高考化学铝及其化合物推断题综合题附答案解析.docx
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高考化学铝及其化合物推断题综合题附答案解析
高考化学铝及其化合物推断题综合题附答案解析
一、铝及其化合物
1.回答下列问题:
(1)锂和镁在元素周期表中有特殊“对角线”关系,它们的性质相似。
下列有关锂及其化合物的叙述正确的是________。
ALi2SO4难溶于水
BLi与N2反应产物是Li3N
CLiOH易溶于水
DLiOH与Li2CO3受热都难分解
(2)与铝位于对角线位置的第二周期元素是________,能区别Be(OH)2和Mg(OH)2的一种试剂是________,反应的化学方程式是_________。
(3)门捷列夫在研究元素周期表时,科学地预言了11种尚未发现的元素,为它们在周期表中留下空位。
例如,他预测在铝的下方有一个与铝类似的元素“类铝”,后来被法国化学家于1875年发现,命名为镓。
镓的元素符号是________,它在周期表中的位置是___________。
(4)关于与镓同主族的第6周期元素性质的推测中不正确的是________。
A单质是银白色较软的金属
B其氢氧化物是两性氢氧化物
C在化合物中显+3价
D单质与盐酸的反应比铝剧烈
【答案】B铍(Be)NaOH溶液Be(OH)2+2NaOH=Na2BeO2+2H2OGa第四周期ⅢA族B
【解析】
【分析】
【详解】
(1)A.锂和镁在元素周期表中有特殊“对角线”关系,它们的性质非常相似,硫酸镁易溶于水,所以硫酸锂易溶于水,故A错误;
B.锂和镁在元素周期表中有特殊“对角线”关系,它们的性质非常相似,镁和氮气反应生成氮化镁,所以锂和氮气反应生成Li3N,故B正确;
C.氢氧化镁难溶于水,所以氢氧化锂属于难溶物质,故C错误;
D.锂和镁在元素周期表中有特殊“对角线”关系,它们的性质非常相似,氢氧化镁和碳酸镁受热易分解,则氢氧化锂和碳酸锂受热也易分解,故D错误;
故答案为B;
(2)根据对角线规则,与铝位于对角线位置的第二周期元素是铍,有相似的化学性质,氢氧化铝具有两性,Be(OH)2也具有两性,可以与氢氧化钠反应,Mg(OH)2不可以与氢氧化钠反应,故可以用氢氧化钠来鉴别,类比氢氧化铝与氢氧化钠反应的化学方程式,则氢氧化铍与氢氧化钠反应的化学方程式为:
Be(OH)2+2NaOH=Na2BeO2+2H2O;
(3)同主族元素性质相似,铝下方的元素为镓,其元素符号为Ga,位于元素周期表中第四周期ⅢA族;
(4)A.与镓同主族的第六周期元素为铊,单质为银白色,质软,故A正确;
B.氢氧化物为两性的物质位于金属和非金属的临界处,如硼铝硅锗砷等,铊不是两性物质,其氢氧化物也不是两性氢氧化物,故B错误;
C.铊与铝同主族,具有相同的最外层电子数,所以铊在化合物中也显+3价,故C正确;
D.同主族元素自上到下金属性递增,该元素金属性大于铝,其单质与盐酸的反应比铝剧烈,故D正确;
故答案为B。
【点睛】
考查位置结构性质的相互关系应用,明确同主族元素性质的递变规律为解答关键,注意掌握对角线规则内容,结合Mg、Al单质及其化合物的性质,类推未知物的性质,试题侧重培养学生的分析、理解能力及知识的迁移能力。
2.A-J分别表示中学化学中常见的一种物质,它们之间相互关系如图所示(部分反应物、生成物没有列出),且已知G为主族元素的固态氧化物,A、B、C、D、E、F六种物质中均含同一种元素。
请填写下列空白:
(1)A、B、C、D、E、F六种物质中所含同一种元素在周期表中位置_________
(2)写出检验D溶液中阳离子的方法____。
(3)写出反应④的离子方程式________。
(4)若向气体K的水溶液中加入盐酸,使其恰好完全反应,所得溶液的pH_____7(填“>”、“<”或“=”),用离子方程式表示其原因:
______;
(5)若向气体K的0.1mol/L水溶液中加入pH=1的硫酸,且氨水与硫酸的体积比为1:
1,则所得溶液中各离子物质的量浓度由大到小的关系是______。
【答案】第四周期Ⅷ族取少量D溶液,加KSCN溶液,出现红色2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑<NH4++H2O
