专题四 电解质溶液和电化学终曾万学11127.docx
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专题四电解质溶液和电化学终曾万学11127
专题四电解质溶液
考点回顾
1.了解电解质、非电解质,强电解质和弱电解质的概念,会判断常见的强电解质和弱电解质。
理解弱电解质的电离平衡的概念,掌握一定条件下弱电解质电离平衡的移动。
2.了解水的电离,理解温度变化、外加物质(酸、碱、盐)对水的电离平衡的影响。
了解三种指示剂(石蕊、酚酞、甲基橙)在溶液中的颜色变化。
了解溶液pH值概念及与溶液酸碱性之间的关系,掌握有关溶液pH值与氢离子浓度、氢氧根离子浓度的简单计算。
3.理解盐类水解的原理,掌握盐类水解的规律和应用。
了解盐溶液的酸碱性,会比较盐溶液中离子浓度的大小。
4.了解酸式、碱式滴定管的结构,并掌握酸、碱中和滴定的基本操作。
5.理解原电池原理,初步了解化学电源、了解化学腐蚀与电化学腐蚀及一般防腐蚀方法。
理解电解原理,了解铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业反应原理。
命题规律
本专题内容是中学化学重要的基本理论,是历年高考考查的热点内容和重点内容,主要考查的知识点有:
①强弱电解质的判断和溶液导电性强弱比较;②外界条件对电离平衡的影响及电离平衡理论的应用;③溶液酸碱性强弱(或溶液pH大小)的判断;④有关溶液pH的计算;⑤盐类水解的实质、规律和应用;⑥离子方程式、电离方程式的规范使用;⑦离子浓度大小比较;⑧原电池、电解池、电镀池的电极材料、电极的判断和名称、电极反应式的书写和电解质的判断;⑨金属活动性、离子的氧化还原性强弱的判断;⑩电解产物的判断、溶液酸碱性的变化、有关计算等。
其中溶液酸碱性及溶液pH的计算、离子浓度大小比较、原电池的工作原理、电解产物的判断和有关计算等是历年高考的热点,主要以选择题和填空题形式出现,选择题灵活多变,重基础、重应用。
填空题的题设条件千变万化,数字和字母交替出现,重逻辑推理、重数学工具的运用,综合性较强。
知识扫描
1.弱电解质的电离平衡
意义:
在一定条件下弱电解质离子化速率和分子化速率相等时,则建立电离平衡。
特征:
动、定、变。
影响因素:
温度、浓度、外加相关物质。
电解质相对强弱的判断方法:
(1)导电性:
相同条件下,弱者导电性更弱。
(2)相同浓度时的pH:
相同条件下,相同物质的量浓度时,弱酸比强酸pH大,弱碱比强碱pH小。
(3)稀释:
稀释同等的倍数,强者pH变化更大。
(4)等pH时与Zn反应速率:
刚反应时,强弱速率相同,反应过程中,弱者更快,产生等量H2时耗时更短。
(5)加入某盐时pH的变化:
在酸中加对应盐或在碱中加对应盐,pH发生变化说明存在电离平衡,该电解质为弱电解质。
2.水的电离和溶液的酸碱性
水的电离:
H2O
H++OH-(H2O+H2O
H3O++OH-)
水的离子积:
KW=c(H+)·C(OH-),KW随温度而变化
溶液的酸碱性:
c(H+)>c(OH-)酸性pH<7
c(H+)<c(OH-)碱性常温时,pH>7
c(H+)=c(OH-)中性pH=7
影响水的电离平衡的因素:
(1)温度:
水的电离吸热,升高温度,促进水的电离。
(2)酸、碱(抑制):
加酸或加碱,增大H+、OH-离子浓度,平衡左移,H2O的电离受到抑制。
(3)易水解盐(促进电离):
由盐电离的弱根离子结合H+或OH-,使H+或OH-离子浓度降低,平衡右移,促进了水的电离。
3.有关溶液pH计算:
pH=-lgc(H+)
酸与酸混合:
直接求混合后溶液中的H+离子浓度,再求pH。
碱与碱混合:
先求混合后溶液的OH-离子浓度,然后根据Kw,求出H+离子浓度,再求pH。
酸与碱混合:
先判断谁过量,若酸过量,则直接求余下的H+离子浓度,然后求pH;如果碱过量,则先求余下的OH-离子浓度,再求pH。
