第4单元 课题3 水的组成（学生版）-2024年初中化学同步（人教版）

第4 单元 课题3 水的组成 课程标准 学习目标 1 探究水的组成及变化。 2 初步学习利用物质的性质和化学反应探究物质 组成的基本思路与方法。 3 认识水的组成，知道水是一种重要的溶剂。 4 认识依据物质的组成和性质可以对物质进行分 类，知道物质可以分为纯净物和混合物、单质和 化合物等； 1．通过电解水实验认识水的组成。 2．进一步理解化学变化的实质—化学反应前后 元素种类不变； 3．从物质的元素组成上识别氧化物，区分单质 和化合物。 4 知道氢气的可燃性以及验纯的重要性和方法； 5 结合化学史料，从科学家认识水的组成的过程 中体会科学家研究物质组成的思路和方法。 自主梳理 一、氢气的性质 1 物理性质：氢气是无色、无臭、难溶于水 的气体，密度比空气，是最轻的气体。 2 氢气的燃烧 文字、符号表达式： (1)纯净的氢气在空气中安静地燃烧，产生淡蓝色火焰； (2)混有一定量空气或氧气的氢气遇明火会发生爆炸。 3 氢气的验纯 (1)点燃氢气前一定要检验纯度。 (2)验纯方法：用拇指堵住集满氢气的试管口，口朝下，靠近火焰，移开拇指。若发出尖锐爆鸣声，表明氢 气不纯；若声音很小，表明氢气较纯。 二、水的电解实验 1．仪器：水电解器(如右图) 2．反应条件：通 直流 (填“交流”或“直流”)电。 在水中加入少量硫酸钠 或氢氧化钠溶液的目的是 增强导电性 。 目标任务 01 预习导学 02 3．实验现象及分析： (1)两电极上都 产生气泡 ，速率快的是 负 极，一段时间后，正极与负极生成气体的体积比约为 1 2 ∶ 。 (2)正极产生的气体使燃着的木条 燃烧更旺 。(正极产生的是 氧气 ) (3)负极产生的气体能 燃烧 ，火焰呈 淡蓝色 。(负极产生的是 氢气 ) 4．反应表达式： 文字表达式： 水氢气 + 氧气 ；符号表达式：2 2 + 2 。 5．元素种类分析： 生成物中有 氢、氧 元素，反应前后元素的种类 不会 (填“会”或“不会”) 变化。 6．实验结论： (1)水由 氢元素和氧元素 组成。 (2)水在通电的条件下，发生了 分解 反应，生成了 氢气 和 氧气 ，且体积比约为 2 1 ∶ 。 三、单质、化合物和氧化物 1．概念： (1)单质：由 同种 元素组成的 纯净物 。 (2)化合物：由 不同种 元素组成的 纯净物 。 (3)氧化物：由 两种 元素组成的化合物，其中一种是 氧 元素。 【讨论】 (1)单质中 一定 (填“一定”或“不一定”，下同)只有一种元素，但只由一种元素组成的物质 不一定 是单 质。(如 氧气和臭氧 组成的物质是混合物) (2)化合物中 一定 含不同种元素，但由不同种元素组成的物质 不一定 是化合物。(如 氧气和氮气 组成的 物质是混合物) (3)氧化物 一定 含有氧元素，但含氧化合物 不一定 是氧化物。(如 高锰酸钾 KM 4 不是氧化物) 2．物质的简单分类： 混合物 氧化物 物质 化合物 纯净物 其他 单质 (1)纯净物、混合物是根据组成 物质 种类多少来分的；(纯净物都可以用 化学式 表示，而混合物没有 化 学式 )；而单质、化合物是根据组成 元素 种类多少来分的。 (2)它们之间的关系可以用下图表示，在横线上写出其中、B、分别对应的物质类别。 单质 B 化合物 氧化物 预习检测 1 下列关于氢气的说法错误的是( ) ．在标准状况下，氢气的密度比空气小 B．氢气在空气中燃烧时，产生淡蓝色火焰 ．氢气难溶于水 D．点燃氢气时一定会发生爆炸 2 下列用途，利用氢气物理性质的是( ) ．