九年级化学（科粤版）上精品学案：4.2水的组成

4.2　水的组成
1．了解水的物理性质，了解水对于生命及生命活动的重要作用。
2．认识电解水的实验装置，了解电解水的实验现象和结论，能分析推导出水的元素组成和水分子的原子构成，记住水的化学式。
3．加深理解化学反应的实质以及单质、化合物、氧化物、分子、原子、元素的概念。
1．水的物理性质
(1)纯净的水是无色、无味的透明液体。
(2)在压强为101.3
kPa时，水的凝固点是0
℃，沸点是100
℃。
(3)温度为4℃时，水的密度(1
g·cm－3)最大。水能凝结成冰，冰的密度比水小。
水的特性：①水有反膨胀现象——水在4
℃时密度最大，从4
℃降温或升温，水的密度都会降低；②水的比热容大(4.2×103
J/kg·℃)，水吸收或放出较多热量而温变不大，故水有“自然空调”之称。水能以三态(水、冰和水蒸气)在自然状态下共存，冰浮在水面保证水下生物安全过冬。
【例1】水是生命活动和生产生活中不可缺少的物质。下列关于水的物理性质的叙述正确的是(　　)。
A．纯净的水是无色、无味的透明液体
B．水的凝固点是0
℃
C．水的沸点是100
℃
D．水的密度是1
g·cm－3
解析：在描述物质性质的时候，必须注意它的前提条件，否则就会出现错误。B、C选项必须指明在压强为101.3
kPa时，水的凝固点是0
℃，沸点是100
℃。而在D选项中，必须说明温度为4
℃时，水的密度为1
g·cm－3。故A正确。
答案：A
2．探究组成水的元素
水究竟是混合物还是纯净物？水是单质还是化合物？水分子是由什么原子构成的？水是由哪些元素组成的？怎样证实？
活动探究：水的电解实验来推断水的组成。
(1)实验装置(如下图所示)
(2)实验步骤
①往水电解器里注满水(水的导电性很弱，为了增强水的导电性，常在水中加入少量的氢氧化钠或稀硫酸)。
②通入直流电(连接蓄电池、干电池、直流电源等)。
③观察电极上和刻度管内有什么现象发生。
④用一根带火星的木条检验连接电源正极的刻度管内的气体。
⑤用燃着的木条检验连接电源负极的刻度管内的气体。
(3)实验现象
①通电后可以发现，两个电极表面都有无色气体产生；
②两个刻度管里汇集了无色气体，液面降低，正极与负极产生气体的体积比约为1∶2；
③与正极连接的刻度管内的气体能使带火星的木条复燃，说明是氧气；
④与负极连接的刻度管内的气体能燃烧，火焰呈淡蓝色，且有水珠产生，说明是氢气。
电解水时，正极生成氧气，负极生成氢气，二者的体积之比为1∶2。可用下列一个典故记忆：
“郑和　　　下　　　西洋”
“正极
生成
氧气”
或者：“负氢正氧，氢二氧一”。
“氢二氧一”既指氢气与氧气的体积之比为2∶1，也指其分子个数之比为2∶1，也指水分子中氢、氧原子个数之比为2∶1，不是指氢气和氧气的质量之比为2∶1。
你知道吗！
①电解水时，在水中加入少量的氢氧化钠或硫酸，是为了增加导电性，它们不是催化剂；
②电解水时，发生反应的条件是“通电”而不是“电解”。
【例2—1】在水的电解实验中，下列说法正确的是(　　)。
A．正极生成氢气
B．正极生成的气体能燃烧，产生淡蓝色火焰
C．正极和负极生成气体的质量比约为1∶2
D．接通的电源为直流电
解析：
A
×
电解水时正极生成氧气，负极生成氢气。
B
×
正极生成的氧气有助燃性，不能燃烧。
C
×
正极和负极生成气体的体积比约为1∶2。
D
√
水的电解必须使用直流电。
答案：D
(4)实验结论
①宏观变化：水在通直流电的条件下，发生分解反应，生成氢气和氧气。属于分解反应。反应的文字表达式：
②微观变化：在水电解的化学变化中(如下图所示)，水分子能分成氢原子和氧原子，而氢原子和氧原子却不能再分，只能重新组合成新的分子。每两个氢原子结合构成一个氢分子，大量氢分子聚集构成氢气；每两个氧原子结合构成一个氧分子，大量氧分子聚集构成氧气。这个实验还说明了：在化学反应中，分子可以再分成原子，而原子却不能再分。
从宏观上可以认识化学变化的特征：生成了其他物质。
从微观上可以理解化学变化的实质：分子分裂成原子，原子重新组合成新的分子。
原子是化学变化中的最小粒子。化学反应前后，分子的种类发生了改变，而各原子的种类、数目和质量都没有改变，各元素的种类和质量也没有改变。
