高考化学铝及其化合物推断题综合题汇编附答案.docx
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高考化学铝及其化合物推断题综合题汇编附答案
2020-2021高考化学铝及其化合物推断题综合题汇编附答案
一、铝及其化合物
1.为了降低电子垃圾对环境构成的影响,将一批废弃的线路板简单处理后,得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物,并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线:
(1)第①步Cu与混酸反应的离子方程式为________________。
得到滤渣1的主要成分为___________。
(2)第②步中加入H2O2的作用是__________________,使用H2O2的优点是_________;调溶液pH的目的是_________________。
(3)简述第③步由滤液2得到CuSO4·5H2O的方法是_________________________。
(4)由滤渣2制取Al2(SO4)3·18H2O,设计了以下三种方案:
上述三种方案中,_______方案不可行,原因是________________;
从原子利用率角度考虑,_______方案更合理。
(5)用滴定法测定CuSO4·5H2O含量。
取ag试样配成100mL溶液,每次取20.00mL,消除干扰离子后,用cmol·L-1EDTA(H2Y2-)标准溶液滴定至终点,平均消耗EDTA溶液bmL。
滴定反应如下:
Cu2++H2Y2-→CuY2-+2H+。
写出计算CuSO4·5H2O质量分数的表达式ω=__________________。
【答案】Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O或3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2OAu、Pt将Fe2+氧化为Fe3+不引入杂质,对环境无污染使Fe3+、Al3+沉淀除去加热滤液2,经过蒸发、冷却、结晶、过滤,最终制得硫酸铜晶体甲所得产品中含有较多Fe2(SO4)3杂质乙
×100%
【解析】
【分析】
【详解】
(1)Cu与混酸反应的实质是与H+、NO3-反应,随反应进行离子浓度逐渐减小,所以离子方程式为Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O,3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O,Au、Pt不与混酸反应,所以滤渣的主要成分是Au、Pt;
(2)加过氧化氢的目的是把亚铁离子氧化成铁离子,方便除去;而且加入过氧化氢不会引入新的杂质且无污染;调节溶液的pH目的是使Fe3+、Al3+沉淀除去;
(3)由滤液2得到CuSO4·5H2O的方法是把滤液蒸发得浓溶液再冷却结晶,过滤得硫酸铜晶体;
(4)甲方案不可行,因为滤渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,加入硫酸沉淀全部溶解使制得的产品中含有较多Fe2(SO4)3杂质;从原子利用率角度分析,乙方案更合理,不仅能除去硫酸铁,同时增加了硫酸铝的量,原子利用率较高;
(5)由滴定反应方程式得100mL溶液中n(Cu2+)=b×10-3×a×5mol,所以CuSO4·5H2O质量分数=b×10-3×a×5×250/a×100%。
2.某混合溶液中可能大量含有的离子如下表所示:
阳离子
H+、K+、Al3+、NH4+、Mg2+
阴离子
Cl-、OH-、CO32-、AlO2-
为探究其成分,某同学将Na2O2逐渐加入到上述混合溶液中并微热,产生沉淀和气体的物质的量与加入Na2O2的物质的量的关系分别如图所示。
(1)该溶液中一定含有的阳离子是________________________________,其对应物质的量浓度之比为____________,溶液中一定不存在的阴离子是_______________________。
(2)写出沉淀减少的离子方程式________________________________________________。
【答案】H+、Al3+、NH4+、Mg2+2:
2:
2:
3OH-、CO32-、AlO2-Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
【解析】
【分析】
(1)根据生成的沉淀总物质的量最大量为5mol、最终得到3mol可知,最终得到的沉淀为3mol氢氧化镁沉淀,溶解的2mol沉淀为氢氧化铝;根据气体的物质的量最后有增加可知,增加的气体为氨气,溶液中一定存在铵离子;根据开始加入过氧化钠时没有沉淀生成,说明原溶液中存在氢离子,根据题中数据计算出氢离子的物质的量;
(2)沉淀中氢氧化铝沉淀能够与氢氧化钠溶液反应而导致沉淀减少,据此写出反应的离子方程式。
【详解】
(1)根据图象中沉淀先增加后部分溶解可知:
溶液中一定含有:
Mg2+和Al3+,所以一定不含CO32-、AlO2-,并且含有镁离子的物质的量为3mol,氢氧化铝和氢氧化镁沉淀一共是5mol,根据元素守恒,所以含有铝离子的物质的量2mol;加入8mol过氧化钠会生成4mol氧气,而图象中生成了6mol气体,说明生成的气体除了过氧化钠和溶液反应生成的氧气之外,还一定有2mol其他气体生成,而只能是氨气,所以一定含有2mol铵根离子,所以一定不含有氢氧根离子;图象中加入过氧化钠的物质的量在0~amol之间时,没有沉淀生成,所以溶液中含有H+,由于加入8mol过氧化钠时生成的沉淀达到最大量5mol,8mol过氧化钠会生成16mol氢氧化钠,而生成2mol氢氧化铝、3mol氢氧化镁、2mol氨气消耗的氢氧化钠为:
2mol×3+3mol×2+2mol=14mol,所以有2mol氢氧化钠与氢离子反应,氢离子的物质的量为2mol;并且物质的量为2mol,溶液中一定还含有阴离子,可能为氯离子,钾离子不能确定是否存在,根据电荷守恒:
n(H+)+3n(Al3+)+n(NH4+)+2n(Mg2+)≤16mol,所以氯离子物质的量≥16mol,所以溶液中一定存在的阳离子为:
H+、Al3+、NH4+、Mg2+;含有的阳离子的物质的量之比为:
n(H+):
n(Al3+):
n(NH4+):
n(Mg2+)=2:
2:
2:
3;溶液中一定不存在的阴离子为:
OH-、CO32-、AlO2-;
(2)生成的沉淀为氢氧化镁和氢氧化铝,其中氢氧化铝能够与氢氧化钠溶液反应,反应的离子方程式为:
Al(OH)3+OH-═AlO2-+2H2O。
3.将一定质量的Mg-Al合金投入100mL一定物质的量浓度的某HCl溶液中,充分反应。
向反应后的溶液中逐滴加入一定物质的量浓度的NaOH溶液,生成沉淀的质量与所加NaOH溶液的体积关系如下图。
回答下列问题:
(1)写出BC段反应的离子方程式为____________________________。
(2)原Mg-Al合金的质量是_____________。
(3)原HCl溶液的物质的量浓度是________________。
(4)所加NaOH溶液的物质的量浓度是____________。
(5)a=______。
【答案】Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O5.1g6mol/L5mol/L20
【解析】
【分析】
根据图像可知,oa段为过量的盐酸与NaOH反应,AB段为镁离子、铝离子与NaOH的反应,BC段为氢氧化铝与NaOH的反应。
【详解】
(1)BC段为氢氧化铝与NaOH的反应,生成偏铝酸钠和水,反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O;
(2)BC段减少的为氢氧化铝沉淀,质量为7.8g,物质的量为0.1mol,即n(Al)=0.1mol;则氢氧化镁的质量为5.8g,物质的量为0.1mol即n(Mg)=0.1mol;合金的质量为24×0.1+27×0.1=5.1g;
(3)根据方程Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O,消耗20mL的NaOH时的物质的量为0.1mol,则c(NaOH)=0.1mol÷0.02L=5mol/L;B点时,溶液刚好为NaCl溶液,此时消耗n(NaOH)=5×0.12=0.6mol,c(HCl)=0.6÷0.1=6mol/L;
(4)由(3)得出的结论,c(NaOH)=5mol/L;
(5)n(Mg)=n(Al)=0.1mol,消耗的盐酸为0.5mol,100mL溶液中含有n(HCl)=0.6mol,则剩余n(HCl)=0.1mol,此时消耗V(NaOH)=0.1÷5=0.02L,即20mL。
【点睛】
通过BC段消耗的氢氧化钠的体积计算出NaOH的浓度,再计算盐酸的浓度。
4.明矾在日常生活中用途非常广泛。
用废铝灰(含Al、Al2O3、Fe、Fe2O3、FeO等)为原料制取明矾的工艺流程如下图。
回答下列问题:
已知:
Fe3+开始沉淀到沉淀完全时溶液的pH为1.9~3.7。
(1)明矾净水的原理是_______________________(用离子方程式表示)。
(2)“酸溶”时,Al2O3溶解的化学方程式为______________________。
(3)“氧化”时,发生反应的离子方程式为_______________。
(4)“步骤①”的目的是______;“滤渣2”经碱洗、水洗、干燥和煅烧,得到的产品的名称是_____(填俗称)。
(5)“步骤②”包含的操作有_________、__________、过滤及干燥。
【答案】Al3++3H2O⇌Al(OH)3(胶体)+3H+Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O调节溶液pH,使沉淀完全铁红蒸发浓缩冷却结晶
【解析】
【分析】
废铝灰(含Al、Al2O3、Fe、Fe2O3、FeO等)加入足量稀硫酸进行酸浸溶解并过滤,得到含有Al3+、Fe2+、Fe3+、SO42-的酸性滤液,滤渣1为不与硫酸反应的杂质,向滤液中加入双氧水将滤液中的Fe2+氧化为Fe3+,由于Fe(OH)3比Al(OH)3更难溶,向氧化后的滤液中加入Al(OH)3,Fe3+转化为更难溶的Fe(OH)3沉淀,过滤后得到含有Al3+、SO42-的滤液,滤渣2为Fe(OH)3,向滤液中加入K2SO4制得产品溶液,对溶液进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、干燥最终得到产品硫酸铝钾的晶体,据此分析解答。