还原金属氧化物 B．制取盐酸 ．充填探空气球 D．高能燃料 3 氢气难溶于水，氢气密度为0089 g/L，空气密度为129 g/L，且与氧气在常温下不反应，收集此气体 可使用的方法是( ) ．只可用排水法 B．只可用向下排空气法 ．既可用排水法，又可用向下排空气法 D．既可用排水法，又可用向上排空气法 4 有关电解水实验的说法错误的是( ) ．一段时间后产生氢气和氧气的体积比约为2:1 B．该实验证明水由2和2组成 ．正极产生的气体能使燃着的木条燃烧更旺D．水中可加入少量硫酸钠以增强导电性 5 下列有关电解水实验的说法正确的是( ) ．实验证明水是由氢分子和氧分子构成的 B．甲、乙两管产生的气体的体积比约为2 1 ∶ ．乙管产生的气体能燃烧，火焰为淡蓝色 D．水电解过程中，水分子没有发生变化 6 下列关于“电解水”和“氢气在空气中燃烧”实验的说法中，正确的是( ) ．点燃氢气前不用检验纯度 B．b 管气体能使带火星木条复燃 ．干冷烧杯内壁无明显变化 D．两个实验均可证明水的组成 7 如图是电解水实验，下列说法中，不正确的是( ) ．试管2 中得到的气体能使带火星的木条复燃 B．该实验生成气体主要是由于水沸腾产生的水蒸气 ．该实验所发生的反应属于分解反应 D．该实验说明水是由氢元素、氧元素组成的 8 分类法是研究化学的方法之一下列选项中，“”“●”分别表示不同的原子，其中表示化合物的是( ) ． B． ． D． 9 分类是学习和研究化学的常用方法。下列物质属于氧化物的是( ) ． B． ． D． 10(2022·内蒙古呼伦贝尔·统考中考真题)下列各图中“ ”和“ ”分别表示不同元素的原子，则其中 表示单质的是( ) ． B． ． D． 11 下列图中“ ”“ ”和“ ”分别表示不同元素的原子。 (1)表示混合物的有___________(填字母序号，下同)；表示纯净物的有___________； (2)表示单质的有___________，可以表示化合物的有___________。 12 如图是电解水实验的简易装置图，回答下列有关问题： (1)由实验现象可以确定：试管连接电池____极，若试管中得到10mL 气体，则试管b 中得到____mL 气 体，写出验证试管b 中气体的方法：____。 (2)小丽同学将纯净的氢气点燃，观察到管口有__火焰，将冷而干燥的烧杯罩在火焰上方，烧杯内壁出现__ _；据此，她发现氢气的一个化学性质是____；该反应的文字表达式为____，该反应的基本类型为____。 13 下列是两个关于水的实验，下列说法正确的是 ．试管2 中得到的气体能燃烧 B．实验二中水变化前后分子的种类不变 ．实验一中反应前后原子的种类、个数均改变 D．1、2 两玻璃管中产生的气体质量之比是2:1 探究提升 03 ►环节一 探究水的组成 问题探究1 氢气燃烧实验 实验操作 实验现象 实验结论(反应表达式) 在带尖嘴的导管口点燃纯净的氢 气，观察火焰的颜色。 然后在火焰上方罩一个冷而干燥的小烧杯，过一 会，观察烧杯壁上有什么现象发生。 产生淡蓝色火焰 观察烧杯壁上出现水雾 讨论：1 上述实验中有无新物质生成？发生了什么变化？有新物质生成，发生了化学变化 2 上述实验中是否有水滴生成？有水滴生成 问题探究2 水的电解实验 实验操作 实验现象 实验结论(反应表达式) 在电解器玻璃管 内加满水，接通 直流电源，观察 并记录两个电极 附近和玻璃管内 发生的现象。 切断上述装置中的电源，用燃着的木条 分别在两个玻璃管尖嘴口检验电解反应 中产生的气体，观察并记录发生的现 象。 两个电极上有气泡产生，负极 和正极产生气体的体积比约为 2:1。 