4.盐类水解
实质:
盐电离出来的离子与水电离出的
或
结合生成弱电解质、破坏了水的电离平衡,使溶液呈现一定的酸碱性。
条件:
①盐中必有弱根离子;②盐必易溶于水。
规律:
①有弱才水解,无弱不水解;越弱越水解,都弱都水解,谁强显谁性。
②盐的浓度越小,水解程度越大(稀释促进水解)。
③温度越高,水解程度越大。
特征:
①属可逆反应(中和反应的逆反应);②为吸热反应。
③单离子水解程度微弱。
应用:
①判断溶液的酸碱性。
②判断电解质的相对强弱(酸或碱的强弱)。
③比较溶液中粒子浓度大小。
④解释某些化学现象及在生产生活中的应用。
5.离子浓度大小比较方法:
①先考虑电离,再考虑离子的变化(水解和电离的强弱)
②离子浓度大小的比较,常借助于电荷守恒式加以判断。
6.中和滴定
定义:
用已知浓度的酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或碱)的实验方法
原理:
在中和反应中使用一种已知浓度的酸(或碱)溶液与未知浓度的碱(或酸)溶液完全中和,测出二者所用的体积,根据化学方程式中酸碱物质的量的比求出未知溶液的浓度。
关键:
①准确确定反应过程中的溶液的体积②准确判断滴定终点。
仪器:
酸式滴定管、碱式滴定管、烧杯、锥形瓶、铁架台、滴定管夹等
试剂:
标准溶液、待测液、指示剂
操作:
洗涤、查漏、润洗、注液、调节、读数
滴定:
取待测液、滴入指示剂、滴定、判断终点、读数
计算:
取两次或两次以上消耗标准溶液体积的平均值,依原理求算
7.原电池
装置:
化学能转化为电能
形成条件:
①两个活泼性不同的电极(用导线连接或直接接触)
②电解质溶液(一般与活泼性强的电极自发地发生氧化还原反应)
③形成闭合回路
工作原理(以Cu—Zn原电池为例):
主要应用:
(1)制造各种化学电池;
(2)可以改变反应速率(提高、减慢)
原电池的正负极的判断方法:
(1)根据组成原电池的两极电极材料判断。
一般是较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
(2)根据电子流动方向或电流方向判断。
电子流动方向:
由负极→正极;电流方向:
由正极→负极。
(3)根据原电池里电解质溶液中离子的移动方向判断。
在原电池的电解质溶液内,阳离子向正极移动,而阴离子向负极移动。
(4)根据原电池两极发生的变化判断。
原电池的负极总是失电子,发生氧化反应;而正极总是得电子,发生还原反应。
8.常见化学电源
(1)干电池
负极(Zn):
Zn-2e-==Zn2+
正极(C):
2NH4+-2e-==2NH3↑+H2↑(胀气)2MnO2+H2==Mn2O3+H2O
总反应:
Zn+2NH4+==Zn2++2NH3↑+H2↑
(2)铅蓄电池
正极:
PbO2+4H++SO42-+2e-==PbSO4+2H2O 负极:
Pb-2e-+SO42-==PbSO4
总反应:
PbO2+Pb+2H2SO4PbSO4+2H2O
(3)Fe—NiO2碱性电池:
负极:
Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2正极:
NiO2+2H2O+2e-==Ni(OH)2+2OH-
总反应:
Fe+NiO2+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2
(4)NiO2—Cd碱性电池:
负极:
Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2正极:
NiO2+2H2O+2e-==Ni(OH)2+2OH-
总反应:
Cd+NiO2+2H2OCd(OH)2+Ni(OH)2
(5)锂电池:
某些心脏病患者,主要是心搏动动力不足,可以考虑给他装上起搏器,那需要一个电源,此电源应该具备什么特点呢?
