Question

3．水-----生命之源
（1）日常生活中區分硬水與軟水用肥皂水．生活中將硬水軟化用煮沸方法
（2）自來水廠常用二氧化氯殺菌消毒，寫出二氧化氯的化學式并標出氯元素的化合價．
（3）某養殖場欲測定水池中水的酸堿性強弱，可選用C（填序號）
A紫色石蕊試液B酚酞試液CpH 試紙
（4）探究水的組成
化學上用圖1裝 置來測定 水的組 成，其中 a 為電 源的負 （填“正”或“負”）極，實驗時加入少量氫氧化鈉來增強水的導電性，若一開始容器中水的質量為49.7克，加入 0.3 克的氫氧化鈉完全溶解后，通電一段時間后，溶液中的溶質質量分數變為0.625%，則理論ab上，乙試管中可以收集到氣體1.8克（精確到小數點后一位），該實驗得到關于水的組成的結論是水是由氫氧兩種元素組成的．
（5）測定水中各原子的個數比
實驗室用純凈干燥的氫氣還原氧化銅，并通過實驗過程中相關裝置中的質量變化來 測定水中氫氧原子個數比，實驗步驟如下：（ 假設每步均吸收完全，不考慮一開始裝置中 空氣對實驗結果的影響）
已知：①堿石灰是氫氧化鈉和氧化鈣的混合物，可吸收水和二氧化碳，
②氫氧化銅受熱分解會生成水和氧化銅 第一步：連接裝置，檢查裝置氣密，
第二步：分別稱得 C 中玻璃管和藥品總質量101.6克，D中裝置連同藥品總質量120.0克
第三步：通一段時間的氫氣，開始對 C 處玻璃管加熱．
第四步：停止加熱，繼續通一段時間的氫氣，
第五步：再次稱得 C 中玻璃管和藥品總質量100.0克，D中裝置連同藥品總質量121.8克

①寫出標號儀器的名稱a鐵架臺b酒精燈
③如圖3的實驗中用鋅和較濃的鹽酸反應并得到持續穩定的氣流，方框中應當選用的發生裝置為圖2中的甲（選“甲”“乙”或“丙”），其中生成氫氣的化學方程式為Zn+2HCl═ZnCl₂+H₂↑

③A、B 裝置中放的藥品分別為c（填序號）
a．A 中飽和的碳酸氫鈉溶液B 中濃硫酸
b．A 中濃硫酸B 中飽和的碳酸氫鈉溶液
c．A 中濃氫氧化鈉溶液B 中濃硫酸
d．A 中濃硫酸B 中濃氫氧化鈉溶液
④實驗開始通一段時間的氫氣，目的是除盡裝置中的空氣，確認此目的已經達到的實驗操 作方法為在E裝置尾部收集氣體并驗純．
⑤加熱一段時間后，C 中發生反應的方程式為CuO+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+H₂O，實驗結束，停止加熱，繼續通氫氣 的目的之一是讓生成的銅充分冷卻，另一目的為讓生成的水被完全吸收
⑥E 裝置的作用為防止空氣中的水和二氧化碳進入裝置D，若無此裝置，會導致實驗測得的氫氧個數比偏大（填“偏大”“偏小”或“無影響”）
⑦計算該實驗方法測得的氫氧個數比為2：1
⑧實驗反思，下列情況不會影響實驗過程中氫氧原子個數比測定的是AB（序號） A．氧化銅沒有全部被還原B．氧化銅中混有雜質氧化鐵
C．氧化銅未完全干燥D．氧化銅中混有少量氫氧化銅
⑨若本次實驗中，參加反應的氫氣只占實驗所需氫氣量的五分之一，則完成此實驗至少需 要純度為 80%的粗鋅多少克（雜質不與酸反應）．

Answer 1

分析 （1）根據肥皂水可以區分硬水和軟水，加熱煮沸可以降低水的硬度進行分析；
（2）根據化合物中元素化合價代數和為零進行分析；
（3）根據pH試紙可以測定溶液的酸堿度進行分析；
（4）根據電解水時，正極產生的是氧氣，負極產生的是氫氣，氧氣和氫氣的體積比約為1：2進行分析；
（5）根據鋅和稀鹽酸反應生成氯化鋅和氫氣進行分析；
根據氫氧化鈉溶液能夠吸收氯化氫氣體，濃硫酸可以用來干燥氫氣進行分析；
根據加熱條件下，氧化銅和氫氣反應生成銅和水進行分析；
根據提供的數據可以計算水中氫氧原子個數比；
根據提供的數據和反應的化學方程式可以計算完成此實驗至少需要純度為80%的粗鋅的質量．

