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水的组成

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水能分解成氢气和氧气，但水并不是这两种气体的混合物。电解实验要回答两个问题：水含哪些元素？这些元素按怎样的数量关系组成水？

一、知识点 理解概念

1. 电解水：现象和结论分开记录

电解水装置，负极收集氢气，正极收集氧气
电解水装置，负极收集氢气，正极收集氧气
观察或条件对应解释与结论
使用直流电源正、负极固定，便于分别收集两种气体；不以极性不断变化的交流电代替
两极都有无色气泡有气体生成，但只凭无色气泡还不能确定名称
负极产物具有可燃性，正极产物有助燃性结合检验分别确定为氢气、氧气；氧气可使带火星木条复燃
相同温度、压强下，负极气体体积约为正极的2倍理想情况下氢气∶氧气的体积比为2∶1
水分解只生成氢气和氧气根据反应前后元素种类不变，水由氢、氧元素组成

纯水导电能力很弱，课堂实验可加入少量适宜电解质增强导电性。选择的电解质在该实验条件下不能另行产生干扰气体，不能自行用食盐等替代。气体检验属于教师指导下的实验操作，不得直接点燃装置内积存的混合气体。

2H2O→通电2H2↑+O2↑2\mathrm{H_2O}\xrightarrow{\text{通电}}2\mathrm{H_2}\uparrow+\mathrm{O_2}\uparrow

简记“正氧负氢，氢二氧一”时，后半句必须补全：相同温度、压强下，氢气与氧气的体积比约为2∶1。

2. 三种比例不能混为一个比例

比较对象氢∶氧依据
产物气体体积2∶1相同温度、压强，理想电解结果
水中氢、氧原子个数2∶1H₂O中每个水分子含2个氢原子、1个氧原子
水中氢、氧元素质量1∶8原子个数分别乘相对原子质量：2×1∶1×16

由气体体积推原子数，要用上“同温同压时，气体体积比等于分子数比”的题设，再注意H₂、O₂都为双原子分子：

N(H2):N(O2)=2:1⇒N(H):N(O)=(2×2):(1×2)=2:1N(\mathrm{H_2}):N(\mathrm{O_2})=2:1 \quad\Rightarrow\quad N(\mathrm H):N(\mathrm O)=(2\times2):(1\times2)=2:1

体积换质量则用m=ρVm=\rho V，不是直接沿用体积比。

3. 水分子发生了什么变化

水加热时只改变分子间隔，通电反应时水分子变为氢分子和氧分子
水加热时只改变分子间隔，通电反应时水分子变为氢分子和氧分子
反应前后是否改变图中怎样判断
原子种类、原子数目不变通电分支②中氢仍8个，氧仍4个，没有哪种原子消失或凭空增加
分子种类改变水分子变成氢分子、氧分子
分子数目本反应改变通电分支②中4个水分子对应4个氢分子和2个氧分子
元素种类、总质量不变原子没有增减，质量守恒

图中蓝色球表示氧原子，白色球表示氢原子；左侧加热分支①与右侧通电分支②可对照判断间隔变化和组合变化。

图把原子重新组合作为理解模型，不是说真实电解时必然先产生可收集的游离原子。水中没有预先装好的H₂、O₂分子等待“分开”。

4. 合成水能提供什么证据

氢气是无色、无臭、密度比空气小、难溶于水的气体，具有可燃性。合适条件下，纯氢气燃烧产生淡蓝色火焰并放热，产物冷却可形成水滴。

2H2+O2→点燃2H2O2\mathrm{H_2}+\mathrm{O_2}\xrightarrow{\text{点燃}}2\mathrm{H_2O}

氢气和氧气反应生成水，与水分解的证据相互支持：水含氢元素、氧元素。可燃性与助燃性不同，氢气是燃料，氧气支持燃烧。氢气混入空气或氧气后点火存在爆炸危险，不能自行模仿混合点燃，也不能以“没听到响声”作为气体安全的充分证据。

二、考点 方法与例题

1. 先认电极，再用检验确认气体

方法： 沿导线看电源正、负极，不按图的左、右死记；结合气体检验确定身份，再在同温同压前提下算体积。

例题 01 管a与管b各是什么气体 2024 江西中考·改编

题目

下图是电解水实验。通电一段时间，管a收集到12 mL气体，读数均在相同温度、压强下进行，忽略溶解、漏气等影响。

电解水题图，管a接电源负极，管b接正极
电解水题图，管a接电源负极，管b接正极
  1. 管a和管b中分别是什么气体？管b体积是多少？
  2. 从这一实验判断水的元素组成，需要补出什么依据？
答案与解析

解析

  1. 沿导线可见a接负极，是氢气；b接正极，是氧气。氢气∶氧气的体积比为2∶1，所以b为12÷2＝6 mL。
  2. 水分解的产物是氢气和氧气，分别只含氢、氧元素；普通化学反应前后元素种类不变，所以水由氢、氧元素组成。只背出两种气体名称，不等于写完整论证。

