Question

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

Ⅰ．驗證水的組成元素
步驟一：向長頸漏斗中加水（含少量Na₂SO₄）至充滿管a和管b．關閉活塞，接通電源，一段時間后關閉電源．
步驟二：檢驗管中氣體．
（1）Na₂SO₄在水中能解離出Na⁺、SO₄^2-，增強了水的導電性．
（2）電解時觀察到的現象有：連接電源兩極的電極上有氣泡產生，且管a與管b產生氣體體積比為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生淡藍色火焰，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）某同學提出實驗后還需檢驗Na₂SO₄的質量是否發生變化，其原因是排除硫酸鈉反應產生氣體的可能．
（5）若要確定水中氫、氧元素的原子個數比，需要測定管a與管b產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，一段時間后關閉電源．
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準比色卡對照，讀取pH．經測定：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，溶液變為紅色，也能得出此結論．
（3）圖2中能表示電解時管a中水在電極端所發生變化的結果的是C（填對應選項的字母）．

Answer 1

分析 I．（1）根據硫酸鈉的構成分析解答；
（2）根據電解水的實驗現象分析解答；
（3）根據氫氣和氧氣的檢驗方法進行分析解答；
（4）根據實驗的目的和實驗原理過行分析解答；
（5）根據計算水中氫、氧原子個數比的方法進行分析解答；
II．（1）根據pH試紙的使用方法進行分析解答；
（2）根據堿的化學性質進行分析解答；
（3）根據電解水的實驗反應實質進行分析解答．

解答 解：I．（1）純水很難導電，硫酸鈉在水中能解離成自由移動的鈉離子和硫酸根離子，增強了水的導電性；
（2）電解時可觀察到的現象為：連接電源兩端的電極上均有氣泡產生，且管a與管b產生氣體體積比約為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，產生淡藍色火焰，則該氣體為氫氣；若木條燃燒更劇烈，則該氣體為氧氣；
（4）實驗后還需檢驗硫酸鈉的質量是否發生改變，以排除實驗過程中硫酸鈉發生反應產生氣體的可能，從而確定只有水發生分解；
（5）若要確定水中氫、氧原子個數比，需測定實驗過程中產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、氧元素的質量比，進而求出水中氫、氧原子的個數比．
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準比色卡對照，讀取pH．經測定：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的帶電荷的氫離子和氫氧根離子，電源的正極會吸引帶負電荷的氫氧根離子，發生反應后生成氧氣；電源的負極會吸引帶正電荷的氫離子，發生反應后生成氫氣，所以，由圖示可知能表示電解時管a中水在電極端所發生變化的結果的是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生，且管a與管b產生氣體體積比為1：2；
（3）氣體燃燒產生淡藍色火焰木條燃燒更旺盛；
（4）排除硫酸鈉反應產生氣體的可能；
（5）管a與管b產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，標準比色卡對照；（2）堿無色酚酞；（3）C．

點評 此題綜合考查電解水驗證水的組成實驗以及實驗后溶液酸堿性的探究實驗，習題綜合性較強，但難度不大，掌握電解水的實驗現象、實驗原理和實驗結論是解答此題的關鍵．