19. (12分)以化合价为纵坐标，物质类别为横坐标所绘制的图像叫价类图，如图所示为碳的价类图。例如A点表示$\ce{CH_{4}}$，请回答下列问题。
(1) B点对应物质的类别是
单质
(填“单质”或“化合物”)，D点对应物质的化学式为
$\ce{CO_{2}}$
。
(2) 若E点对应物质的化学式为$\ce{H_{2}CO_{x}}$，其中碳元素的化合价为+4，则x的值为
3
。
(3) 若F点对应物质的化学式为$\ce{(NH_{4})_{2}CO_{3}}$，此物质中氢元素和碳元素的质量比为
2:3
(填最简整数比)，此物质中氮元素的化合价为
-3
，氮元素的质量分数为
29.2%
(结果精确到0.1%)。
答案：19. (1) 单质 $\ce{CO_{2}}$ (2) 3 (3) 2:3 $-3$ 29.2%
解析:(3) $\ce{(NH_{4})_{2}CO_{3}}$中氢元素和碳元素的质量比为$8:12=2:3$。$\ce{(NH_{4})_{2}CO_{3}}$中铵根离子为$+1$价,铵根离子中氢元素为$+1$价,则氮元素为$-3$价。此物质中氮元素的质量分数为$\dfrac{14×2}{(14+4)×2+12+16×3}×100\%\approx29.2\%$。
三、实验探究题(本题共8分)
20. 新趋势 项目式探究 水是生命活动不可缺少的物质。请回答相关问题。
Ⅰ. 探究水的组成实验。
(1) 为证明水不是由“水元素”组成的，1785年，拉瓦锡在高温条件下，用水蒸气与红热的铁反应，将水转化为氢气，同时生成四氧化三铁。模拟实验装置如图1所示。加热铁粉前，应先通入水蒸气一段时间，目的是
排尽装置中的空气,防止铁被空气中的氧气氧化
。
(2) 电解水实验的简易装置如图2所示，从能量变化角度看，电解水是将
电
能转化为化学能。电解水的微观过程如图3所示，粒子运动变化的先后顺序是
①②⑤③
(填序号)，该变化中的最小粒子是
氢原子、氧原子(或H、O)
。
Ⅱ. 水的净化。
化学兴趣小组收集了一瓶浑浊的河水，模拟自来水厂进行水的净化。其实验过程如图所示，请回答下列问题。
(3) 自来水厂常用明矾作混凝剂，明矾$\ce{[KAl(SO_{4})_{m} · 12H_{2}O]}$能作混凝剂，是因为明矾溶于水后生成具有吸附作用的胶状物氢氧化铝，则$m=$
2
。
(4) 超滤膜原理相当于操作1，膜表面密布许多细小的微孔，只允许直径
小于
(填“大于”或“小于”)膜表面微孔径的物质通过。
【拓展应用】流感病毒的直径为$0.08～0.12\ μ\mathrm{m}$，带有病毒的飞沫直径一般为$1～10\ μ\mathrm{m}$。常用的三种口罩过滤孔径如下：A. 普通16层纱布口罩的过滤孔径在$100\ μ\mathrm{m}$左右；B. 单层无纺布口罩的过滤孔径在$10\ μ\mathrm{m}$左右；C. N95专业口罩的过滤孔径在$0.1\ μ\mathrm{m}$左右。三种口罩在防控流感病毒过程中最有效的是
C
(填字母)。
Ⅲ. 污水处理。
(5) 聚合氯化铁可处理污水中的悬浮物质和还原性物质。某污水处理厂用聚合氯化铁处理污水的结果如图所示。由图中数据得出污水中投放聚合氯化铁(以Fe计算)的最佳范围约为
18~20
mg/L。
答案：20. (1) 排尽装置中的空气,防止铁被空气中的氧气氧化 (2) 电 ①②⑤③ 氢原子、氧原子(或H、O) (3) 2 (4) 小于 【拓展应用】C (5) 18~20
解析:(3) 在化合物里,各元素正、负化合价的代数和为0,可得$(+1)×1+(+3)×1+(-2)× m=0$,则$m=2$。(4) 操作1为过滤,膜表面密布许多细小的微孔,只允许直径小于膜表面微孔径的物质通过。【拓展应用】流感病毒的直径为$0.08∼0.12\ μ\mathrm{m}$,带有病毒的飞沫直径一般为$1∼10\ μ\mathrm{m}$。N95专业口罩的过滤孔径在$0.1\ μ\mathrm{m}$左右,小于$1∼10\ μ\mathrm{m}$,故C符合题意。(5) 投放聚合氯化铁在18 mg/L时悬浮物质去除率达到最大值,20 mg/L时还原性物质去除率达到最大值,则投放聚合氯化铁的最佳范围约为18~20 mg/L。