正极气体使燃着的木条更旺， 证明是氧气； 负极气体燃烧发出淡蓝色火 焰，证明是氢气。 (正氧负氢、氢二氧一) 问题探究3 水的组成 根据精确的实验测定： 1 每个水分子是由2 个氢原子 和1 个氧原子 构成的。因此水可表示为2 2 当水分子分解时，生成了氢原子和氧原子，2 个氢原子结合成1 个氢分子，很多氢分子聚集成氢气；2 个氧原子结合成1 个氧分子，很多氧分子聚集成氧气。 要点归纳 探究水的组成实验： 1 氢气的燃烧 2 电解水实验 3 氢气还原氧化铜的实验也可以证明水的组成 结论： 水是由氢元素和氧元素组成 的。 纯净物分类： 1 单质是由同种元素组成的纯净物。 2 化合物是由不同种元素组成的纯净物。 3 由两种元素组成的化合物中，其中一种元素是氧元素的叫做氧化物。 典例精讲 【例1】(2023 年海南省琼海市二模)实验小组为验证水的组成元素，进行如下实验。 实验1 实验2 实验证明无色液滴为 水 实验证明，b 中气体分别为 、 下列说法正确的是 实验2 中和b 的气体质量比为2：1 B 实验2 中气体能使带火星的木条复燃 实验1、实验2 都不能验证水的组成 D 实验利用了化学反应前后元素种类不变推测物质的组成 【例2】(2022 秋·广东茂名·九年级统考期中)兴趣小组通过研究水的电解了解水的组成，回答下列问题： (1)请写出电解水的文字表达式___________。 (2)此过程中没有发生改变的微粒是___________。 (3)玻璃管b 中产生的气体是___________(填化学式)。 (4)此实验得出的结论是：水是由___________组成的。 【例3】(提出问题)水的化学式是2，它能不能是、2或其他呢？ (探究课题)水化学式的推导过程。我的假设：水的化学式是2或或2。 (探究准备)精密电解水设备。 (探究过程) ①用精密的电解水设备电解水，同时测定两试管中逸出气体的体积，记录在下表中： 时间/m 1 2 3 4 5 6 7 8 连电源负极的管()中 气体/ml 6 12 20 29 39 49 59 69 连电源正极的管(B)中 气体/ml 2 4 7 11 16 21 26 31 ②分析上表中数据可知：电解水时，与电源负极相连的试管中收集到的氢气的体积较多，与电源正极相连 的试管中收集到的氧气的体积较少，从第4m 开始生成的氢气和氧气的体积比为________。 ③查阅资料可知：在标准状况下，氢气的密度是0089g/L，氧气的密度是1429g/L。由此可计算出生成 的氢气和氧气的质量比约为_____________(填最简整数比)。 ④利用化合物各元素质量比的算法，设水的化学式为xy，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x:y=__________。 (探究结论)水的化学式是_______________。 (拓展延伸)同学们又查阅到了如下资料： 氢氧化钠是一种强碱，具有腐蚀性。 b 旧版材中，电解水的实验装置如图丙所示。 给含有氯化钠的水通电，会发生如下反应：氯化钠+水→氢氧化钠+氢气+氯气(条件为通电)。 请你分析思考：和图丙所示的装置相比，现行材(图丁)的优点是_________________。进行实验时，______ ______(填“能”或“不能”)将氢氧化钠换为氯化钠。 (总结交流)化学是以实验为基础的科学，通过上述实验的分析对比，请写出在改进实验时需考虑的因素：_ __________________________(写一点即可)。 