要求体积小、轻、高能、寿命长。
那就是锂电池。
(6)氢、氧燃料电池
碱性环境:
负极:
2H2-4e-+4OH-==4H2O正极:
O2+4e-+2H2O==4OH-
总反应:
2H2+O2==2H2O
酸性环境:
负极:
2H2-4e-==4H+正极:
O2+4e-+H+==2H2O
总反应:
2H2+O2==2H2O
(7)甲烷、氧气燃料电池的电极反应。
负极:
CH4-8e-+10OH-==CO32-+7H2O
正极:
2O2+8e-+4H2O==8OH-
总反应:
CH4+2O2+2OH-==CO32-+3H2O
(8)铝、空气电池的电极反应。
负极:
4Al-12e-==4Al3+
正极:
3O2+12e-+6H2O==12OH-
总反应:
4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3
9.金属腐蚀:
金属的腐蚀是金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而损耗的过程。
化学腐蚀:
金属跟接触到的化学物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。
电化学腐蚀:
不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化的腐蚀。
析氢腐蚀(弱酸性条件):
负极(Fe):
Fe-2e-==Fe2+正极(C):
2H++2e-==H2↑
总反应:
Fe+2H+==Fe2++H2↑
吸氧腐蚀(极弱酸性或中性条件):
负极(Fe):
2Fe-4e-==2Fe2+正极(C):
O2+4e-+2H2O==4OH-
总反应:
2Fe+2H2O+O2==2Fe(OH)2[后续反应4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3]
金属防护方法:
①改变金属的内部组织结构;②在金属表面覆盖保护层;③电化学保护法。
8.电解:
使电流通过电解质溶液(或熔化的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程
装置特点:
电能转化为化学能
形成条件:
①与电流相连的两个电极;②电解质溶液(或熔化的电解质);③形成闭合回路
工作原理:
主要应用:
氯碱工业:
电解饱和食盐水制取烧碱、氯气、氢气
电镀:
应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。
电镀池形成条件:
①镀件作阴极②镀层金属作阳极③电镀液中含有镀层金属离子。
电解冶炼铝、钠等。
9.电极种类及其判断方法:
电极
能力提升
1.下列溶液肯定呈酸性的是
A.含H+的溶液B.能使酚酞显无色的溶液C.pH<7的溶液D.c(OH-)<c(H+)的溶液
提示:
任何水溶液中均含H+和OH-,故
错。
酚酞显无色的溶液,其pH<8,该溶液可能呈酸性,也可能呈中性或碱性,B错。
以纯水在100℃为例,Kw=10-12,c(H+)=10-6mol·L-1,pH=6,但溶液为中性,故pH<7的溶液可能呈酸性,也可能呈中性或碱性。
答案为D。
答案:
D
点拨:
用c(H+)>10-7mol·L-1或pH<7判断溶液呈酸性的前提条件是溶液温度为25℃。
C(H+)>COH-)是判断溶液呈酸性最本质的条件。
2.将0.1mol下列物质置于1L水中,充分搅拌后,溶液中阴离子数最多的是
A.KClB.Mg(OH)2C.Na2CO3D.MgSO4
提示:
若不考虑水的电离。
A项中阴离子为0.1mol;B项中Mg(OH)2难溶于水,故电离出的OH-远小于0.1mol;D项中SO42-为0.1mol;而在C项中CO32-为0.1mol,投入水中后,CO32-水解:
CO32-+H2O
HCO3-+OH-,即水解后阴离子数增加,故选C。
答案:
C
点拔:
若为二元弱酸根水解,则阴离子数增加,若为一元弱酸根如Ac-+H2OHAc+OH-的水解则阴离子数不变。
