高考化学综合题专题复习化学能与电能专题解析附答案解析.docx

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高考化学综合题专题复习化学能与电能专题解析附答案解析

2020-2021高考化学综合题专题复习【化学能与电能】专题解析附答案解析

一、化学能与电能

1．《我在故宫修文物》这部纪录片里关于古代青铜器的修复引起了某研学小组的兴趣。

“修旧如旧”是文物保护的主旨。

（1）查阅高中教材得知铜锈为Cu2（OH）2CO3，俗称铜绿，可溶于酸。

铜绿在一定程度上可以提升青铜器的艺术价值。

参与形成铜绿的物质有Cu和_______。

（2）继续查阅中国知网，了解到铜锈的成分非常复杂，主要成分有Cu2（OH）2CO3和Cu2（OH）3Cl。

考古学家将铜锈分为无害锈和有害锈，结构如图所示：

Cu2（OH）2CO3和Cu2（OH）3Cl分别属于无害锈和有害锈，请解释原因_____________。

（3）文献显示有害锈的形成过程中会产生CuCl（白色不溶于水的固体），请结合下图回答：

①过程Ⅰ的正极反应物是___________。

②过程Ⅰ负极的电极反应式是_____________。

（4）青铜器的修复有以下三种方法：

ⅰ．柠檬酸浸法：

将腐蚀文物直接放在2%-3%的柠檬酸溶液中浸泡除锈；

ⅱ．碳酸钠法：

将腐蚀文物置于含Na2CO3的缓冲溶液中浸泡，使CuCl转化为难溶的Cu2（OH）2CO3；

ⅲ．BTA保护法：

请回答下列问题：

①写出碳酸钠法的离子方程式___________________。

②三种方法中，BTA保护法应用最为普遍，分析其可能的优点有___________。

A．在青铜器表面形成一层致密的透明保护膜

B．替换出锈层中的Cl-，能够高效的除去有害锈

C．和酸浸法相比，不破坏无害锈，可以保护青铜器的艺术价值，做到“修旧如旧”

【答案】O2、H2O、CO2碱式碳酸铜为致密结构，可以阻止潮湿空气进入内部进一步腐蚀铜；而碱式氯化铜为疏松结构，潮湿空气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀氧气（H2O）Cu-e-+Cl-=CuCl4CuCl+O2+2H2O+2CO32-=2Cu2（OH）2CO3+4Cl-ABC

【解析】

【分析】

（1）由质量守恒定律可知，反应前后元素种类不变；

（2）结合图像可知，Cu2（OH）2CO3为致密结构，Cu2（OH）3Cl为疏松结构；

（3）正极得电子发生还原反应，过程Ⅰ的正极反应物是氧气，Cu作负极；

（4）在青铜器表面形成一层致密的透明保护膜；替换出锈层中的Cl-，能够高效的除去有害锈；BTA保护法不破坏无害锈。

【详解】

（1）铜锈为Cu2（OH）2CO3，由质量守恒定律可知，反应前后元素种类不变，参与形成铜绿的物质有Cu和O2、H2O、CO2；

（2）结合图像可知，Cu2（OH）2CO3为致密结构，可以阻止潮湿空气进入内部进一步腐蚀铜，属于无害锈。

Cu2（OH）3Cl为疏松结构，潮湿空气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀，属于有害锈；

（3）①结合图像可知，正极得电子发生还原反应，过程Ⅰ的正极反应物是氧气，电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-；

②结合图像可知，过程Ⅰ中Cu作负极，电极反应式是Cu-e-+Cl-=CuCl；

（4）①碳酸钠法中，Na2CO3的缓冲溶液使CuCl转化为难溶的Cu2（OH）2CO3，离子方程式为4CuCl+O2+2H2O+2CO32-=2Cu2（OH）2CO3+4Cl-；

②A．在青铜器表面形成一层致密的透明保护膜，能保护内部金属铜，这能使BTA保护法应用更为普遍，故A正确；

B．Cu2（OH）3Cl为疏松结构，潮湿空气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀，属于有害锈。

替换出锈层中的Cl-，能够高效的除去有害锈，这能使BTA保护法应用更为普遍，故B正确；

C．酸浸法会破坏无害锈Cu2（OH）2CO3，BTA保护法不破坏无害锈，可以保护青铜器的艺术价值，做到“修旧如旧”，这能使BTA保护法应用更为普遍，故C正确；

答案选ABC。

2．某小组在验证反应“Fe+2Ag+=Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+，发现和探究过程如下。