【详解】
(1)明矾是强酸弱碱盐,弱酸根离子Al3+水解产生氢氧化铝胶体,能够吸附水中悬浮的物质形成沉淀而除去,从而达到达到净水的目的。
其反应原理用方程式表示为:
Al3++3H2O⇌Al(OH)3(胶体)+3H+;
(2)“酸溶”时,Al2O3和硫酸反应生成硫酸铝和水,化学方程式为Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O;
(3)“氧化”时,加入氧化剂过氧化氢,将滤液中的Fe2+氧化为Fe3+,发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O;
(4)“步骤①”加入滤液中加入Al(OH)3,作用是调节溶液的pH值,由于Fe(OH)3比Al(OH)3更难溶,使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀而除去;“滤渣2”的成分是Fe(OH)3,煅烧时分解生成氧化铁,它是一种红棕色粉末,常用作颜料,俗名是铁红;
(5)“步骤②”是从溶液中获得产品明矾,包含的操作有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤及干燥。
5.某工厂废金属屑的主要成分为Cu、Fe和Al,此外还含有少量Al2O3和Fe2O3,为探索工业废料的再利用,某化学兴趣小组设计了如下实验流程,用该工厂的金属废料制取氯化铝、绿矾晶体(FeSO4·7H2O)和胆矾晶体。
完成下列填空:
(1)写出步骤Ⅰ反应的离子方程式:
___。
(2)试剂X是___,溶液D是___。
(3)在步骤Ⅱ中,用如图装置制取CO2并通入溶液A中。
一段时间后,仍观察不到烧杯中产生白色沉淀。
为了固体C的生成,在药品和装置上可采取的改进措施是___。
(4)溶液E中加入KSCN溶液无明显现象,表明滤液中不存在Fe3+,用离子方程式解释其可能的原因:
___。
(5)将固体F继续加入热的稀硫酸,同时不断鼓入空气,固体溶解得CuSO4溶液,写出反应的化学方程式:
___。
【答案】
、
稀硫酸NaHCO3溶液浓盐酸改为稀盐酸;在装置a和装置b之间增加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶,以除去装置a中挥发出的HCl2Fe3++Fe=3Fe2+、2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+
【解析】
【分析】
Fe、Cu、Fe2O3都不与NaOH溶液反应,Al和Al2O3可与NaOH溶液反应,用含有Al、Fe、Cu和Al2O3和Fe2O3的废金属屑制取AlCl3、绿矾晶体(FeSO4•7H2O)和胆矾晶体流程为:
合金中Al、Al2O3与NaOH反应,所得滤液A为NaAlO2溶液,经途径Ⅱ与足量二氧化碳发生反应:
,反应可生成Al(OH)3固体C,生成的Al(OH)3再和盐酸反应生成AlCl3,得到的AlCl3较纯净;溶液D为NaHCO3溶液;滤渣B为Fe和Cu的化合物,加入足量稀硫酸,得到的滤液E为FeSO4,经蒸发浓缩、冷却结晶可得到绿矾,滤渣F为Cu,可用于制备胆矾,据此分析解答。
【详解】
(1)铝、氧化铝与氢氧化钠反应,所得滤液A为NaAlO2溶液,反应的离子方程式为:
、
;
(2)金属铁和金属铜不与氢氧化钠溶液反应,金属铜和稀硫酸之间不反应,但是金属铁可以和稀硫酸之间反应生成硫酸亚铁和氢气,进而制得绿矾晶体,所以试剂X为稀硫酸;溶液D为NaHCO3溶液;
(3)进行步骤Ⅱ时,该小组用如图所示装置及试剂将制得的CO2气体通入溶液A中,一段时间后,观察到烧杯中产生的白色沉淀逐渐减少,其原因是二氧化碳气体中含有从盐酸中挥发出的HCl气体,氯化氢在水中溶解了部分沉淀,发生的反应为:
Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O,为了避免固体C减少,可在制取二氧化碳的收集装置中增加一个洗去HCl的装置,二氧化碳在饱和NaHCO3中不溶,氯化氢和NaHCO3反应生成二氧化碳气体,所以可降低盐酸浓度;在装置I和Ⅱ之间增加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶,除去二氧化碳中的氯化氢;
(4)溶液E中加入KSCN溶液无明显现象,表明滤液中不存在Fe3+,原因是Fe3+被Fe、Cu还原生成Fe2+,所以加入KSCN溶液没有明显现象,故答案为:
2Fe3++Fe=3Fe2+、2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+;
(5)用固体F继续加入热的稀H2SO4,同时不断鼓入空气,固体溶解得CuSO4溶液,说明在加热条件下,Cu、氧气和稀硫酸发生氧化还原反应生成硫酸铜和水,反应的化学方程式为:
。
6.以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细α-氧化铝,既降低环境污染又可提高铝资源的利用率。
已知铝灰的主要成分为Al2O3(含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3),其制备实验流程如图:
(1)铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为___。
(2)图中“滤渣”的主要成分为___(填化学式)。
加30%的H2O2溶液发生的离子反应方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。
(3)验证“沉铁”后,溶液中是否还含有铁离子的操作方法为___。
(4)煅烧硫酸铝铵晶体,发生的主要反应为4[NH4Al(SO4)2·12H2O]
2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O。
将产生的气体通过如图所示的装置。
①集气瓶中收集到的气体是___(填化学式)。
②足量饱和NaHSO3溶液吸收的物质除大部分H2O(g)外还有__(填化学式)。
③KMnO4溶液褪色(MnO4-还原为Mn2+),发生的离子反应方程式为___。
【答案】Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2OSiO2静置,溶液澄清后,继续向上层清液中滴加K4[Fe(CN)6]溶液,若无现象,则溶液中不含有铁元素,反之,则有。
或加KSCN溶液N2SO3、NH32MnO4-+5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+
【解析】
【分析】
铝灰的主要成分为Al2O3(含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3),加入稀硫酸浸取,只有SiO2不溶而成为滤渣;加入30%H2O2,将Fe2+氧化为Fe3+,加入K4[Fe(CN)6]溶液,生成KFe[Fe(CN)6]蓝色沉淀;加入(NH4)2SO4,Al3+转化为NH4Al(SO4)2,再蒸发结晶,便可获得[NH4Al(SO4)2·12H2O,煅烧后得到
-Al2O3。
【详解】
(1)铝灰中氧化铝与硫酸反应生成硫酸铝和水,化学方程式为Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O。
答案为:
Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O;
(2)由以上分析可知,图中“滤渣”的主要成分为SiO2。
答案为:
SiO2;
(3)验证“沉铁”后,溶液中是否还含有铁离子,可使用K4[Fe(CN)6]溶液检验,操作方法为静置,溶液澄清后,继续向上层清液中滴加K4[Fe(CN)6]溶液,若无现象,则溶液中不含有铁元素,反之,则有。
或加KSCN溶液,观察溶液是否变为血红色;答案为:
静置,溶液澄清后,继续向上层清液中滴加K4[Fe(CN)6]溶液,若无现象,则溶液中不含有铁元素,反之,则有。
或加KSCN溶液;
(4)煅烧后,所得气体为NH3、N2、SO3、SO2,通过NaHSO3溶液,可吸收SO3和NH3;通过KMnO4溶液,可吸收SO2,最后剩余N2和水蒸气,用排水法收集,气体主要为N2。
①集气瓶中收集到的气体是N2。
答案为:
N2;
②足量饱和NaHSO3溶液吸收的物质除大部分H2O(g)外还有SO3、NH3。
答案为:
SO3、NH3;
③KMnO4溶液褪色(MnO4-还原为Mn2+),则MnO4-与SO2反应生成Mn2+、SO42-等,发生的离子反应方程式为2MnO4-+5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+。
答案为:
2MnO4-+5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+。
【点睛】
SO3通入NaHSO3溶液中,若NaHSO3溶液足量,则发生反应为SO3+2NaHSO3=Na2SO4+H2O+2SO2;若NaHSO3溶液不足量,则发生反应为SO3+NaHSO3=NaHSO4+SO2。
7.某混合物浆液含有Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4.考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离装置(见图),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。
回答Ⅰ和Ⅱ中的问题。
Ⅰ.固体混合物的分离和利用(流程图中的部分分离操作和反应条件未标明)
(1)C→Al的制备方法称为电解法,请写出阳极反应方程式_____________________.
(2)该小组探究反应②发生的条件.D与浓盐酸混合,不加热无变化;加热有Cl2生成,当反应停止后,固体有剩余,此时滴加硫酸,又产生Cl2.由此判断影响该反应有效进行的因素有(填序号)_____。
A.温度B.溶液的pH值C.Cl-和
-的浓度
(3)固体D是碱性锌锰电池的正极,请写出该电池的负极反应方程式_____________。
(4)0.2molCl2与焦炭、TiO2完全反应,生成CO和TiCl4(熔点-25℃,沸点136.4℃)放热8.56kJ,该反应的热化学方程式为______________________________________.