NH3·H2O+OH-c(NH4+)>c(SO42-)>c(H+)>c(OH-)
【解析】
【分析】
G为主族元素的固态氧化物,在电解条件下生成I和H,能与NaOH溶液反应,说明G为Al2O3,与NaOH反应生成NaAlO2,而I也能与NaOH反应生成NaAlO2,则I为Al,H为O2,C和碱、D和气体K反应生成E、F,则说明E、F都为氢氧化物,E能转化为F,应为Fe(OH)2→Fe(OH)3的转化,所以E为Fe(OH)2,F为Fe(OH)3,则C为FeCl2,D为FeCl3,K为NH3,B为Fe3O4,与Al在高温条件下发生铝热反应生成A,即Fe,结合对应单质、化合物的性质解答该题。
【详解】
(1)A、B、C、D、E、F六种物质中都含有铁元素,在周期表中位于周期表第四周期Ⅷ族,
(2)溶液D为氯化铁溶液,检验三价铁离子的存在,取少许D溶液于试管中,滴加KSCN溶液,溶液变红色,证明D溶液中含有Fe3+;
(3)反应④是金属铝和氢氧化钠溶液的反应,Al与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2,反应的离子方程式为:
;
(4)气体K的水溶液为一水合氨溶液,加入盐酸,使其恰好完全反应生成氯化铵和水,氯化铵在水溶液中水解显酸性,所以pH<7;反应的离子方程式为:
;
(5)若向气体NH3的0.1mol/L水溶液中加入pH=1的硫酸,且氨水与硫酸的体积比为1:
1,假设条件均为1L,发生反应:
,n(NH3•H2O)=0.1mol,n(H+)=0.1mol,所以一水合氨和硫酸反应生成硫酸铵溶液,铵根离子水解显酸性,溶液中离子浓度大小顺序为:
c(
)>c(
)>c(H+)>c(OH-)。
【点睛】
比较时溶液中粒子浓度紧扣两个微弱:
(1)弱电解质(弱酸、弱碱、水)的电离是微弱的,且水的电离能力远远小于弱酸和弱碱的电离能力,如在稀醋酸溶液中:
CH3COOH
CH3COO-+H+,H2O
OH-+H+,在溶液中微粒浓度由大到小的顺序:
c(CH3COOH)>c(H+)>c(CH3COO-)>c(OH-);
(2)弱酸根离子或弱碱阳离子的水解是微弱的,但水的电离程度远远小于盐的水解程度,如稀的CH3COONa溶液中:
CH3COONa=CH3COO-+Na+,CH3COO-+H2O
CH3COOH+OH-,H2O
H++OH-,所以CH3COONa溶液中:
c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(CH3COOH)>c(H+)。
3.A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素,原子序数依次增大,A、B、F三者原子序数之和为25,且知B、F同主族,1.8gE与足量的盐酸反应生成ECl3和2.24L氢气(标准状况下),D+和E的离子具有相同的电子层结构,工业上用电解元素B和E能形成离子化合物的方法冶炼E单质,试判断:
(1)六种元素中非金属性最强的是___(填代号),该元素位于周期表中第___周期第___族;由A、B、D三种元素形成化合物的电子式_________
(2)下列能够说明B、F非金属性强弱的方法有_________
a.最高价氧化物对应水化物酸性b.气态氢化物的热稳定性
c.气态氢化物的沸点B比F高d.向F的气态氢化物溶液中通入B单质,有浑浊
(3)写出下列反应的化学方程式
①E与足量的盐酸反应的化学方程式________________________________
②工业上用电解法冶炼E单质_______________________________
(4)写出足量D的高价氧化物对应水化物与ECl3相互反应的离子方程式____
【答案】C二ⅦA
bd2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
【解析】
【分析】
A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素,原子序数依次增大,1.8gE与足量盐酸反应生成ECl3和2.24L氢气(标况),故E为+3价元素,设E的相对原子质量为M,则