同学们不但成功探究了水的组成，得出了正确的结论，还对“科学探究与创新意识”的素养有了更深刻的 认识和体会，期待在今后的学习中解决更多问题！ ►环节二 水的组成探究史 问题探究2 【资料】 人类对水的组成的认识经历了很长的一段时间。古人认为，水是一种元素。1766 年英国化学家卡 文迪许把锌粒加到稀硫酸中，发现了“易燃空气”。同一时期，普利斯特里发现这种气体可以在玻 璃容器内燃烧产生水珠。1781 年卡文迪许用纯氧代替空气，发现“易燃空气”可以在纯氧中燃 烧，并且生成物只有水。可惜两位科学家受当时“燃素说”的影响，没能认识到水不是一种元素。 1782 年，拉瓦锡重复了他们的实验后，又将水蒸气通过高温金属铁管，获得“易燃空气”和一种 黑色固体，由此他认为水不是一种元素，而是“易燃空气”和氧的化合物。1787 年，拉瓦锡将 “易燃空气”命名为氢气，正式提出了氢这种元素。1880 年英国科学家尼克尔森用伏打电池进行 了水的电解实验，进一步证明了拉瓦锡的结论。 阅读化学史，回答下列问题。 (1)“易燃空气”属于__________(填“单质”或“化合物”)。 (2)1782 年拉瓦锡实验获得的黑色固体是Fe34，请写出该反应的化学方程式：___________。 (3)1800 年尼克尔森的电解水实验中，需加入氢氧化钠，目的是：___________。 (4)1800 年尼克尔森的实验，得到了“易燃空气”和氧气，推测“易燃空气”和氧气的的体积比为______ ____。 要点归纳 水的组成研究时间轴 典例精讲 【例4】(2023 年安徽省黄山市休宁县“20”育联盟第二次学业水平检测)水是生命之源，人的生命活动离 不开水，某兴趣小组以“生命之源——水”为主题开展项目式学习。 【任务一】学习水组成的发现史 (1)1783 年，英国科学家卡文迪什实验发现氢气和氧气点燃后生成水，该反应的化学方程式为______； 1800 年，英国科学家尼克尔森和卡里斯特尔在常温下利用“伏打电池”给水通电进行电解水实验，制得 氢气和氧气，分析得出水不是一种元素，而是氢元素和氧元素组成的______(填“混合物”或“化合物”)。 【任务二】模拟实验探究 兴趣小组同学利用如图所示的装置进行电解水实验。 (2)实验前，小明准备在水中添加氢氧化钠溶液增强导电性，若要检测氢氧化钠溶液是否变质，可取少量待 测液滴加足量稀盐酸，若观察到______，则说明氢氧化钠溶液已经变质；若用硫酸钠增强导电性，实验结 束后，硫酸钠的质量______(填“增多”“不变”或“减少”)。 (3)电解水实验过程中，观察到的现象有______。 (4)微观过程分析：电解水的微观过程模拟示意图如下，请补充完整。 (5)反思交流：学习小组记录了四组两管收集的气体体积，实验数据记录如下表。 氢气体积 (mL) 氧气体积 (mL) 甲 5 23 乙 10 48 丙 15 73 丁 20 98 同学们发现，每组收集到的氢气与氧气的体积比不同，随着气体量的增加，氧气体积始终比氢气体积的一 半少02mL，产生此现象的可能原因是______。 【例5】(2023 年江苏省苏州市中考二模)人们对于物质组成与构成的认识经历了曲折的过程。自古以来， 人们认为水是组成世间万物的一种元素，不可再分。 (1)18 世纪中叶，英国化学家普利斯特里用锌加入稀硫酸中制得“可燃空气”，将少量“可燃空气”与空 气通入铁质容器混合点燃，能产生剧烈的爆鸣，并产生水雾。该“可燃空气” 应该是_________ (填化学 式)。 (2)1781 年，英国化学家卡文迪许加热汞锻灰(g)后得到了一种液态金属单质和一种气体——“脱燃素空 气”，蜡烛在这种气体中燃烧更明亮。