③水的元素组成：氢气是由氢元素(H)组成的，氧气是由氧元素(O)组成的，所以可推测水是由氢元素(H)和氧元素(O)组成的。(由此证明化学反应前后元素的种类没有发生变化)
④水分子是由原子构成：意大利科学家阿伏加德罗提出：“在同温同压下，同体积的气体有相同的分子数。”
水的电解实验中，所得氢气与氧气的体积之比约为2∶1，那么所得氢气与氧气的分子个数之比也为2∶1。因为氢分子和氧分子都是双原子分子，意味着产物中氢、氧原子个数之比为2∶1，所以可推测1个水分子中氢、氧原子个数之比也约为2∶1，即每个水分子是由2个氢原子(H)和1个氧原子(O)构成的，水的化学式为H2O。
我知道了！
水是由氢元素(H)和氧元素(O)组成的；
每个水分子是由2个氢原子(H)和1个氧原子(O)构成的；
水的化学式为H2O。
【例2—2】水在通以直流电的条件下生成氢气和氧气。这个实验说明了(　　)。
A．水是由氢气和氧气组成的
B．水是由2个氢原子和1个氧原子构成的
C．水是由两个氢元素和一个氧元素组成的
D．此化学变化中氢原子和氧原子不可再分
解析：
A
×
水的组成中没有氢气和氧气，而是氢元素和氧元素，水发生化学变化能生成氢气和氧气。
B
×
水是由水分子构成。1个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成。
C
×
元素是宏观概念，只讲种类，不讲个数。
D
√
化学变化中，水分子分裂成氢原子和氧原子，而后重新组合成氢分子和氧分子。因此，该化学变化中氢原子和氧原子是不可再分的。
答案：D
(5)实验反思
①电解水的实验用的是直流电还是交流电？
直流电，保证电子流动方向一定。若是交流电，电源正负极会交替变化，这样会产生氢气和氧气的混合气体，发生危险。而且两极的电压也是交替规律性变化的。
②电解水的实验中，为什么要在水中加入少量的氢氧化钠或硫酸？
水的导电性很弱，为了增强水的导电性，常在水中加入少量的氢氧化钠或硫酸。
③水通电分解产生的氢气与氧气的体积比应为2∶1，但实验中氢气与氧气的体积比却大于2∶1，为什么？
原因主要有：
在水中，氢气与氧气的溶解能力不同，氧气的溶解能力比氢气大；
电解时产生的氧气会与金属电极发生反应，从而消耗了氧气。
④检验氢气时，为什么只发出爆鸣声，而且看不到淡蓝色火焰？
收集的气体中混入空气，点燃时会发生爆鸣现象，而看不到安静的燃烧现象。
【例2—3】如下图所示是通电分解水的简易装置，回答下列问题：
(1)与A量筒中的电极相连接的是电池的________极，B量筒中产生的气体是__________。
(2)如果用VA和VB分别表示A量筒和B量筒中生成气体的体积，则VA∶VB约等于______。
(3)该实验能证明的结论是：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
解析：本题以有关“探究水的组成”的电解水实验为考查点，不仅要求学生熟悉电解水实验中电源的正、负极产生什么气体、两种气体的体积比，还要学生对水的组成的有关知识要熟悉。(1)结合图示不难知道，与A量筒内的电极相连的是电源的负极，与B量筒相连的是电源的正极，正极所产生的气体是体积相对较小的氧气。(2)电解的实验结果表明：VA∶VB约等于2∶1。(3)通过该实验能证明的结论很多，主要从物质的组成、构成、性质、变化等角度进行分析。
答案：(1)负　氧气　(2)2∶1　(3)①水是由氢、氧两种元素组成的　②在化学反应中，分子可以再分而原子不能再分……
3．用归纳法记忆电解水实验中有关的知识
气体汇集处：
负极
正极
产物特征：
可燃
助燃
气体体积比：
　
2
∶
1
可简记为：“正氧负氢，氢二氧一”。
【例3】如下图是电解水的装置。通电使一定量的水分解，当在与电源某一电极相连的试管中得到10
mL气体时，同时在与电源另一电极相连的试管中得到气体体积是(　　)。
A．5
mL或10
mL　　
B．10
mL或15
mL
C．10
mL或5
mL
D．20
mL或5
mL
解析：电解水实验中正极与负极产生的气体体积之比为1∶2，题中“某一电极”不确定是正极还是负极，分两种可能进行解析。
答案：D
解题时，一定要抓住“正氧负氢，氢二氧一”这一关键。
4．通过实验探究物质组成的方法
用实验的方法来探究物质的组成，其具体的方法是设计实验，把要探究的物质分解或者跟其他物质进行反应，然后检验和分析生成物的组成情况，进而得出有关物质的组成。
