某化学兴趣小组自制如图所示装置探究水的组成。
步骤1:检查装置气密性,用烧杯向广口瓶中加入500mL1%的氢氧化钠溶液,将导线穿过橡胶塞与自制红铜电极连接,将塑料管套在红铜电极上,上端插入橡胶塞上。塞紧胶塞,将橡胶管与50mL的注射器3连接好。
步骤2:取下注射器1,用注射器3向瓶中打气,使溶液进入塑料管中,直到刚有溶液溢出再安上注射器1:取下注射器2,进行同上操作后,安装注射器2。
(1)步骤3:将导线与24V的学生电源相连,打开开关,观察到的现象是
(2)步骤4:取下注射器1,将带火星木条放在针头处,推动注射器1的活塞,木条复燃,说明注射器1中产生的气体是
(3)实验反思:正极电源变黑是因为发生了
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资料:①溶液中因含有自由移动的离子而导电,单位体积内自由移动离子数目越多导电性越强。
②在电解过程中,电压较高、清液中含氧量较高时,石墨在一定条件下会转化成二氧化碳。
请根据要求回答下列问题。
实验现象:
灯泡发光,两电极分别有气泡产生。烧杯内液面下降,与电源正极相连的石墨电极周围出现较多白色浑浊物,溶液温度升高。
分析:液面下降是因为水被电解。电源正极产生的气体为
【提出问题】溶液出现白色浑浊物的原因是什么?
【作出猜想】
猜想Ⅰ:
猜想Ⅱ:
猜想Ⅲ:石墨电极与生成气体发生反应,导致产生白色浑浊物。
【实验探究】溶液出现白色浑浊物的原因
实验 | 实验操作 | 实验现象 | 实验结论 |
① | 取相同条件下的100mL饱和Ca(OH)2溶液于大烧杯中,加热至演示实验溶液上升的温度(温度升高约4℃) | 溶液中几乎无白色浑浊物。 | 猜想Ⅰ不成立 |
② | 溶液中出现少量白色浑浊物。 | 猜想Ⅱ成立但不是溶液变浑浊主要原因。 | |
③ | 向90mL相同浓度饱和Ca(OH)2溶液中加入10mL蒸馏水,搅拌,其余条件不变,重复进行演示实验操作。 | 猜想Ⅲ成立且是溶液变浑浊的主要原因 | |
④ | 使用铂电极代替石墨电极,重复进行实验③ | 两电极分别有气泡冒出,溶液中无白色浑浊物。 |
(1)实验证明石墨电极与生成的气体反应是产生白色浑浊物的主要原因,白色浑浊物的主要成分为
(2)结合上述探究过程,写出用石墨电极进行饱和氢氧化钙溶液导电性实验时,实验过程中发生反应的化学方程式
【推荐2】被誉为“大湖名城、创新高地”的合肥,因水得名,因水而兴。某化学十长小组对水的组成展开了项目式学习的探究。
【任务一】探究水的组成
资料1:水会电离出浓度极低的H+和OH-,当其中一种离子减少后水会继续解离产生这两种离子。在电解水过程中OH-失电子生成氧气,H+得电子生成氢气
实验1:如图1所示向装置中装满水(含少量Na2SO4的酚酞溶液),关闭活塞,接通电源,一段时间后关闭电源。图1现象:两极均有气泡冒出,a管酚酞溶液变红色,b管溶液仍无色。
(1)图1中表示电解时管b中水在电极端所发生变化的结果的是
(2)通过测定电解水正负极产生的气体,证明水是由
(3)将图1中管a、b液体均匀混合,酚酞褪为无色的原因是(用化学方程式表示):
【任务二】探究水中溶解的物质对电解水的影响
资料2:酸中H+含量影响碳酸钠的反应。
碳酸钠与少量酸作用生成可溶性碳酸氢钠,与较多酸作用生成水和二氧化碳。
实验2:如图2所示,向装置中装满水(含少量Na2CO3)用16V直流电源电解,一段时间后关闭电源。现象:电源两极产生大量气泡,5分钟后澄清石灰水变浑浊。
(4)将正极处小试管中澄清石灰水换为氢氧化钠溶液,并用带火星木条伸入小试管内验证正极处气体,其目的是:
(5)若使用石墨电极,石灰水变浑浊的原因可能是
(6)在实验2的基础上,将石墨电极换成化学性质很稳定的铂丝电极,30分钟后澄清石灰水仍变浑浊,二氧化碳产生的的原因还可能是
【实验反思】小组内小明同学将电压降低到6V,产生的气体速率明显下降,电解30分钟石灰水不变浑浊。
原因①:
【任务一】认识水的蒸发