,解M=27,故E为ⅢA族元素,依据计算得知E为铝,工业上用电解氧化铝方法冶炼铝单质,所以B为氧元素,B、F同主族,则F是硫,A、B、F三者原子序数之和为25,则A是氢,且D+离子和Al离子具有相同的电子结构,故D能形成+1价阳离子,故D为钠,C的原子序数大于氧小于钠,且为主族元素,故C为氟,据此答题。
【详解】
(1)根据元素周期律,同周期元素从前向后,非金属性逐渐增强,同主族元素从上向下,非金属性逐渐减弱,所以六种元素中非金属性最强的是C,C为氟,位于周期表中第二周期第ⅤⅡA族,由A、B、D三种元素形成化合物为氢氧化钠,它的电子式是
,故答案为:
C;二;ⅤⅡA;
;
(2)a.氧元素没有最高价氧化物对应水化物,故a错误;
b.根据元素周期律,气态氢化物的热稳定性越稳定,元素的非金属性越强,故b正确;
c.气态氢化物的沸点与分子间作用力有关,与元素的非金属性无关,故c错误;
d.向硫的气态氢化物溶液中通入氧气,有浑浊,说明氧气的氧化性强于硫,即氧的非金属性强于硫,故d正确,
故答案为:
bd;
(3)①Al与足量的盐酸反应的化学方程式为2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑;
②工业上用电解法冶炼Al单质的化学方程式为2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑;
(4)氢氧化钠与AlCl3相互反应的离子方程式为
。
4.钠、铝和铁是三种重要的金属。
请回答:
(1)请画出钠的原子结构示意图_______,根据钠的原子结构示意图可得出钠的哪些性质?
(写出一条)_________。
(2)这三种金属的金属活动性由强到弱的顺序是_________。
(3)小块金属钠投入水中,发生反应的化学方程式为_______________;可观察到的实验现象是_________(填字母)。
a.钠沉到水底 b.钠熔成小球 c.小球四处游动 d.水变红色
(4)铝与稀硫酸反应的离子方程式为_________________________________。
【答案】
强还原性Na>Al>Fe2Na+2H2O=2NaOH+H2↑bc2Al+6H+=2Al3++3H2↑
【解析】
【分析】
(1)钠原子核外有11电子;最外层小于4个电子的原子易失去电子;
(2)结合金属活动顺序表判断;
(3)Na的密度小于水,钠的熔点较低,钠和水反应生成NaOH和氢气同时放出大量热,钠受力不均导致四处游动;
(4)Al溶于稀硫酸生成硫酸铝和氢气。
【详解】
(1)钠原子核外有11电子,则钠原子的结构示意图是
,最外层只有1个电子,易失电子,具有强还原性;
(2)由金属活动顺序可知,Na、Al、Fe的金属性强弱顺序为Na>Al>Fe;
(3)Na的密度小于水,所以钠会浮在水面上,钠的熔点较低,钠和水反应生成NaOH和氢气同时放出大量热使钠熔融发出嘶嘶的响声,钠受力不均导致四处游动,生成NaOH导致溶液呈碱性,但是水中没有滴加酚酞,则溶液不变色,故发生反应的化学方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,实验现象正确的是bc;
(4)Al溶于稀硫酸生成硫酸铝和氢气,发生反应的离子方程式为2Al+6H+=2Al3++3H2↑。
5.七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)在印染、造纸和医药等工业上有重要的用途。
硼镁泥是硼镁矿生产硼砂的废渣,其主要成分是MgCO3,还含有MgO、CaO、Fe2O3、FeO、MnO2、Al2O3、SiO2等杂质,工业上用硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如图:
已知:
①MnO2不溶于稀硫酸。
②CaSO4和MgSO4·7H2O在不同温度下的溶解度(g)数据如下表所示:
温度/℃
物质
10
30
40
50
60
CaSO4
0.19
0.21
0.21
0.21
0.19
MgSO4·7H2O
30.9
35.5
40.8
45.6
——
(1)开始用到硫酸的质量分数为70%,密度为1.61g/cm3,则该硫酸溶液的物质的量浓度为___。
(2)滤渣A中除含少量CaSO4·2H2O外,还有___。
(3)加入MgO后,加热煮沸的目的是___。
(4)若滤渣B的主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3。