3.25℃时,在浓度为1mol·L-1的(NH4)2SO4、(NH4)2CO3、(NH4)2Fe(SO4)2的溶液中,测得c(NH4+)分别为
、
、
(单位:
mol·L-1)。
下列判断正确的是()
A.a=b=cB.a>b>cC.a>c>bD.c>a>b
提示:
三种溶液中均存在水解平衡:
NH4++H2O NH3·H2O+H+,对于(NH4)2CO3,因为
CO32-+H2OHCO3-+OH-,生成的OH-与NH4+水解产生的H+结合成水,从而促进NH4+的水解;对于(NH4)2Fe(SO4)2,Fe2++2H2OFe(OH)2+2H+,c(H+)增大,抑制了NH4+的水解,故答案为D。
答案:
D
4.在蒸发皿中蒸干并灼烧(低于
)下列物质的溶液,可以得到该溶质的是
A.氯化铝B.碳酸氢钠C.硫酸镁D.高锰酸钾
提示:
AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl,加热HCl挥发、平衡右移,灼烧时,Al(OH)3受热分解:
2Al(OH)3
Al2O3+3H2O;NaHCO3受热分解,得到Na2CO3,KMnO4固体受热分解,故答案选C。
答案:
C
点拔:
水解程度虽然很弱,但当改变外界条件时,可以加大水解的程度,要注意蒸干和灼烧产物的差异。
如AlCl3,蒸干主要得Al(OH)3,灼烧则得Al2O3。
5.在一支25mL的酸式滴定管中盛入0.1mol·L-1HCl溶液,其液面恰好在5mL的刻度处,若把滴定管中的溶液全部放入烧杯中,然后以0.1mol·L-1NaOH溶液进行中和,则所需NaOH溶液的体积为
A.大于20
B.小于20
C.等于20
D.等于5
提示:
滴定管尖嘴部分没有刻度,故实际装液大于20mol。
消耗等浓度的NaOH的体积应大于20ml.
答案:
A
点拔:
在常见的量器中,滴定管0刻度在上,温度计在中部,天平在左边,量筒没有0刻度。
6.在一定体积pH=12的Ba(OH)2溶液中,逐滴加入一定物质的量浓度的NaHSO4溶液,当溶液中的Ba2+恰好完全沉淀时,溶液pH=1。
若反应后溶液的体积等于Ba(OH)2溶液与NaHSO4溶液的体积之和,则Ba(OH)2溶液与NaHSO4溶液的体积比是
A.1∶9B.1∶1C.1∶2D.1∶4
提示:
设Ba(OH)2的体积为V1.NaHSO4的体积为V2。
由已知不难得出c(Ba(OH)2)=0.005mol/L,当Ba2+恰好反应时,消耗的OH-的物质的量n(OH-)=n(H+)=n(Ba2+)=n(SO42-),由混合后pH=11有:
,则V1∶V2=1∶4。
答案:
D
7.常温下将稀
溶液与稀
溶液混合,不可能出现的结果是
A.pH>7,且c(OH-)>c(Na+)>c(H+)>c(CH3COO-)
B.pH>7,且c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-)
C.pH>7,且c(CH3COO-)>c(H+)>c(Na+)>c(OH-)
D.pH=7,且c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)
提示:
利用电荷守恒规律,无论混合后溶液性质如何,始终有C(Na+)+(H+)=C(OH-)+C(CH3COO-)等式存在,由此不难知道D不可能。
答案:
D
8.高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。
高铁电池的总反应为:
3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH
下列叙述不正确的是
A.放电时负极反应为:
Zn-2e-+2OH=Zn(OH)2
B.充电时阳极反应为:
Fe(OH)3-3e+5OH-=FeO42-
C.放电时每转移3mol电子,正极有1molK2FeO4被氧化
D.放电时正极附近溶液的碱性增强
提示:
充电电池的特征是:
放电时是原电池,充电时是电解池。
