水的組成探究

實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)

1.實(shí)驗(yàn)原理：水[通電]氫氣 + 氧氣。

2.實(shí)驗(yàn)步驟：（1）如圖1，在電解器玻璃管里加滿水，接通直流電源，觀察并記錄兩個(gè)電極附近和玻璃管內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象；（2）切斷上述裝置中的電源，用燃著的木條分別在兩個(gè)玻璃管尖嘴口檢驗(yàn)電解反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體，觀察并記錄發(fā)生的現(xiàn)象。

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：（1）通電后，電極上均有氣泡產(chǎn)生，通電一段時(shí)間后，與電源正、負(fù)極連接的玻璃管內(nèi)收集的氣體的體積比約為1∶2；（2）與電源正極連接的玻璃管產(chǎn)生的氣體可使燃著的木條燃燒更旺，與電源負(fù)極連接的玻璃管產(chǎn)生的氣體燃燒，火焰為淡藍(lán)色。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：水是由氫元素和氧元素組成的。

實(shí)驗(yàn)拓展

1.電解水時(shí)要用直流電，因?yàn)橹绷麟姷恼⒇?fù)極確定，可以分別收集兩極產(chǎn)物。而交流電的正、負(fù)極不斷變化，在電極處的生成物為正、負(fù)極反應(yīng)的混合物，既危險(xiǎn)又不能分離。

2.通電分解水時(shí)，水中可加入少量硫酸鈉或氫氧化鈉以增強(qiáng)水的導(dǎo)電性。

3.理論上與電源正、負(fù)極相連的玻璃管內(nèi)收集的氣體的體積比應(yīng)是1∶2，但在實(shí)驗(yàn)操作中兩玻璃管中收集的氣體的體積比往往小于1∶2，主要有兩個(gè)方面的原因：（1）氧氣在水中的溶解性比氫氣強(qiáng)；（2）氧氣與電極發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)而被消耗。

4.本實(shí)驗(yàn)制得的氫氣、氧氣的體積比約為2∶1，質(zhì)量比約為1∶8。

綜合實(shí)踐

例 近年來，我國空間站實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)技術(shù)突破。空間站中的航天員每人每天消耗氧氣約550 L。空間站中氧氣的主要來源有電解水制氧氣、CO2再生制氧氣、固體藥劑制氧氣。化學(xué)興趣小組對電解水制氧氣開展探究。

【宏觀辨識(shí)】

（1）水的合成：在密閉容器中將氫氣和氧氣的混合氣體點(diǎn)燃，根據(jù)容器內(nèi)生成的小水珠可知，水是由 組成的化合物。

（2）水的分解：圖2是驗(yàn)證水的組成的裝置，A、B是兩個(gè)連通并帶刻度的玻璃管（上端帶活塞的尖嘴管），C為連接在A、B中間的漏斗，A、B活塞下端是與直流電源相連的兩個(gè)電極。

①A、B管內(nèi)生成的氣體聚集在上部的原因是 。

②C管中液體的液面 （填“上升”或“下降”），產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是 。

③B管中的氣體是 ，證明B管中氣體的最簡便的方法是 。

【證據(jù)推理】

（3）根據(jù)相同條件下氣體的體積比等于其分子的個(gè)數(shù)比，得出電解水的產(chǎn)物中氫、氧原子個(gè)數(shù)比為 ，進(jìn)而推算出結(jié)果。

【實(shí)際應(yīng)用】

用石墨電極電解水（水中加入少量稀硫酸或氫氧化鈉增強(qiáng)水的導(dǎo)電性）時(shí)，發(fā)現(xiàn)氧氣與氫氣的比值比理論值偏小。為研究這一問題，使用如圖3的CO2濃度采集裝置記錄電解前后（0—200 s）CO2濃度的變化，圖象如圖4。在10 s接通直流電源，130 s關(guān)閉電源停止電解。

[CO2傳感器] [-][+] [電腦] [石墨] [石墨] [1300][1100][900][700][500][300][0] [10][50][100][130][150][200][時(shí)間/s][二氧化碳濃度/ppm]

圖3 圖4

（4）分析圖4中曲線，證明電解產(chǎn)生的氣體中含有 ，推測可能是裝置中 參與了反應(yīng)。130 s停止電解后濃度繼續(xù)變化的原因： 。

經(jīng)詢問老師得知，用石墨作電極電解水時(shí)，約一半的氧氣轉(zhuǎn)化為二氧化碳?xì)怏w，因此電源正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的體積比小于1∶2，誤差較大。

答案：（1）氫元素和氧元素 （2）①氣體密度小于水，且溶解性不大 ②上升 A、B管內(nèi)匯聚氣體，氣壓變大，將水壓入C中 ③氧氣 將帶火星的木條置于B管上方尖嘴處，打開活塞，木條復(fù)燃，則該氣體為氧氣 （3）2∶1（或4∶2） （4）CO2 石墨 停止電解時(shí)，裝置內(nèi)的溫度仍然較高，石墨與氧氣的反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行

（作者單位：沈陽市第一二六中學(xué)）