向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸银溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。

（1）检验产物

①取少量黑色固体，洗涤后，_______（填操作和现象），证明黑色固体中含有Ag。

②取上层清液，滴加K3[Fe（CN）6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有_______________。

（2）针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3+，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+，乙依据的原理是___________________（用离子方程式表示）。

针对两种观点继续实验：

①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。

同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下：

序号

取样时间/min

现象

ⅰ

3

产生大量白色沉淀；溶液呈红色

ⅱ

30

产生白色沉淀；较3min时量少；溶液红色较3min时加深

ⅲ

120

产生白色沉淀；较30min时量少；溶液红色较30min时变浅

（资料：

Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN）

②对Fe3+产生的原因作出如下假设：

假设a：

可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3+；

假设b：

空气中存在O2，由于________（用离子方程式表示），可产生Fe3+；

假设c：

酸性溶液中NO3-具有氧化性，可产生Fe3+；

假设d：

根据_______现象，判断溶液中存在Ag+，可产生Fe3+。

③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。

实验Ⅱ可证实假设d成立。

实验Ⅰ：

向硝酸酸化的________溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液，3min时溶液呈浅红色，30min后溶液几乎无色。

实验Ⅱ：

装置如图。

其中甲溶液是________，操作及现象是________________。

【答案】加入足量稀盐酸（或稀硫酸），固体未完全溶解（或者加硝酸加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀）Fe2+Fe+2Fe3+=3Fe2+4Fe2++O2+4H+=Fe3++2H2O白色沉淀0.05mol·L-1NaNO3溶液FeCl2、FeCl3混合溶液按图连接好装置，电流表指针发生偏转，分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深

【解析】

【详解】

（1）①黑色固体中含有过量铁，如果同时含有银，则可以加入HCl或H2SO4溶解Fe，而银不能溶解，故答案为：

加入足量稀盐酸（或稀硫酸）酸化，固体未完全溶解；

②K3[Fe（CN）3]是检验Fe2+的试剂，所以产生蓝色沉淀说明含有Fe2+，故答案为：

Fe2+；

（2）过量铁粉与Fe3+反应生成Fe2+，即Fe+2Fe3+=3Fe2+，故答案为：

Fe+2Fe3+=3Fe2+；

②O2氧化Fe2+反应为4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，白色沉淀是AgSCN，所以实验可以说明含有Ag+，Ag+可能氧化Fe2+生成Fe3+，故答案为：

4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O；白色沉淀；

③实验Ⅰ：

证明假设abc错误，就是排除Ag+对实验的影响，相当于没有Ag+存在的空白实验，考虑其他条件不要变化，可以选用0.05mol•L-1NaNO3，故答案为：

0.05mol·L-1NaNO3溶液；

实验Ⅱ：

原电池实验需要证明的是假设d的反应Ag++Fe2+=Ag+Fe3+能够实现，所以甲池应当注入FeCl2、FeCl3混合溶液，按图连接好装置，如电流表指针发生偏转，分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深，可说明d正确，故答案为：

FeCl2、FeCl3混合溶液；按图连接好装置，电流表指针发生偏转，分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深。

3．广泛用于纺织工业的连二亚硫酸钠（Na2S2O4），俗称保险粉，是一种强还原剂，可溶于水，但不溶于乙醇，在碱性介质中稳定。

Ⅰ.工业上制备连二亚硫酸钠的流程如下：

请回答下列问题：

（1）步骤①中的化学方程式为___________________________________；

（2）步骤②中沉淀为_________________________________（填化学式）；

（3）步骤③中加入NaCl固体的作用是______________________________，分离出保险粉方法为_______、洗涤、干燥，洗涤所用试剂是___________________________。

Ⅱ.工业上也可用右图装置电解NaHSO3溶液制Na2S2O4。

（1）惰性电极a连接电源的_________（填“正极”或“负极”），其电极反应式为________________；

（2）若不加隔膜，则得不到连二亚硫酸钠，其原因是____________________________。

Ⅲ.探究Na2S2O4的性质：

某课题小组常温下测定0.050mol•L-1Na2S2O4溶液在空气中的pH变化如下图所示；

（1）0-t1段主要生成HSO3-，根据pH变化图，写出0-t1发生反应的离子方程式为______________；

（2）若t1时溶液中Na2S2O4全部被氧化成NaHSO3，此时溶液中c（SO32-）-c（H2SO3）=__________mol•L-1（填具体数值，不考虑溶液体积变化）