放电时,
作负极。
K2FeO4作正极,K2Fe2O4变为Fe(OH)3被还原。
故C不正确。
答案:
C
点拔:
原电池称正负极,电解池称阴阳极;放电时为原电池;充电时为电解池;负极氧化,正极还原;阳极氧化,阴极还原。
9.下列叙述正确的是
A.在冰醋酸的稀释过程中,溶液的导电性逐渐降低
B.在稀氨水中通入少量氨气后溶液中的离子浓度均增大
C.10mL0.02mol·L-1AgNO3溶液与10mL0.02mol·L-1HCl溶液溶液混合后,溶液的pH=2
D.10mL0.04mol·L-1溶液与10mL0.02mol·L-1Na2CO3溶液混合后,溶液的pH=7
提示:
在冰醋酸的稀释过程中,溶液的导电性先增(电离为主)后降(稀释为主),所以A错;B中NH4+、OH-离子浓度增大,但H+离子浓度降低,故B错;D中HCl和Na2CO3刚好完全反应,但生成的CO2要溶解于水,故pH<7;C中H+未消耗,体积加倍,浓度减半,H+浓度变为0.01mol/L,pH=2,故C正确。
答案:
C
点拔:
物质刚好完全反应不一定呈中性,还要看生成的产物对水溶液的影响。
10.金属镍有广泛的用途。
粗镍中含有少量的
、
、
、
等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,若已知氧化性:
Fe2+ A.阳极发生还原反应,其电极反应式: Ni2++2e-=Ni B.电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+ D.电解后,溶液中沉积的金属有Cu和Pt 提示: 因为氧化性: Fe2+ > >Ni> 。 阳极先是Zn、Fe失去电子,后是Ni失电子,阴极始终是Ni2+得电子。 Cu、Pt不放电,故D正确。 阳极发生氧化反应,故A错,最初阶段阳极是Zn、Fe放电,阴极Ni2+得电子,故B、C均错。 答案: D 点拔: 电解精炼铜是电解的主要应用之一,必须把它和电镀区别开来。 11.向0.1mol/L-1氨水中逐渐加入一定量的水,始终保持增大趋势的是 A.NH3·H2O浓度B.OH-浓度C.NH4+数目D.NH4+浓度 提示: NH3·H2O NH4++OH-,加水稀释,平衡右移,NH3·H2O的电离程度增大,故NH4+、OH-的数目增大。 NH3·H2O的数目减小,NH3·H2O浓度减小,而体积增大的幅度大于NH4+和OH-的数目增大的幅度,故NH4+和OH-的浓度均减小。 答案: C 点拔: 酸稀释pH增大,碱稀释pH减小,利用结论讨论c(OH-)或c(NH4+)更为简捷。 12.下列液体的pH<7的是 A.纯碱溶液B.食盐溶液C.酒精溶液D.明矾溶液 答案: D 13.在室温下等体积的酸和碱溶液混合后 值一定小于7的是() A.pH=3的硝酸跟pH=11的氢氧化钠溶液 B.pH=3的盐酸跟pH=11的氨水 C.pH=3的硫酸跟pH=11的氢氧化钠溶液 D.pH=3的醋酸跟pH=11的氢氧化钡溶液 提示: pH=3的盐酸、硝酸、醋酸,其c(H+)虽然都为0.001mol/L,但醋酸为弱酸,还有相当多醋酸分子没电离,电此可知醋酸可提供的 物质的量比另外三种酸多许多。 同时氨水为弱碱,虽然c(OH-)与其他三种碱相同,但能提供的OH-相对多得多。 综合上述分析,A项与C项pH=7,B因氨水过量显碱性,D则因醋酸过量显酸性。 答案: D 点拔: pH之和为14的酸碱等体积混合,弱者过量显其性。 14.能正确表示下列反应的离子方程式的是 A.甲酸钠溶液和盐酸反应: HCOO-+H+=HCOOH B.硫化钠的第一步水解: S2-+2H2OH2S+2OH- C.醋酸钡溶液和硫酸反应: Ba2++SO42-=BaSO4 D.氢氧化钙溶液和碳酸氢镁反应: Ca2++OH-+HCO3-=CaCO3↓+H2O 提示: B中的S2-的第一步水解为S2-+H2O HS- +OH-,C中CH3COOH和H+要结合;D中Mg2+与OH-可结合为Mg(OH)2沉淀。 