Question

2．為驗(yàn)證水的組成元素及探究水在電極端所發(fā)生的變化，興趣小組用如圖1所示裝置（夾持儀器省略）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

Ⅰ．驗(yàn)證水的組成元素
步驟一：向長頸漏斗中加水（含少量Na₂SO₄）至充滿管a和管b．關(guān)閉活塞，接通電源，一段時(shí)間后關(guān)閉電源．
步驟二：檢驗(yàn)管中氣體．
（1）Na₂SO₄在水中能解離出Na⁺、SO₄^2-，增強(qiáng)了水的導(dǎo)電性．
（2）電解時(shí)觀察到的現(xiàn)象有：連接電源兩極的電極上有氣泡產(chǎn)生，且管a與管b產(chǎn)生氣體體積比為1：2．
（3）用燃著的木條分別置于玻璃管尖嘴口，打開活塞，若觀察到氣體燃燒產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，則證明氣體為H₂；若觀察到木條燃燒更旺盛，則證明氣體為O₂．
（4）某同學(xué)提出實(shí)驗(yàn)后還需檢驗(yàn)Na₂SO₄的質(zhì)量是否發(fā)生變化，其原因是排除硫酸鈉反應(yīng)產(chǎn)生氣體的可能．
（5）若要確定水中氫、氧元素的原子個(gè)數(shù)比，需要測定管a與管b產(chǎn)生氣體的體積以及該溫度下氫氣和氧氣的密度．
Ⅱ．探究水在電極端所發(fā)生的變化
步驟一：向裝置中重新加水（含少量Na₂SO₄）至充滿管a和管b，保持活塞打開，接通電源，一段時(shí)間后關(guān)閉電源．
步驟二：分別取出管a和管b電極附近的溶液，并測定溶液的pH．
（1）測定溶液pH的方法是：用玻璃棒蘸取電極附近的溶液，滴到pH試紙上，把試紙顯示的顏色與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對照，讀取pH．經(jīng)測定：管a中溶液pH小于7，管b中溶液液pH大于7．
（2）管b溶液呈堿性，若向溶液中加入無色酚酞，溶液變?yōu)榧t色，也能得出此結(jié)論．
（3）圖2中能表示電解時(shí)管a中水在電極端所發(fā)生變化的結(jié)果的是C（填對應(yīng)選項(xiàng)的字母）．

Answer 1

分析 I．（1）根據(jù)硫酸鈉的構(gòu)成分析解答；
（2）根據(jù)電解水的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析解答；
（3）根據(jù)氫氣和氧氣的檢驗(yàn)方法進(jìn)行分析解答；
（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和實(shí)驗(yàn)原理過行分析解答；
（5）根據(jù)計(jì)算水中氫、氧原子個(gè)數(shù)比的方法進(jìn)行分析解答；
II．（1）根據(jù)pH試紙的使用方法進(jìn)行分析解答；
（2）根據(jù)堿的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析解答；
（3）根據(jù)電解水的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)實(shí)質(zhì)進(jìn)行分析解答．

解答 解：I．（1）純水很難導(dǎo)電，硫酸鈉在水中能解離成自由移動(dòng)的鈉離子和硫酸根離子，增強(qiáng)了水的導(dǎo)電性；
（2）電解時(shí)可觀察到的現(xiàn)象為：連接電源兩端的電極上均有氣泡產(chǎn)生，且管a與管b產(chǎn)生氣體體積比約為1：2；
（3）氫氣能燃燒，氧氣可助燃．故將燃燒的木條放在玻璃尖嘴口后打開活塞，若氣體燃燒，產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，則該氣體為氫氣；若木條燃燒更劇烈，則該氣體為氧氣；
（4）實(shí)驗(yàn)后還需檢驗(yàn)硫酸鈉的質(zhì)量是否發(fā)生改變，以排除實(shí)驗(yàn)過程中硫酸鈉發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氣體的可能，從而確定只有水發(fā)生分解；
（5）若要確定水中氫、氧原子個(gè)數(shù)比，需測定實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生氫氣和氧氣的體積及該溫度下氫氣和氧氣的密度，從而確定水中氫、氧元素的質(zhì)量比，進(jìn)而求出水中氫、氧原子的個(gè)數(shù)比．
II．（1）用玻璃棒蘸取電極附近的溶液，滴到pH試紙上，把試紙顯示的顏色與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對照，讀取pH．經(jīng)測定：管a中溶液pH小于7，管b中溶液液pH大于7．
（2）管b溶液的pH大于7，說明其呈堿性，除用pH試紙測定其酸堿度外，還可用無色酚酞試液測定其酸堿性；
（3）水能解離成自由移動(dòng)的帶電荷的氫離子和氫氧根離子，電源的正極會(huì)吸引帶負(fù)電荷的氫氧根離子，發(fā)生反應(yīng)后生成氧氣；電源的負(fù)極會(huì)吸引帶正電荷的氫離子，發(fā)生反應(yīng)后生成氫氣，所以，由圖示可知能表示電解時(shí)管a中水在電極端所發(fā)生變化的結(jié)果的是C．
故答案為：I．（1）Na⁺、SO₄^2-；
（2）連接電源兩極的電極上有氣泡產(chǎn)生，且管a與管b產(chǎn)生氣體體積比為1：2；
（3）氣體燃燒產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰木條燃燒更旺盛；
（4）排除硫酸鈉反應(yīng)產(chǎn)生氣體的可能；
（5）管a與管b產(chǎn)生氣體的體積以及該溫度下氫氣和氧氣的密度；
II．（1）電極附近的，標(biāo)準(zhǔn)比色卡對照；（2）堿無色酚酞；（3）C．

點(diǎn)評 此題綜合考查電解水驗(yàn)證水的組成實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)后溶液酸堿性的探究實(shí)驗(yàn)，習(xí)題綜合性較強(qiáng)，但難度不大，掌握電解水的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)結(jié)論是解答此題的關(guān)鍵．