【答案】Zn+2SO2=ZnS2O4Zn（OH）2降低Na2S2O4的溶解度，使更多Na2S2O4析出过滤乙醇负极2HSO3-+2e-=S2O42-+2OH-Na2S2O4被阳极生成的氧气氧化或HSO3-在阳极失电子得到硫酸根2H2O+2S2O42-+O2=4HSO3-10-5-10-9

【解析】Ⅰ.锌粉加水形成分散系，再通入二氧化硫反应得到ZnS2O4，加入18%dNaOH溶液反应得到氢氧化锌沉淀、Na2S2O4，最后加入NaCl降低Na2S2O4的溶解度，析出Na2S2O4，溶液D中含有NaCl。

（1）根据上述分析，步骤①中的化学方程式为Zn+2SO2=ZnS2O4，故答案为：

Zn+2SO2=ZnS2O4；

（2）步骤②中沉淀为Zn（OH）2，故答案为：

Zn（OH）2；

（3）步骤③中加入NaCl固体可以降低Na2S2O4的溶解度，使更多Na2S2O4析出，然后过滤、洗涤、干燥即可分离出保险粉；连二亚硫酸钠（Na2S2O4）是一种强还原剂，可溶于水，但不溶于乙醇。

为了减少Na2S2O4的溶解损失，洗涤液可以选用乙醇，故答案为：

降低Na2S2O4的溶解度，使更多Na2S2O4析出；过滤；乙醇；

Ⅱ.a极上NaHSO3生成Na2S2O4，S元素化合价由+4价降低到+3价，发生还原反应，应为阴极，a连接电源的负极，b极上氢氧化钠溶液中的水被氧化生成氧气，为阳极，b连接电源的正极。

（1）根据上述分析，惰性电极a连接电源的负极”），其电极反应式为2HSO3-+2e-=S2O42-+2OH-，故答案为：

负极；2HSO3-+2e-=S2O42-+2OH-；

（2）若不加隔膜，Na2S2O4被阳极生成的氧气氧化得到硫酸根，得不到连二亚硫酸钠，故答案为：

Na2S2O4被阳极生成的氧气氧化得到硫酸根；

Ⅲ.

（1）Na2S2O4溶液在空气中易被氧化生成亚硫酸氢钠，则0～t1段发生离子反应方程式为2S2O42-+O2+2H2O=4HSO3-，故答案为：

2S2O42-+O2+2H2O=4HSO3-；

（2）若t1时溶液中Na2S2O4全部被氧化成NaHSO3，浓度为0.1mol/L，根据图像，此时溶液的pH=5，溶液中存在物料守恒，c（SO32-）+c（H2SO3）+c（HSO3-）=0.1mol/L，也存在电荷守恒，c（Na+）+c（H+）=2c（SO32-）+c（HSO3-）+c（OH-），则c（SO32-）-c（H2SO3）=c（Na+）+c（H+）-c（OH-）-0.1mol/L=c（H+）-c（OH-）=（10-5-10-9）mol/L，故答案为：

10-5-10-9。

4．电解原理和原电池原理是电化学的两个重要内容。

某兴趣小组做如下探究实验：

（1）如上图1为某实验小组依据氧化还原反应设计的原电池装置，若盐桥中装有饱和的KNO3溶液和琼胶制成的胶冻,则NO3-移向_____________装置（填写“甲或乙”）。

其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，发现生成无色无味的单质气体，则石墨上电极反应式______________________。

（2）如上图2，其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，则甲装置是____________（填“原电池或电解池”），乙装置中石墨

（2）为极，乙装置中与铁线相连的石墨

（1）电极上发生的反应式为。

（3）在图2乙装置中改为加入CuSO4溶液，一段时间后，若某一电极质量增重1.28g，则另一电极生成______________mL（标况下）气体。

【答案】

（1）甲；2H++2e-＝H2；

（2）原电池；阳；Cu2++2e－=Cu

（3）224

【解析】

试题分析：

（1）装置1中铁是负极、石墨是正极，阴离子在原电池中移向负极，NO3-移向甲装置；若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，发现生成无色无味的单质气体，则石墨上电极反应式2H++2e-＝H2；

（2）图2，其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，则甲装置中两个电极不同，构成原电池；，乙装置是电解池，石墨

