20(11分)某兴趣小组开展以“水”为主题的研究性学习。
任务一:水的电解。
(1)实验室用如图甲所示的装置电解水。

① 管b中气体的化学式为
$\ce{O_{2}}$
。
② 水中加入少量氢氧化钠的作用是
增强导电性
。
(2)某厂电解水制氢,电极上微观粒子的变化情况如图乙所示。
① 该反应的化学方程式为
$\ce{2H_{2}O\xlongequal{通电}2H_{2}\uparrow + O_{2}\uparrow}$
。
② B电极表面生成1个$\ce{H_{2}}$需得到
2
个电子。
任务二:水的净化。
Ⅰ. 自来水生产的一般过程如图丙所示:

第20题图丙
(3)加混凝剂的作用是
吸附水中悬浮杂质,加速沉降
。
(4)《生活饮用水卫生标准》规定,自来水厂若用$\ce{ClO_{2}}$进行投药消毒,出厂时水中$\ce{ClO_{2}}$的限值为$0.8\ \mathrm{mg/L}$($1\ \mathrm{L}$水中含有$0.8\ \mathrm{mg}$)。
① $\ce{ClO_{2}}$的名称是
二氧化氯
。
② 取$1\ \mathrm{L}$经$\ce{ClO_{2}}$消毒的水样置于锥形瓶中,滴加足量$\ce{KI}$溶液,使其与水样中残留的$\ce{ClO_{2}}$充分反应,测得生成$\ce{I_{2}}$的质量为$0.254\ \mathrm{mg}$。上述过程中发生反应的化学方程式为$\ce{2ClO_{2} + 2KI\xlongequal{\;\;}2KClO_{2} + I_{2}}$。该水样中$\ce{ClO_{2}}$残留量为
0.135
$\mathrm{mg/L}$,
符合
(填“符合”或“不符合”)《生活饮用水卫生标准》规定。
Ⅱ. 该兴趣小组自制净水器如图丁所示。

第20题图丁
(5)活性炭用于净水是因为其具有
疏松多孔
的结构。
(6)经过该装置净化后,水的硬度
降低
(填“降低”或“不变”)。
答案:20.(1)① $\ce{O_{2}}$ ② 增强导电性 (2)① $\ce{2H_{2}O\xlongequal{通电}2H_{2}\uparrow + O_{2}\uparrow}$ ② 2 (3)吸附水中悬浮杂质,加速沉降 (4)① 二氧化氯 ② 0.135 符合 (5)疏松多孔 (6)降低
【解析】(4)② 设1 L水样中$\ce{ClO_{2}}$的质量为x。
$\ce{2ClO_{2} + 2KI\xlongequal{\;\;}2KClO_{2} + I_{2}}$
135 254
x 0.254 mg
$\dfrac{135}{254} = \dfrac{x}{0.254\ \mathrm{mg}}\ \ \ x = 0.135\ \mathrm{mg}$
$\ce{ClO_{2}}$残留量为$\dfrac{0.135\ \mathrm{mg}}{1\ \mathrm{L}} = 0.135\ \mathrm{mg/L}$,$0.135\ \mathrm{mg/L} < 0.8\ \mathrm{mg/L}$,符合《生活饮用水卫生标准》规定。
解析:
【分析】
本题围绕“水”的主题,分为水的电解和水的净化两部分,解题时需结合电解水的规律、水净化的原理及化学计算方法分析:
1. 水的电解:牢记“正氧负氢,氢二氧一”的规律,纯水导电性弱,加入氢氧化钠可增强导电性;电解水生成氢气和氧气,根据反应的微观过程可计算电子得失数量;
2. 水的净化:混凝剂用于吸附悬浮杂质加速沉降,$\ce{ClO_{2}}$名称为二氧化氯,利用化学方程式计算残留量时需找准物质的质量比例,活性炭因疏松多孔结构具有吸附性,简易净水器可降低水的硬度。
【解析】
(1)①电解水时,正极产生氧气,负极产生氢气,体积比为1:2,管b连接电源正极,故气体为$\ce{O_{2}}$;②纯水导电性较弱,加入少量氢氧化钠可增强水的导电性,加快电解速率;
(2)①电解水生成氢气和氧气,反应的化学方程式为$\ce{2H_{2}O\xlongequal{通电}2H_{2}\uparrow + O_{2}\uparrow}$;②每个$\ce{H_{2}}$分子由2个H原子构成,每个$\ce{H^{+}}$得到1个电子生成H原子,因此生成1个$\ce{H_{2}}$需得到2个电子;
(3)加混凝剂(如明矾)的作用是吸附水中悬浮杂质,加速其沉降;
(4)①$\ce{ClO_{2}}$的名称为二氧化氯;②设1 L水样中$\ce{ClO_{2}}$的质量为x,根据反应$\ce{2ClO_{2} + 2KI\xlongequal{\;\;}2KClO_{2} + I_{2}}$,$\ce{ClO_{2}}$的相对分子质量为135,$\ce{I_{2}}$的相对分子质量为254,列比例式$\frac{135}{254}=\frac{x}{0.254\ \mathrm{mg}}$,解得$x=0.135\ \mathrm{mg}$,故$\ce{ClO_{2}}$残留量为$\frac{0.135\ \mathrm{mg}}{1\ \mathrm{L}}=0.135\ \mathrm{mg/L}$,该值小于0.8 mg/L,符合《生活饮用水卫生标准》规定;
(5)活性炭具有疏松多孔的结构,因此具有吸附性,可用于净水;
(6)简易净水器可除去部分可溶性钙镁化合物,因此水的硬度降低。
【答案】
(1)①$\ce{O_{2}}$;②增强导电性
(2)①$\ce{2H_{2}O\xlongequal{通电}2H_{2}\uparrow + O_{2}\uparrow}$;②2
(3)吸附水中悬浮杂质,加速沉降
(4)①二氧化氯;②0.135;符合
(5)疏松多孔
(6)降低
【知识点】
水的电解、水的净化、化学方程式计算
【点评】
本题是围绕“水”的综合应用题,涵盖电解水原理、水的净化方法、化学方程式计算等核心知识点,注重基础概念的实际应用,难度适中,能有效考查学生对水相关知识的掌握程度。
【难度系数】
0.6