答案: A 点拔: 多元弱酸根的水解分步书写,同时注意“”、“=”、“↑”、“↓”等符号的使用条件。 15.固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westing-house)公司研制开发的,它以固体氧化锆-氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。 该电池的工作原理如图所示,其中多孔电极 、 均不参与电极反应。 下列判断正确的是 A.有O2放电的a极为电池的负极 B.有H2放电的b极为电池的正极 C.a极对应的电极反应为: O2+2H2O+4e-=4OH- D.该电池的电极反应方程式为: 2H2+O22H2O 提示: 原电池中,被氧化的-极为负极,被还原的一极为正极,故A、B均错。 a极O2放电后变为 O2-。 即 ,故C错。 答案: D 点拔: 固体电解质是一类新型的电解质,可以看作是非水溶液即熔融电解质,与水溶液中电解质的作用相似。 二、非选择题 16.绿矾(化学式为FeSO4·7H2O)是硫酸法生产钛白粉的主要副产物,每生产1t钛白粉,副产 ~ t绿矾。 目前全国每年约副产75万t绿矾,除极少数被用于制备新产品外,绝大部分作为废料弃去,对环境造成污染。 因此开发综合利用绿矾的工艺,是一项很有意义的工作。 某研究者提出如下图所示的绿色工艺流程。 其中,A为碳酸的正盐,D为一种氮肥,F是一种红色颜料的主要成分,C物质为一种白色沉淀,它在隔绝空气时才易得到,接触空气易发生反应而改变颜色。 请回答下列问题: (1)写出B的电子式 ; (2)写出D的化学式 ; (3)写出反应①的离子方程式 ; (4)写出反应②的化学方程式 ; (5)实验室配制和保存 溶液时,通常加入 。 答案: (1) (2)(NH4)2SO4(3)Fe2++CO32-+H2O=Fe(OH)2↓+CO2↑ (4)4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3(5)Fe粉H2SO4 17.某温度下,纯水中的c(H+)=2.0×10-7mol·L-1,则此时溶液的c(OH-)为mol·L-1;若温度不变,滴入稀硫酸使c(H+)=5.0×10-6mol·L-,则c(OH-)mol·L-1。 提示: 纯水中由水电离出的H+和由水电离出的OH-浓度相等。 故C(OH-)为2.0×10-7mol/L。 由Kω=c(H+)·c(OH-)知为Kω为4.0×10-14,根据Kω的意义,知道溶液中的c(H+),便可求出c(OH-)。 答案: 2.0×10-78.0×10-9 点拔: 温度发生变化,Kω的值也发生变化,但Kω=c(H+)·c(OH-)表示的意义不变。 18.限使用下列试剂: 酚酞、石蕊、稀氨水、氯化铵晶体、浓盐酸、熟石灰粉末、醋酸铵晶体和蒸馏水。 根据: ①弱碱在水中存在电离平衡;②弱碱的阳离子会破坏水的电离平衡。 分别选用上述试剂,设计两种实验证明NH3·H2O是弱碱,请简述实验方法及现象。 (1)应用根据①的实验方法及现象。 (2)应用根据②的实验方法及现象。 提示: 此题是一道实验设计题目,要证明NH3·H2O是弱碱,可采用两种方法: 一种方法是弱碱溶液中一定存在电离平衡,只要说明氨水中存在电离平衡即可证明氨水是弱碱;另一种方法是弱碱阳离子会破坏水的电离平衡,只要证明NH4+能破坏水的电离平衡即可说明氨水是弱碱。 答案: (1)取少量氨水,滴加酚酞试液,溶液呈红色,然后向其中加入CH3COONH4晶体,振荡,可看到红色变浅,说明氨水中存在电离平衡,说明氨水为弱碱。 (2)取少量NH4Cl晶体溶于水,滴加石蕊试液溶液呈红色,表明NH4+水解,破坏了水的电离平衡,说明氨水为弱碱 点拔: 在 (1)中选用CH3COONH4中性盐作为试剂,通过碱性减弱,说明其原因是相同离子的作用使弱碱平衡移动,若选用NH4Cl作试剂,因NH4Cl水解呈酸性,即便是溶液的碱性减
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