则加入NaClO发生氧化还原反应的离子方程式为___。
(5)流程中操作1为蒸发浓缩、趁热过滤,这样即可得到CaSO4·2H2O,又防止___。
(6)获取MgSO4·7H2O的操作2为:
___、___、过滤洗涤。
(7)已知开始硼镁泥样品的质量为ag,制取七水硫酸镁的质量为bg,据此能计算出硼镁泥中镁元素的含量吗?
若能,请写出表达式;若不能,请说明理由。
___(能或不能),表达式(或理由)为___。
【答案】11.5mol/LSiO2、MnO2防止生成Al(OH)3和Fe(OH)3胶体,使之转化为沉淀而被分离ClO-+2Fe2++2H+=Cl-+2Fe3++H2O析出MgSO4·7H2O晶体蒸发浓缩冷却结晶不能加入MgO的量未知
【解析】
【分析】
硼镁泥用足量硫酸酸浸溶解,得到含有Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Al3+以及SO42-的酸性溶液,由于MnO2、SiO2不与硫酸反应,硫酸钙属于微溶物,则过滤后滤渣A主要为MnO2、SiO2,还含有少量CaSO4·2H2O,向滤液中加入NaClO将Fe2+氧化为Fe3+,加入MgO调节溶液pH值并加热,使Fe3+、Al3+转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀,则滤渣B主要为氢氧化铁、氢氧化铝,根据溶解度表,CaSO4的溶解度基本不受温度影响,MgSO4·7H2O受温度影响较大,温度越高溶解度越大,对滤液进行蒸发浓缩、趁热过滤,得到CaSO4·2H2O,则滤渣C主要为CaSO4·2H2O,再次对滤液蒸发浓缩、冷却结晶,过滤洗涤,得到七水硫酸镁(MgSO4·7H2O),据此分析解答。
【详解】
(1)开始用到硫酸的质量分数为70%,密度为1.61g/cm3,则该硫酸溶液的物质的量浓度=
=
=11.5mol/L;
(2)根据分析,滤渣A中除含少量CaSO4·2H2O外,还有MnO2、SiO2;
(3)加入MgO的目的是沉淀Fe3+、Al3+,但Fe3+、Al3+易发生水解生成胶体,因此加热煮沸的目的是防止生成Al(OH)3和Fe(OH)3胶体,使之转化为沉淀而被分离;
(4)若滤渣B的主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3。
向滤液中加入NaClO将Fe2+氧化为Fe3+,则加入NaClO发生氧化还原反应的离子方程式为ClO-+2Fe2++2H+=Cl-+2Fe3++H2O;
(5)根据溶解度表,CaSO4的溶解度基本不受温度影响,MgSO4·7H2O受温度影响较大,温度越高溶解度越大,流程中操作1为蒸发浓缩、趁热过滤,这样即可得到CaSO4·2H2O,又防止析出MgSO4·7H2O晶体;
(6)结合溶解度表数据和(5)分析,获取MgSO4·7H2O的操作2为:
蒸发浓缩、冷却结晶,过滤洗涤;
(7)在制取七水硫酸镁流程中,向体系内加入了氧化镁调节pH值沉淀Fe3+、Al3+,引入了镁元素,且未告知氧化镁加入的量,制取的七水硫酸镁的镁元素不仅来自硼镁泥,还来自引入的氧化镁,因此不能根据上述两个条件来计算硼镁泥中镁元素的含量。
6.铝是应用广泛的金属。
以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如图:
注:
SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)Al的原子结构示意图为_________;Al与NaOH溶液反应的离子方程式为________。
(2)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_______________。
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是___________。
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。
阳极的电极反应式为_________,阴极产生的物质A的化学式为____________。
【答案】