解答 解：（1）向水中加入肥皂水時，如果產生的泡沫較多，是軟水，如果產生大量浮渣，是硬水；                          
加熱煮沸時，水中的鈣離子、鎂離子能夠以碳酸鈣沉淀、氫氧化鎂沉淀的形式從水中析出，從而降低水的硬度；
（2）二氧化氯中，氧元素的化合價是-2，根據化合物中元素化合價代數和為零可知，氯元素的化合價是+4，可以表示為：$\stackrel{+4}{Cl}$O₂；
（3）某養殖場欲測定水池中水的酸堿性強弱，可選用pH試紙，故選：C；
（4）化學上用如圖1裝置來測定水的組成，其中a為電源的負極；
設電解水的水的質量為x，
根據題意有：$\frac{0.3g}{0.3g+49.7g-x}$×100%=0.625%
x=2g
乙試管中收集的氣體是氧氣，設生成氧氣的質量為y，
2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，
36              32
2g              y
$\frac{36}{2g}$=$\frac{32}{y}$
y≈1.8g
該實驗得到關于水的組成的結論是水由氫元素和氧元素組成；
（5）①通過分析題中所指儀器的作用可知，a是鐵架臺，b是酒精燈；
②本次實驗中用鋅和較濃的鹽酸反應并得到持續穩定的氣流，方框中應當選用的發生裝置為丙，鋅和鹽酸反應生成氯化鋅和氫氣，化學方程式為：Zn+2HCl═ZnCl₂+H₂↑；
③圖中A、B裝置中放的藥品分別是氫氧化鈉溶液和濃硫酸，用來吸收氯化氫氣體和干燥氫氣，故選：c；
④實驗開始通一段時間的氫氣，目的是除盡裝置中的空氣，確認此目的已經達到的實驗操作方法為在E裝置尾部收集氣體驗純，如果氫氣已經純凈，則空氣被排盡；
⑤加熱一段時間后，C中發生的反應是氧化銅和氫氣在加熱的條件下反應生成銅和水，化學方程式為：CuO+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+H₂O；
實驗結束后，停止加熱，繼續通氫氣的目的之一是讓生成的銅充分冷卻，另一目的為使反應生成的水被完全吸收；
⑥E裝置的作用為防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳被D裝置吸收；
若無此裝置，會導致水的質量偏大，從而導致氫元素質量偏大，進一步導致實驗測得的氫氧個數比偏大；
⑦反應生成水的質量為：121.8g-120.0g=1.8g，
水中氫元素質量為：1.8g×$\frac{2}{18}$×100%=0.2g，
水中氧元素質量為：101.6g-100.0g=1.6g，
計算該實驗方法測得的氫氧個數比為：$\frac{0.2g}{1}$：$\frac{1.6g}{16}$=2：1；
⑧A、氧化銅沒有全部被還原，不會影響實驗過程中氫氧原子個數比測定；
B、氧化銅中混有雜質氧化鐵，不會影響實驗過程中氫氧原子個數比測定；
C、氧化銅未完全干燥，會導致實驗過程中氫氧原子個數比偏大；
D、氧化銅中混有少量氫氧化銅時，氫氧化銅受熱分解生成氧化銅和水，會導致實驗過程中氫氧原子個數比偏大；
故選：AB；
⑨設參加反應的鋅質量為m，
由Zn+2HCl═ZnCl₂+H₂↑，CuO+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+H₂O
可知，Zn～H₂O，
Zn～H₂O，
65  18
m   1.8g
$\frac{65}{m}$=$\frac{18}{1.8g}$
m=6.5g
若本次實驗中需要的鋅的質量為：$\frac{6.5g}{\frac{1}{5}}$=32.5g，
則完成此實驗至少需要純度為80%的粗鋅質量為：32.5g÷80%=40.625g，
答：完成此實驗至少需要純度為80%的粗鋅質量為40.625g．
故答案為：（1）肥皂水，煮沸；
（2）$\stackrel{+4}{Cl}$O₂；
（3）c；
（4）負，1.8，水是由氫氧兩種元素組成的；
（5）①鐵架臺，酒精燈；
②丙，Zn+2HCl═ZnCl₂+H₂↑；
③C；
④在E裝置尾部收集氣體并驗純；
⑤，讓生成的水被完全吸收；
⑥防止空氣中的水和二氧化碳進入裝置D，偏大；
⑦2：1；
⑧AB；
⑨40.625克．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．