(1)如图是两杯等体积的水在不同温度下放置时发生变化的微观示意图,已知两杯水的水温分别是20℃和50,则温度为50℃的水为_______(填字母)。
A. | B. |
【活动二】通过电解水验证水的组成
甲组同学用如图所示装置进行实验:向电解器玻璃管中加水(含少量Na2SO4直至充满管a和管b。关闭活塞,接通电源,一段时间后关闭电源。(2)检验玻璃管a中产生的气体的操作及现象是
(3)向水中加入少量硫酸钠的目的是
(4)从能量转化角度分析,电解水时
【活动三】模拟拉瓦锡验证水的组成实验
乙组同学设计如下方案:
步骤1:向A杯中加少量水,水通过铁管时汽化,水蒸气与灼热的铁反应,生成一种黑色固体(Fe3O4)和“可燃空气”。
步骤2:将上述步骤产生的气体通入放在冷水中的铜管,在B装置中收集纯净的“可燃空气”。
步骤3:点燃收集到的“可燃空气”,验证得知产物为水。(5)根据上述探究过程写出水蒸气与灼热的铁反应的化学方程式:
(6)若该实验中生成的黑色固体质量为m1,“可燃空气”的质量为m2,“可燃空气”完全燃烧生成水的质量为m3,则m1、m2、m3三者满足
(7)某同学在实验室以石墨为电极电解饱和澄清石灰水。电解一段时间后,同学们观察到正极附近溶液变浑浊,可能的原因是
(1)灯泡发光,说明在水中会解离出
(2)烧杯中与电源正极相连的石墨电极处产生的气体是
(3)【提出问题】什么原因导致出现浑浊现象?
【猜想与假设】
猜想1:由于溶液通电后,水的减少导致溶质析出。
猜想2:由于溶液通电后放热,使溶液温度升高导致溶质析出。
【设计实验】
①请设计实验验证猜想1不成立
实验操作 | 实验现象 |
(4)【深入探究】③当把石墨电极换成铂电极,重复溶液导电性实验时,烧杯中没有出现浑浊现象,请分析其可能的原因:
④取少量浑浊的液体于试管中,向其中滴加稀盐酸,观察到白色浑浊物消失,有少量气泡产生,写出该现象中涉及的反应的化学方程式:
【探究课题】水化学式的推导过程。
我的假设:水的化学式是H2O,或者是HO,或者是HO2。
【探究准备】精密电解水设备。
【探究过程】(1)用精密电解水设备电解水,同时测定两管中逸出气体的体积,记录在下表中:
水的化学式为H2O,它能不能是HO或者HO2或者是其他呢?
【探究课题】水化学式的推导过程。
我的假设:水的化学式是H2O,或者是HO,或者是HO2。
【探究准备】精密电解水设备。
【探究过程】(1)用精密电解水设备电解水,同时测定两管中逸出气体的体积,记录在下表
时间/min 体积/mL | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
连电源负极的管(A)中气体 | 6 | 12 | 20 | 29 | 39 | 49 | 59 | 69 |
连电源负极的管(B)中气体 | 2 | 4 | 7 | 11 | 16 | 21 | 26 | 31 |
(2)分析上表中数据可知:电解水时,在与电源负极相连的管(A)中收集到的氢气的体积较多,与电源正极相连的管(B)中收集到的氧气的体积较少,从第4分钟开始生成的氢气和氧气的体积比约为
(3)查阅资料可知:在标准状况下,氢气的密度是0.089 g·L-1,氧气的密度是1.429 g·L-1。由此可计算出生成的氢气和氧气的质量比约为
(4)利用化合物里各元素质量比的算法,设水的化学式为HxOy,根据各元素的质量比=各元素相对原子质量×相应原子个数乘积之比,得出水中氢、氧元素质量比为
【探究结论】水的化学式是
(1)水的电解:①宏观现象:按如图所示装置,通电一段时间后,试管A、B中产生气体的体积比约为
(2)水的性质:将二氧化碳通入紫色石蕊试液中,溶液变红。写出该反应的化学方程式
(3)水的用途:①碘与锌在常温下反应速度很慢,若滴入几滴水则反应剧烈,水在此的作用是
A.a图中的水便于观察烧瓶内气压变化
B.b图中的水提供热量
C.c图集气瓶中的水排尽空气且便于观察H2何时集满
D.d图中的水防止熔融物炸裂集气瓶