2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O石墨电极被阳极上产生的氧气氧化4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑H2
【解析】
【分析】
以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝,由流程可知,加NaOH溶解时Fe2O3不反应,由信息可知SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀,过滤得到的滤渣为Fe2O3、铝硅酸钠,碳酸氢钠与偏铝酸钠反应生成Al(OH)3,过滤II得到Al(OH)3,灼烧生成氧化铝,电解I为电解氧化铝生成Al和氧气,电解II为电解Na2CO3溶液,结合图可知,阳极上碳酸根离子失去电子生成碳酸氢根离子和氧气,阴极上氢离子得到电子生成氢气;据以上分析解答。
【详解】
(1)A1原子的核电荷数为13,原子结构示意图为
;A1与NaOH溶液反应的离子方程式为:
2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑;
(2)“碱溶”时氧化铝与碱反应生成偏铝酸钠,离子方程式为:
Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O;
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3得到氧气和铝;电解过程中作阳极的石墨易消耗,是因为阳极生成的氧气与阳极材料碳反应,不断被消耗;
(4)由图可知,阳极区水失去电子生成氧气,剩余的氢离子结合碳酸根生成碳酸氢根,电极方程式为4CO32-+2H2O-4e-═4HCO3-+O2↑,阴极上氢离子得到电子生成氢气,则阴极产生的物质A的化学式为H2。
7.某Al2O3样品中含有一定量的Cu、Fe、Fe2O3杂质。
现通过下列生产过程,从该样品中提纯Al2O3,并回收铁红。
流程如下:
(1)操作①是_________,在实验室进行该操作需要的玻璃仪器有_________。
(2)白色固体②是_________,样品和试剂①反应的化学方程式是_________。
(3)固体①加入适量稀盐酸,可能发生的反应有:
_______(用化学方程式表达)。
(4)溶液③中铁元素的存在形式是_________,如何用实验证明:
____。
(5)溶液③中通入某气体,该气体可以是_________(任写一种的化学式),红褐色固体制得铁红的化学方程式是_________。
【答案】过滤烧杯、漏斗、玻璃棒Al(OH)3Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O、2FeCl3+Fe=3FeCl2、Fe+2HCl=FeCl2+H2↑Fe2+取少量溶液于试管中,滴入KSCN溶液无变化,滴加氯水后变血红色O2或者Cl22Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
【解析】
【分析】
Al2O3样品中含有一定量的Cu、Fe、Fe2O3杂质,根据题中流程图可知,样品与试剂①反应得溶液①再通入CO2得白色沉淀②,该白色固体加热分解产生Al2O3,可推知试剂①为NaOH,得到的固体①为Cu、Fe、Fe2O3,溶液①为NaAlO2、NaOH混合溶液,通入过量CO2后得溶液②为NaHCO3溶液,白色固体②为Al(OH)3,Al(OH)3受热分解得Al2O3,固体①中加入盐酸得到固体粉末中铁有剩余,由于Fe会发生反应2Fe3++Fe=3Fe2+,则溶液③中主要含有Fe2+,经过操作①得红褐色固体应为Fe(OH)3,所以通入的气体应为氧化剂,可以是O2或Cl2,氢氧化铁受热分解得Fe2O3。
【详解】
(1)操作①是分离难溶性固体与可溶性液体混合物的方法,名称为过滤;在实验室进行过滤操作需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒;
(2)白色固体②受热分解产生Al2O3,则②是Al(OH)3,样品中含有Al2O3和试剂NaOH溶液反应产生NaAlO2和H2O,反应的化学方程式是Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O;