（2）与正极相连，石墨

（2）为阳极，乙装置中与铁线相连的石墨

（1）是阴极，电极上发生的反应式为Cu2++2e－=Cu；（3）某一电极生成1.28g铜，转移电子

，则另一电极生成氧气，根据转移电子相同，生成氧气0.01mol，标况下的体积为224mL。

考点：

本题考查电解原理和原电池原理。

5．某课外活动小组用如右图所示装置进行实验，请回答下列问题：

（1）若开始实验时开关K与a连接，则A极的电极反应式为____________。

（2）若开始时开关K与b连接，下列说法正确的是___________（填序号）。

①从A极处逸出的气体能使湿润淀粉KI试纸变蓝

②反应一段时间后，加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度

③若标准状况下B极产生2.24L气体，则溶液中转移0.2mol电子

（3）根据氯碱工业原理用如图所示装置电解K2SO4溶液。

①该电解槽的阳极反应式为，通过阴离子交换膜的离子数（填“＞”、”=”或“＜”）通过阳离子交换膜的离子数。

②图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由小到大的顺序为。

③电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为。

【答案】

（1）O2+2H2O+4e-=4OH-

（2）①（3）①4OH--4e-=2H2O+O2↑＜②b＜a＜c＜d③8︰1

【解析】

试题分析：

（1）若开始实验时开关K与a连接，则构成原电池，铁是负极，石墨A电极是正极，溶液中的氧气得到电子，则A极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-。

（2）若开始时开关K与b连接，则构成电解池。

①A与电源的正极相连，作阳极，溶液中的氯离子放电产生氯气，因此从A极处逸出的气体能使湿润淀粉KI试纸变蓝，正确；②阴极是氢离子放电，则反应一段时间后，加适量氯化氢可恢复到电解前电解质的浓度，错误；③溶液不能传递电子，只能通过导线传递，错误，答案选①。

（3）根据氯碱工业原理用如图所示装置电解K2SO4溶液。

①该电解槽的阳极是氢氧根放电产生氧气，则反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑。

通过阴离子交换膜的离子是硫酸根，通过阳离子交换膜的离子是钾离子，因此根据电荷守恒可知通过阴离子交换膜的离子数＜通过阳离子交换膜的离子数

②电解后硫酸和氢氧化钾的浓度增大，则a、b、c、d由小到大的顺序为b＜a＜c＜d。

③左侧产生硫酸，则B口生成的是氧气，右侧C口生成的氢气，因此电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为16:

2＝8:

1。

考点：

考查电化学原理的应用

【答案】

（1）A、B、C

（2）Ag++e－＝Ag（3）滤纸变蓝（4）H2+2OH－－2e－＝2H2O减小

【解析】

试题分析：

闭合K2、断开K1，则构成电解池。

A、B两极产生的气体体积之比为2:

1，所以气体分别是氢气和氧气。

则A是阴极，B是阳极。

所以m是阳极，n是阴极，y是电源的负极，x是电源的正极，D是阳极，C是阴极。

（1）由于甲中生成物是氢气和氧气，即电解的是水，电解硝酸钾、氢氧化钡和稀硫酸均是电解水，电解氯化钠生成氢气、氯气和氢氧化钠，电解硫酸铜生成物是稀硫酸、铜和氧气，DE错误，答案选ABC。

（2）C是阴极，银离子放电，方程式为Ag++e－=Ag。

（3）m是阳极，氢离子放电，则m极周围水的电离平衡被破坏，溶液显碱性，因此滤纸变蓝色。

（4）闭合K2、断开K1一段时间后，断开K2、闭合K1，则此时构成氢氧燃料电池，其中A是负极，B是正极，若M溶液为KOH溶液，则A极电极反应式为H2+2OH－－2e－＝2H2O。

惰性电极电解硝酸银溶液有硝酸生成，因此乙池电解质溶液的pH减小。

考点：

考查电化学原理的应用

6．新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。

某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。

回答下列问题：

甲烷燃料电池负极的电极反应为________________________。

闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是____________（填化学式），电解氯化钠溶液的总反应方程式为_________________________；

若每个电池甲烷通入量为1L（标准状况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为__________（法拉第常数F＝9.65×104C·mol－1，列式计算），最多能产生的氯气体积为__________L（标准状况）。

【答案】

（1）CH4＋10OH－－8e－＝CO2↑＋7H2O

（2）H22NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑（3）3.45×104C4

【解析】

试题分析：

（1）甲烷在负极通入，电解质溶液显碱性，则甲烷燃料电池负极的电极反应为CH4＋10OH－－8e－＝CO2↑＋7H2O；

（2）b电极是阴极，氢离子放电，产生H2；惰性电极电解食盐水的方程式为2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

