Question

2．为验证水的组成元素及探究水在电极端所发生的变化，兴趣小组用如图1所示装置（夹持仪器省略）进行实验：

Ⅰ．验证水的组成元素
步骤一：向长颈漏斗中加水（含少量Na₂SO₄）至充满管a和管b．关闭活塞，接通电源，一段时间后关闭电源．
步骤二：检验管中气体．
（1）Na₂SO₄在水中能解离出Na⁺、SO₄^2-，增强了水的导电性．
（2）电解时观察到的现象有：连接电源两极的电极上有气泡产生，且管a与管b产生气体体积比为1：2．
（3）用燃着的木条分别置于玻璃管尖嘴口，打开活塞，若观察到气体燃烧产生淡蓝色火焰，则证明气体为H₂；若观察到木条燃烧更旺盛，则证明气体为O₂．
（4）某同学提出实验后还需检验Na₂SO₄的质量是否发生变化，其原因是排除硫酸钠反应产生气体的可能．
（5）若要确定水中氢、氧元素的原子个数比，需要测定管a与管b产生气体的体积以及该温度下氢气和氧气的密度．
Ⅱ．探究水在电极端所发生的变化
步骤一：向装置中重新加水（含少量Na₂SO₄）至充满管a和管b，保持活塞打开，接通电源，一段时间后关闭电源．
步骤二：分别取出管a和管b电极附近的溶液，并测定溶液的pH．
（1）测定溶液pH的方法是：用玻璃棒蘸取电极附近的溶液，滴到pH试纸上，把试纸显示的颜色与标准比色卡对照，读取pH．经测定：管a中溶液pH小于7，管b中溶液液pH大于7．
（2）管b溶液呈碱性，若向溶液中加入无色酚酞，溶液变为红色，也能得出此结论．
（3）图2中能表示电解时管a中水在电极端所发生变化的结果的是C（填对应选项的字母）．

Answer 1

分析 I．（1）根据硫酸钠的构成分析解答；
（2）根据电解水的实验现象分析解答；
（3）根据氢气和氧气的检验方法进行分析解答；
（4）根据实验的目的和实验原理过行分析解答；
（5）根据计算水中氢、氧原子个数比的方法进行分析解答；
II．（1）根据pH试纸的使用方法进行分析解答；
（2）根据碱的化学性质进行分析解答；
（3）根据电解水的实验反应实质进行分析解答．

解答 解：I．（1）纯水很难导电，硫酸钠在水中能解离成自由移动的钠离子和硫酸根离子，增强了水的导电性；
（2）电解时可观察到的现象为：连接电源两端的电极上均有气泡产生，且管a与管b产生气体体积比约为1：2；
（3）氢气能燃烧，氧气可助燃．故将燃烧的木条放在玻璃尖嘴口后打开活塞，若气体燃烧，产生淡蓝色火焰，则该气体为氢气；若木条燃烧更剧烈，则该气体为氧气；
（4）实验后还需检验硫酸钠的质量是否发生改变，以排除实验过程中硫酸钠发生反应产生气体的可能，从而确定只有水发生分解；
（5）若要确定水中氢、氧原子个数比，需测定实验过程中产生氢气和氧气的体积及该温度下氢气和氧气的密度，从而确定水中氢、氧元素的质量比，进而求出水中氢、氧原子的个数比．
II．（1）用玻璃棒蘸取电极附近的溶液，滴到pH试纸上，把试纸显示的颜色与标准比色卡对照，读取pH．经测定：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，说明其呈碱性，除用pH试纸测定其酸碱度外，还可用无色酚酞试液测定其酸碱性；
（3）水能解离成自由移动的带电荷的氢离子和氢氧根离子，电源的正极会吸引带负电荷的氢氧根离子，发生反应后生成氧气；电源的负极会吸引带正电荷的氢离子，发生反应后生成氢气，所以，由图示可知能表示电解时管a中水在电极端所发生变化的结果的是C．
故答案为：I．（1）Na⁺、SO₄^2-；
（2）连接电源两极的电极上有气泡产生，且管a与管b产生气体体积比为1：2；
（3）气体燃烧产生淡蓝色火焰木条燃烧更旺盛；
（4）排除硫酸钠反应产生气体的可能；
（5）管a与管b产生气体的体积以及该温度下氢气和氧气的密度；
II．（1）电极附近的，标准比色卡对照；（2）碱无色酚酞；（3）C．

点评 此题综合考查电解水验证水的组成实验以及实验后溶液酸碱性的探究实验，习题综合性较强，但难度不大，掌握电解水的实验现象、实验原理和实验结论是解答此题的关键．