Как узнали, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного кислорода? Как вообще узнают атомный состав веществ?

Ну, сами химические элементы использовались с древнейших времён - люди занимались металлургией, керамикой, изготовлением красок и прочими подобными делами задолго до того, как хотя бы приблизились к пониманию строения вещества.

Сама идея молекул и атомов была предложена философами Древней Греции - Демокрит и кто-то ещё (сходу не вспомню) пришли к мысли, что любое вещество подобно речи - как речь состоит из слов, а слова состоят из букв, так и вещество состоит из молекул, а те состоят из атомов.

Потом прошло больше двух тысяч лет алхимии и самых разнообразных экспериментов. И в итоге только во времена, близкие к Ломоносову, эта идея снова обрела популярность.

Основой для развития химии стало изучение процесса горения - почему вещество горит, как меняется его структура? Существовали разные версии - что в каждом веществе содержатся атомы "флогистона", которые и обеспечивают горючесть, что "огонь" является одним из элементов, и подобные.

Как раз на этом этапе и узнали состав воды - химики смогли получить водород, а при его сжигании образовывалась вода. Именно с открытием таких газов как кислород и водород (и заодно - устранением "огня" как элемента), и появилась близкая к реальности теория строения вещества. Химики Дальтон и Авогадро предположили связь межу числом молекул газа и давлением. Благодаря этому стало возможным измерить массу атомов в газе, а благодаря этому - массу молекул в оксидах. Именно поэтому, кстати, у кислорода наиболее округлённая масса - 16. Просто потому что именно относительно него делались все практические измерения.

Как это делалось практически? Если взять два литра водорода, литр кислорода, то получим два литра водяного пара. В таком случае формула могла бы выглядеть как 2H2 + O2 = 2H2O (молекулы водорода и кислорода - двухатомные) или как 2Н + О2 = 2НО (молекула водорода одноатомная, кислорода - двухатомная). Из других реакций (например, H + Сl) выяснили, что молекула водорода двухатомная - значит, первое уравнение верно.

Ну а дальше осталось просто делом техники измерить массы известных соединений. Чуть позже Менделеев смог упорядочить все эти данные в таблицу, которой мы и пользуемся.