初三化学水的组成电解水实验（水的性质与组成）

水是人类生活中最常见的物质之一，无处不在，是生命的源泉，水的性质与组成是初中化学学习的重点内容。

1、水的性质

1.1、通常状况下，水是一种无色、无味、无毒的液体。

标准状况下，水在0℃（水的凝固点：0℃）时，水会凝固成冰，在100℃（水的沸点：100℃）时，水会沸腾气化成水蒸气。

1.2、自然界中的水

• 海水：海洋中的水，含有氯化镁（MgCl2）、氯化纳（NaCl）等物质，不能直接作为人类生活用水，属于混合物。

• 淡水：江河，湖泊及地表下的水，是人类生活用水的主要来源，水中含有可溶性的钙、镁化合物，属于混合物。

• 蒸馏水：水通过蒸馏变成水蒸气，水蒸气再冷凝后形成蒸馏水，蒸馏水用于化学实验，属于纯净物。

1.3、水的导电性

水越纯净导电能力越弱，不纯净的水，水中含有的自由带电离子多，导电能力强。

提问：为什么水越纯净导电能力越弱，不纯净的水导电能力较强？

答：水的导电能力的强弱和水中自由移动的带电离子有关，纯净的水主要含有水分子（H2O），水分子不带电，不能定向移动产生电流，导电能力弱。

不纯净的水中，含有的带电离子较多，通电后，水中的带电离子定向移动并产生电流，带电离子越多（浓度越大），电流越大，导电能力越强。

举例：纯水中加入硫酸（H2SO4）、氢氧化钠（NaOH）导电能力会增强。

1.4、硬水和软水

• 硬水：含有较多可溶性钙、镁化合物的水。
• 软水：不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水。

• 水的硬度大小：水中含可溶性钙、镁化合物的多少来决定水硬度的大小，含可溶性钙、镁化合物越多，水的硬度越大。

提问：硬水给生活生产带来哪些影响？

答：硬水在加热过程中会在容器中产生很多水垢，会使热水器、水壶上产生很多难清洗的水垢，用硬水洗衣服时，硬水和肥皂水产生不溶性沉淀物，衣服洗不干净。

• 硬水容易产生水垢会使工业上使用的热交换器、水管等设备堵塞，引起爆炸，造成重大的经济损失。

注意：水垢的主要成份为碳酸钙（CaCO3）和碳酸镁（MgCO3）,可以用稀盐酸或醋酸出去水垢。

除去水垢的原理：酸与碳酸钙（CaCO3）或碳酸镁（MgCO3）反应生成可溶性钙镁化合物。

硬水与软水的鉴别方法

①肥皂水：硬水遇肥皂水泡沫少，有较多的浮渣生成，软水遇肥皂水会产生很多泡沫，浮渣很少或没有。

②加热煮沸：硬水在加热煮沸后，容器内壁会留有很多水垢，软水没有或很少。

• 水的软化：把硬水转化成软水的过程称为水的软化。加热煮沸的方法使水的硬度降低，达到软化的效果。

水在加热煮沸后，水中可溶性钙、镁化合物生产不溶水的水垢，从水中分离出来，使水中钙、镁物质减少。进而使水的硬度降低。

2、水的组成

2.1、水电解实验

水电解实验是测定水组成的实验，实验装置如下：

①实验操作：打开左右活塞，向漏斗中加入氢氧化钠溶液（氢氧化钠与水的混合物，增强导电性），至两边的玻璃管装满，关闭左右活塞，通电，观察现象。

加入氢氧化钠溶液而不用纯水的目的：增加水的导电能力，提高反应速率。

②实验现象：在电源的两电极上都有气泡产生，负极（阴极）相连的管内产生的气体体积约为正极（阳极）相连的管内产生的气体体积的2倍。

③正负两电极生成气体的验证：

用带火星的木条靠近正极管口，打开活塞，带火星的木条复燃，说明是正极产生的是氧气。

用燃着的木条靠近负极管口，打开活塞，气体被点燃产生淡蓝色的火焰，说明是负极产生的是氢气。

2.2、实验结论（口诀：阳氧阴氢，氢二氧一）

①水在直流电的作用下，分解生成氢气与氧气，正极（阳极）产生氧气，负极（阴极）产生氢气，氢气的体积:氧气体积约为2:1。文字表达式与化学方程式：

②水是由氢元素与氧元素组成

因水电解分解成氢气与氧气，氢气（化学式：H2）有氢元素（H）组成，氧气（化学式：O2）有氧元素（O）组成，根据化学反应元素守恒，组成氢气和氧气的氢元素和氧元素都来自于水，所以水是有氢元素与氧元素组成的。

2.3、问题与讨论

判断题：水是由氢元素与氧元素组成的（正确）。

答：水是由水分子（H2O）组成的，水分子是由氢元素（H）与氧元素（O）组成的。所以水是由氢元素（H）与氧元素（O）组成的，答案正确。

• 水是由氢气与氧气组成的（错误）。

答：错误，氢气（H2）与氧气（O2）是两种物质，不能组成另一中物质（水）。

• 提问：为什么实际生成的氢气的体积与氧气体积比大于2：1？

答：氧气在水中的溶解性大于氢气，生成的氧气有一小部分溶于水，导致氧气的体积减小。氢气难溶于水，氢气的体积几乎没有减少。

3、氢气的性质与应用

3.1、物理性质：通常情况下，氢气是一种无色、无味、密度最小的气体。难溶于水。

3.2、化学性质

①可燃性：氢气在空气中燃烧生成水，文字表达式与化学方程式：

• 纯净的氢气在空气中点燃发出淡蓝色的火焰，放出大量的热，在火焰上方罩一干燥冷的烧杯，烧杯内壁出现水滴。

• 不纯净的空气燃烧时，发出尖锐爆鸣声，甚至发生爆炸（达到爆炸极限的浓度）。所以在点燃氢气必须检验纯度。纯净的氢气才可以安全的燃烧。
• 氢气纯度的检验方法：收集一试管氢气，用拇指堵住试管口，管口向下（氢气密度比空气小），移动试管靠近火焰，松开拇指点火，若听到尖锐的爆鸣声音，说明氢气不纯净，若发出小的“噗噗”声，说明氢气较纯净。

注意：可燃性气体（如氢气（H2）、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)）在点燃前，需检验纯度，不纯的可燃性气体燃烧时会产生爆炸。

• 通过氢气燃烧生成水，也可以证明水试由氢元素与氧元素组成的。

②还原性：用氢气可以还原氧化铜（化学式：CUO）、氧化铁（Fe2O3）等金属氧化物。

3.2、氢气的应用

①清洁能源（新型能源）

氢气可以燃烧，且燃烧的产物是水，对环境不造成任何污染，所以氢气属于清洁能源之一。但氢气的制取成本高，如电解水生产氢气，需要消耗大量电能，综合考虑不划算。

②金属的冶炼

用氢气可以还原氧化铜（化学式：CUO）、氧化铁（Fe2O3）等金属氧化物，使金属氧化物变成单质。

③制造氢气球或飞艇

氢气是密度最小的气体，可以制造氢气球或飞艇。

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