（3）1分子甲烷失去8个电子，则理论上通过电解池的电量为

×8×9.65×104C·mol－1＝3.45×104C；根据电子得失守恒可知产生氯气的体积是

。

【考点定位】本题主要是考查电化学原理的应用与有关计算

【名师点晴】应对电化学定量计算的三种方法：

（1）计算类型：

原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。

（2）方法技巧：

①根据电子守恒计算：

用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

②根据总反应式计算：

先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。

③根据关系式计算：

根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

例如：

，（式中M为金属，n为其离子的化合价数值）该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。

在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n（e－）×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。

7．回收利用印刷电路板上的铜制备铜的化合物，实现资源的再利用。

（1）回收利用印刷电路板上的铜制备CuCl2。

实验室模拟回收过程如下：

已知部分物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表：

物质

开始沉淀

沉淀完全

Fe（OH）2

7.6

9.6

Fe（OH）3

2.7

3.7

Cu（OH）2

4.4

8.0

请回答下列问题：

①步骤III的操作名称是_______。

②下列试剂中，可以作为试剂a的是_______。

A．HNO3溶液B．Fe2（SO4）3溶液C．FeCl3溶液

③若不加试剂b，直接加入试剂c调节溶液pH，是否可行？

_______（填“是”或“否”），理由是______。

（2）用H2O2和硫酸共同浸泡印刷电路板制备硫酸铜。

已知：

2H2O2（l）=2H2O（l）+O2（g）△H1=－196kJ/mol

H2O（l）=H2（g）+1/2O2（g）△H2=＋286kJ/mol

Cu（s）+H2SO4（aq）=CuSO4（aq）+H2（g）△H3=＋64kJ/mol

则Cu（s）+H2O2（l）+H2SO4（aq）=CuSO4（aq）+2H2O（l）△H=_______。

（3）将反应Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O设计成原电池，其正极电极反应式是_______。

（4）若用硝酸和硫酸共同浸泡印刷电路板制备硫酸铜，假设印刷电路板中其他成分不与酸反应，欲制取3mol纯净的硫酸铜，需要0.5mol/L的硝酸溶液的体积是_______L。

【答案】过滤C否不能除去亚铁离子，影响所得氯化铜纯度-320kJ/molH2O2+2H++2e-=2H2O4

【解析】

【分析】

【详解】

（1）①操作是将固体和液体分开，用过滤；

②利用印刷电路板上的铜制备CuCl2，反应后的溶液中有铁元素，说明使用的是氯化铁，选C；

③需要将溶液中的铁元素变成沉淀，若以氢氧化亚铁的沉淀形式，溶液的pH在7.6到9.6之间，而铜离子已经沉淀，不能分离，若以氢氧化铁的形式沉淀，pH2.7开始沉淀，到3.7沉淀完全，这时铜离子没有开始沉淀，所以要将亚铁氧化成铁离子才能调节溶液的pH值进行沉淀，所以不可行，选否；因为那样不能除去亚铁离子，会影响所得氯化铜纯度；

（2）根据盖斯定律，将方程式进行四则运算，③+②/2-②，则反应热=+64-196/2-286=-320kJ/mol；（3）原电池中铜做负极，过氧化氢在正极反应得到电子，电极反应为：

H2O2+2H++2e-=2H2O；（4）根据离子方程式分析：

3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO+4H2O，生成3mol硫酸铜，需要3mol铜，2mol硝酸，所以硝酸的体积为2/0.5=4L。

8．（12分）将纯锌片和纯铜片按图方式插入100mL相同浓度的稀硫酸中一段时间，回答下列问题：

（1）下列说法正确的是____________。

A．甲、乙均为化学能转变为电能的装置

B．乙中铜片上没有明显变化

C．甲中铜片质量减少、乙中锌片质量减少

D．两烧杯中溶液的c（H+）均增小

（2）在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速度：

甲____乙（填“＞”、“＜“或“＝”）。

（3）当甲中产生1.12L（标准状况）气体时，通过导线的电子数目为_______________。

（4）当乙中产生1.12L（标准状况）气体时，将锌、铜片取出，再将烧杯中的溶液稀释至1L，测得溶液中c（H＋）＝0.1mol·L－1（设反应前后溶液体积不变）。

试确定原稀硫酸的物质的量浓度为___________