探究水的组成，可采用水分解，鉴定分解产物的方法，也可采用氢气在氧气中燃烧成水的方法。
利用水的电解，探究水的组成：
【例4】如下图所示，甲、乙两图都是电解水的简易装置。回答下列问题。
(1)装置甲比装置乙有一个明显的优点，这个优点是_____________________________。
(2)装置乙比装置甲有一个明显的优点，这个优点是_____________________________。
(3)在水中加入少量硫酸或氢氧化钠的目的是____________________________________。
(4)图中显示表明，实验是未开始，刚开始还是已进行一段时间了？
________________________。
(5)开始电解后，A管收集到______气，B管收集到______气体。
(6)在D处，将使用燃烧着的木条还是带火星的木条进行检验？____________________。
(7)通过该实验，你能得到的结论是_________________________________________。
解析：比较两图可知，甲装置比乙装置简单，但乙装置多了检验产物的尖嘴管。从甲、乙两图可看出，A、B、C、D四管都有一段气体，说明已电解一段时间了。又根据“正氧负氢”电解水的结论，知道A、C管中是氧气，B、D管中是氢气。实验结论是开放性的，从不同的角度可得到不同的结论。
答案：(1)甲的装置简单　(2)乙装置检验产物方便　(3)增强水的导电性　(4)已进行一段时间　(5)氧　氢气　(6)用燃烧着的木条　(7)水是由氢元素和氧元素组成的等
①要正确解答这些问题，关键是要看清甲、乙两图，找出它们在装置上有哪些区别，并比较其优点。
②通过实验除了探究物质的组成外，还可以从宏观、微观、反应物、生成物、结构、性质、变化和分类等角度进行探究，得出不同的结论。
5．根据微观模型获得多种结论
表示化学变化的图解、模型等直观、形象，既能给我们提供感性认识材料，又能引起我们理性思考。所含信息丰富，可从不同的角度解读出不同的结论。电解水的化学变化可用下图表示：
解题时，要熟悉有关物质的组成、结构、性质、变化和分类规律，并用规范、科学、准确的化学术语表达出来。对于开放性试题，从不同的角度，可以得出不同的结论。
(1)从物质组成的角度分析：物质由元素组成；
(2)从物质结构的角度分析：各物质由分子(或原子或离子)构成，各物质的分子由原子构成等；
(3)从物质变化的角度分析：宏观变化的过程，微观变化的实质等；
(4)从物质性质的角度分析：物质在化学变化中表现出来的化学性质等；
(5)从物质分类的角度分析：各物质所属物质类别。
【例5】如下图所示是水的电解的微观变化示意图。
分析图解，试从下列不同的角度回答你能得到的结论：
(1)物质的组成____________________________________________________________。
(2)物质的结构____________________________________________________________。
(3)物质的变化____________________________________________________________。
(4)物质的性质_____________________________________________________________。
(5)物质的分类_____________________________________________________________。
解析：元素、物质、分子、原子之间存在的关系：
水、氢气、氧气都由元素组成、由分子构成，它们的分子都由原子构成；水电解的微观变化示意图体现水发生化学变化的过程，既可以从宏观上来描述水的变化和化学性质，也可以从微观的角度来说明化学变化的实质。
答案：(1)水是由氢元素和氧元素组成的(合理均可)
(2)每个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的(合理均可)
(3)在化学反应中，分子可以再分成原子，而原子却不能再分(合理均可)
(4)水在通直流电的条件下，能分解生成氢气和氧气(合理均可)
(5)水属于纯净物(或水属于化合物、水属于氧化物等)