本题结论

a为氢气，b为氧气、6 mL；以反应前后元素种类不变为依据。

2. 按证据逐步由定性走向定量

方法： 元素种类解决“有什么”，元素质量比解决“各占多少”；化学式中的原子个数比还要把质量分别除以相对原子质量。

例题 02 模型中少了哪一步 2024 江西中考·改编

题目

已知同温同压时，电解水得到的氢气与氧气体积比为2∶1。

  1. 若要由体积比求产物质量比，还需知道这两种气体的什么比值？
  2. 下列研究模型中，▲应填写什么？
由化学反应定性确定组成元素，再定量确定未知信息，结合相对分子质量确定化学式
由化学反应定性确定组成元素，再定量确定未知信息，结合相对分子质量确定化学式
  1. 已知水中氢、氧元素质量比为1∶8，氢、氧相对原子质量分别为1、16，求氢、氧原子个数比。
答案与解析

解析

  1. 还需同条件下的密度比。质量比为ρ(H2)V(H2):ρ(O2)V(O2)\rho(\mathrm{H_2})V(\mathrm{H_2}):\rho(\mathrm{O_2})V(\mathrm{O_2})。
  2. ▲为各元素质量比，不能填气体体积比。
  3. 分别用质量除以相对原子质量：(1÷1):(8÷16)=1:0.5=2:1(1\div1):(8\div16)=1:0.5=2:1。

由质量比可确定最简原子比；对一般分子还需相对分子质量等信息，不能见到一个最简比就认定完整分子式。

本题结论

密度比；各元素质量比；原子个数比2∶1。

3. 同样的两条线，纵轴不同结论就不同

方法： 读轴名和单位，再在同一时刻比较。体积图氢线高，质量图氧线高；不能根据“线更陡”直接叫它氢气。

例题 03 哪条线对应氢气 据知识清单图像改编

题目

两组实验分别在理想条件下持续电解水，各自电流稳定、气体收集完全。左图纵轴为气体体积，右图为气体质量。每张图内比较同一时刻t；两张图的t不代表同一批产物或同一次实验。

体积图甲10mL乙5mL，质量图丙8g丁1g，同图内比较同一时刻t
体积图甲10mL乙5mL，质量图丙8g丁1g，同图内比较同一时刻t

分别判断甲、乙、丙、丁所代表的气体，并说明为什么两图中氢气的高低位置不同。

答案与解析

解析

体积图：甲∶乙＝10∶5＝2∶1，所以甲为氢气、乙为氧气。

质量图：丁∶丙＝1∶8，所以丁为氢气、丙为氧气。氧气分子比氢气分子重得多，体积较少不等于质量较小。

两图是不同计量方式的示意，不能把左图的10 mL与右图的1 g视为同一份氢气的对应实测值。

本题结论

甲、丁为氢气；乙、丙为氧气。判断必须先看纵轴。

三、坑点 辨析与纠错

1. 分解产物不是原来的混合成分

自查： “由氢、氧元素组成”与“由氢气、氧气混合而成”不是同一句话。

辨析 01 水中原来就有氢分子吗 据知识清单易错点改编

题目

判断：“电解水得到氢气和氧气，说明水分子里面本来就含氢分子、氧分子，通电只把它们分开。”

答案与解析

解析

水分子由氢原子、氧原子构成，不含氢分子、氧分子。电解是化学变化，原子重新组合生成新分子；不是把原先混合的两种气体进行物理分离。

本题结论

错误。水由氢、氧元素组成，水分子由氢、氧原子构成。

2. “氢二氧一”不能用于分配质量

自查： 写比例前先写对象：体积、分子数、原子数还是质量？

辨析 02 9克水能生成6克氢气吗 自编辨析

题目

9 g水完全电解。小明按“氢二氧一”计算：氢气6 g，氧气3 g。计算错在哪里？正确结果是什么？

答案与解析

解析

把体积比2∶1误当质量比。水中氢、氧质量比为1∶8，因此氢气质量9×1/9＝1 g，氧气质量9×8/9＝8 g。两者合计9 g，既符合组成关系，也符合质量守恒。仅“合计9 g”还不够，小明的错误答案同样满足总和。

本题结论

氢气1 g，氧气8 g。质量守恒不能替代组成比例。

3. 实测比例偏离，先检查实验而不是改写化学式

自查： 理论比例与实际收集读数之间，还隔着溶解、漏气、残留空气和电极反应等影响。

辨析 03 体积比大于2∶1意味着什么 据知识清单易错点改编

题目

某次实验收集的氢气与氧气体积比大于2∶1。有人据此把水的化学式改为“含氢更多”的式子。该结论可靠吗？请给出一种可能导致该偏差的原因。

答案与解析

解析

不可靠。比较的是收集到的气体，不一定等于实际生成的全部气体。例如氧气相对更多地溶于水，或部分氧气与电极反应，会使测得氧气偏少，氢氧体积比偏大。还需检查气密性和读数条件，不能由一次偏差推翻水的组成。

本题结论

不可靠；氧气损失等可使收集体积比偏大，应先查实验影响。

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