(3)固体①中含有Al2O3、Cu、Fe、Fe2O3,加入适量稀盐酸,由于反应后的固体粉末中含有Fe单质,则可能发生的反应有Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O、2FeCl3+Fe=3FeCl2、Fe+2HCl=FeCl2+H2↑;
(4)由于固体①中样品与适量盐酸反应后的固体粉末中含有Fe,结合Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O、2Fe3++Fe=3Fe2+可知溶液③中铁元素的存在形式是Fe2+,证明方法是:
取少量该溶液于试管中,滴入KSCN溶液无变化,滴加氯水后溶液变血红色;
(5)溶液③中含有Fe2+,向溶液③通入某气体后再加入足量NaOH溶液,产生红褐色的Fe(OH)3沉淀,该气体具有强的氧化性,气体可以是O2或者Cl2,红褐色固体Fe(OH)3不稳定,受热分解产生铁红Fe2O3,该反应的化学方程式是2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O。
【点睛】
本题以从Al2O3样品中提取氧化铝的工艺流程为线索,考查了氧化还原反应、化学试剂的使用、混合物的分离,正确理解制备流程及反应原理为解答关键,注意掌握铝及其化合物性质和转化关系,试题侧重考查学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力。
8.在高温下,Al与Fe2O3发生铝热反应后得到的固体混合物中主要含有Al2O3、Fe,还含有少量Fe2O3。
从该样品中固体混合物分离出Al2O3,并回收Fe和Fe2O3的流程如下:
已知:
NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3
回答下列问题:
(1)固体①的成分是__________。
溶液②的溶质是____________。
(2)加入过量NaOH溶液时,发生反应的离子方程式是__________。
(3)白色固体②与NaOH溶液反应的离子方程式是__________。
【答案】Fe和Fe2O3NaHCO3Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2OAl(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
【解析】
【分析】
固体混合物加过量NaOH溶液得到溶液①为NaAlO2和NaOH的混合溶液,固体①为Fe和Fe2O3,溶液①通过过量CO2得到溶液②为NaHCO3溶液,固体②为Al(OH)3沉淀,以此答题。
【详解】
固体混合物加过量NaOH溶液得到溶液①为NaAlO2和NaOH的混合溶液,固体①为Fe和Fe2O3,溶液①通过过量CO2得到溶液②为NaHCO3溶液,固体②为Al(OH)3沉淀,Al(OH)3受热分解得到Al2O3。
(1)固体①的成分是Fe和Fe2O3;溶液②的溶质NaHCO3,故答案为:
Fe和Fe2O3;NaHCO3;
(2)加入过量NaOH溶液时,发生反应的离子方程式是
,故答案为:
;
(3)白色固体②为Al(OH)3与NaOH溶液反应的离子方程式是
,故答案为:
。
9.铝是一种应用广泛的金属,工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。
Ⅰ.铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。
从铝土矿中提炼Al2O3的流程如图:
(1)写出反应1中涉及的任意一个化学方程式____;
(2)滤液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是____,已知气体A在标准状况下的密度为1.96g/L,写出A过量时,反应2的离子方程式____;
Ⅱ.以萤石(CaF2)和纯碱为原料制备冰晶石的流程如图:
(3)萤石(CaF2)的电子式____;
(4)若E为硫酸钙,D为最稳定的气态氢
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