炸，因此在点燃氢气前需要检验其纯度，说法正确；C、由A选项分析可知，在图1中，a、b管中产生的气体分别为氢气、氧气，根据“正氧负氢”可知，与玻璃管b相连的是电源的正极，说法错误；D、在图2中，氢气在空气中燃烧产生淡蓝色火焰，说法错误。故选B。考点2氢气的性质和用途4．下列关于氢气的说法错误的是（）A．氢气的密度小，所以有时可以用氢气填充探空气球B．氢气具有可燃性，可以作燃料C．点燃氢气时一定会发生爆炸D．氢气无色、无味、难溶于水【答案】C【解析】A、氢气的密度比空气小，可用氢气填充探空气球，说法正确，不符合题意；B、氢气具有可燃性，可用作燃料，说法正确，不符合题意；C、纯净的氢气在氧气中可以安静地燃烧，只有不纯的氢气点燃时才可能发生爆炸，说法错误，符合题意；D、氢气无色、无味、难溶于水，说法正确，不符合题意。故选：C。5．物质的用途利用其化学性质的是（）A．干冰——作制冷剂 B．活性炭——作吸附剂C．石墨——作电极 D．氢气——作燃料【答案】D【解析】A、干冰作制冷剂是利用干冰升华吸热，升华是物理变化，利用的是物理性质，故A错误；B、活性炭作吸附剂是利用活性炭的吸附性，吸附过程没有新物质生成，是物理变化，利用的是物理性质，故B错误；C、石墨作电极是利用石墨的导电性，导电性属于物理性质，故C错误；D、氢气作燃料是利用氢气的可燃性，可燃性属于化学性质，故D正