Ⅱ.含铬元素溶液的分离和利用
(5)用惰性电极电解时,
能从浆液中分离出来的原因是_________________,
分离后得到的含铬元素的粒子有
﹣和
﹣,原因是__________________________(用离子反应方程式表示),阴极室生成的物质为_____________(写化学式);
【答案】2O2--4e-=O2↑ABZn-2e-+2OH-=Zn(OH)22Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)=TiCl4(l)+2CO(g)△H=﹣85.6kJ•mol﹣1在直流电场作用下
通过阴离子交换膜向阳极室移动,从而脱离浆液;2
+2H+
+H2O;NaOH和H2
【解析】
【分析】
(1)固体混合物含有Al(OH)3、MnO2,加入NaOH溶液,过滤,可得到滤液A为NaAlO2,通入二氧化碳,生成B为Al(OH)3,固体C为Al2O3,电解熔融的氧化铝可得到Al;固体D为MnO2,加热条件下与浓盐酸反应可生成氯气;
(2)题中涉及因素有温度和浓度;
(3)固体D为MnO2,是碱性锌锰电池的正极,该电池的负极是锌失电子发生氧化反应,反应方程式Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2;
(4)0.2molCl2与焦炭、TiO2完全反应,生成CO和TiCl4(熔点-25℃,沸点136.4℃)放热8.56kJ,则2mol氯气反应放出的热量为2÷0.2×8.56kJ=85.6kJ,由质量守恒可知还原性气体为CO,反应的化学方程式为2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)═TiCl4(l)+2CO(g),以此可计算反应热并写出热化学方程式;
Ⅱ.(5)电解时,CrO42-通过阴离子交换膜向阳极移动,阴极发生还原反应生成氢气和NaOH,由此解答。
【详解】
Ⅰ.
(1)C→Al的制备方法称为电解法,固体C为Al2O3,电解熔融的氧化铝可得到Al,阳极反应方程式2O2--4e-=O2↑;
(2)反应涉及的条件为加热,加热下可反应,另外加热硫酸,氢离子浓度变化,可知影响的因素为温度和氢离子浓度,故选:
AB;
(3)固体D为MnO2,是碱性锌锰电池的正极,该电池的负极是锌失电子发生氧化反应,反应方程式Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2;
(4)0.2molCl2与焦炭、TiO2完全反应,生成CO和TiCl4(熔点-25℃,沸点136.4℃)放热8.56kJ,则2mol氯气反应放出的热量为2÷0.2×8.56kJ=85.6kJ,所以热化学方程式为2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s)═TiCl4(l)+2CO(g)△H=-85.6kJ·mol-1;
Ⅱ.(5)电解时,CrO42-通过阴离子交换膜向阳极移动,从而从浆液中分离出来,因存在2CrO42-+2H+
Cr2O72-+H2O,则分离后含铬元素的粒子是CrO42-、Cr2O72-,阴极发生还原反应生成氢气和NaOH。
【点睛】
考查物质的制备、分离以及电解知识,解题关键:
注意把握物质的性质,能正确分析试验流程,把握电解的原理,难点(5)在直流电场作用下,CrO42-通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液,要求学生具有一定的分析能力。
8.磷酸铝(AlPO4)是一种用途广泛的材料,在建筑、耐火材料、化工等方面具有广泛的应用前景。
以磷硅渣(主要成分为Ca3(PO4)2、Al2O3、SiO2和V2O5等)为原料制备磷酸铝的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)酸浸液中含磷元素的主要粒子是_____(填化学式,下同),浸渣中的主要化学成分是_____。
(2)生石灰除了调节pH外,另一作用是_____。
(3)滤液中钒元素以V3O93-形式存在,V3O93-易水解为[VO3(OH)]2-,该水解反应的离子方程式为_____。
(4)碱浸时,粗磷酸铝转化为可溶性溶质,则可溶性溶质分别是_____(填化学式)。
(5)实验测得pH、反应温度与时间对碱浸时固相中P、Al含量的影响如图所示:
则最优反应条件是_____。
(6)固相反应制备磷酸铝的方法之一是在900℃的焙烧炉内加热磷酸二氢铵与氧化铝混合物,写出该反应的化学方程式:
_____。
【答案】H3PO4SiO2、CaSO4除去过量的SO42-V3O93-+3H2
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- 高考 化学 及其 化合物 推断 综合 汇编 答案