请写出卡文迪许制得“脱燃素空气” 的反应方程式____________。 (3)卡文迪许认为普利斯特斯的实验并不能证明水的组成，于是用“脱燃素空气”代替空气重做了实验，目 的是_________。 (4)1783 年，法国化学家拉瓦锡将水加热成蒸气通过高温的铁管，一段时间后，在出口处收集到一种可燃 性气体。实验后称量发现水的质量减少，铁管的质量增加，经研究证明铁转化为四氧化三铁，装置如题 24 图-1 所示。其反应原理为_________ (写化学方程式)。至此，水不是单一元素物质，而是由氢、氧两 种元素组成的观点得到了化学界公认。 (5)180 年，英国化学家尼科尔森通过伏打电池在常温下对水进行通电分解，得到氢气和氧气，再次确认 了水的组成。某同学在实验室模拟了尼科尔森用电分解水的实验(题 24 图—2)， 得到不同电极的电解结 果如下表所示。 表：不同电极在相同条件下的的电解结果(以气柱高度表示电解产生的气体体积) 电极 时间 2体积 2体积 V(2)：V(2) 多孔碳棒 4’28” 66 25 26:1 镀镍回形 针 2’22” 66 31 21:1 铜丝 2’15” 66 33 2:1 已知：多孔碳棒使用一段时间后会因质量减少而需更换。 结合图表信息回答，用多孔碳棒作电极时，氢气和氧气的体积比总是大于 2:1 的原因可能有哪些：______ ______。 (6)在整个发现过程中，科学家利用了“分合”思想证明了水的组成。下面实验中属于“分” 思想的是__ __________ (填字母)。 氢气燃烧实验 b 铁管实验 水通电实验 一、氢气的性质 研究氢气的燃烧实验是人们认识水的组成的开始 1．物理性质：氢气是一种无色、无臭、难溶于水的气体，密度比空气小 。 2．化学性质(可燃性)： 实验 实验操作 实验现象 实验结论 氢气燃烧 点燃氢气，用干冷的 烧杯罩在火焰上方 产生 淡蓝 色火焰，放热，罩在火焰 上方的烧杯内壁有水雾产生 符号表达式： 2 + 2 2 【讨论】氢气燃烧生成水的实验，说明水是由氢元素和氧元素组成的。 课堂总结 04 二、水的电解实验 实验操作 实验现象 实验结论(反应表达式) 两个电极上有气泡产生，负极和正极产生气 体的体积比约为2:1。 正极气体能使带火星的木条复燃，负极气体 燃烧发出淡蓝色火焰。 (正氧负氢、氢二氧一) 实验结论：水由 氢元素和氧元素 组成。 三、单质、化合物和氧化物 (1)单质：由同种元素组成的纯净物 。 (2)化合物：由不同种元素组成的纯净物 。 (3)氧化物：由两种元素组成的化合物，其中一种是氧元素。 物质的简单分类： 混合物 氧化物 物质 化合物 纯净物 其他 单质 1．(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( ) ．管和b 管中气体体积比约为2：1 B．b 管中的气体能使燃着的木条烧得更旺 ．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 强化训练 05 2．(2023·广东深圳·中考真题)下列说法正确的是( ) ．和b 质量比为2：1 B．2具有助燃性 ．水是由氢元素和氧元素组成的 D．水的电解是物理变化 3．(2023·河南·中考真题)2023 年5 月30 日，我国神舟十六号载人飞船成功发射，三位航天员顺利进入 空间站。空间站内航天员吸入的氧气可由电解水提供，水通电分解的化学方程式为_____。运载火箭使用 的燃料中有液氢，氢气作燃料的优点是_____(答出一条