高考化学 铝及其化合物推断题 培优 易错 难题练习含答案含详细答案.docx

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高考化学铝及其化合物推断题培优易错难题练习含答案含详细答案

2020-2021高考化学铝及其化合物推断题培优易错难题练习(含答案)含详细答案

一、铝及其化合物

1.将铁、铝的混合物进行如下实验:

(1)操作X的名称是________。

(2)气体A是________(填化学式)。

(3)A与Cl2混合光照可能发生爆炸,A在该反应中作________(填“氧化剂”或“还原剂”)。

(4)溶液B中的阴离子除OH-外还有________(填离子符号,下同),溶液D中存在的金属离子为________。

(5)加入足量NaOH溶液时发生反应的离子方程式为___________;加入稀盐酸发生反应的离子方程式为_________。

(6)向溶液D中加入NaOH溶液,观察到产生的白色絮状沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,请写出沉淀转化的化学方程式:

___________。

【答案】过滤H2还原剂AlO2-Fe2+2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑Fe+2H+=Fe2++H2↑4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

【解析】

【分析】

金属混合物中Fe与NaOH溶液不反应,而Al可以与NaOH溶液反应产生NaAlO2、H2,NaAlO2易溶于水,所以气体A是H2,溶液B是NaAlO2与NaOH的混合溶液,固体C是Fe,Fe是比较活泼的金属,与HCl发生置换反应产生FeCl2和氢气,因此溶液D为FeCl2,据此分析解答。

【详解】

(1)操作X的名称是分离难溶性的固体与可溶性液体混合物的方法,名称是过滤,故答案为:

过滤;

(2)根据上述分析可知,金属混合物中Fe与NaOH溶液不反应,而Al可以与NaOH溶液反应产生NaAlO2、H2,NaAlO2易溶于水,所以气体A是H2,故答案为:

H2;

(3)A是H2,H2和Cl2的混合气体光照会发生爆炸,反应生成HCl,在该反应中,氢元素的化合价升高,失去电子,被氧化,所以H2作还原剂,故答案为:

还原剂;

(4)溶液B是反应产生的NaAlO2与过量的NaOH的混合溶液,所以溶液B中阴离子除OH-外还有AlO2-,铁可以和盐酸反应生成FeCl2和H2,溶液D中含有的金属离子为Fe2+,故答案为:

AlO2-;Fe2+;

(5)加入足量NaOH溶液时,Al与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氢气,反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑,加入稀盐酸,Fe与稀盐酸反应生成氢气和氯化亚铁,发生反应的离子方程式为Fe+2H+=Fe2++H2↑,故答案为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;Fe+2H+=Fe2++H2↑;

(6)溶液D为FeCl2,向溶液D加入NaOH溶液,观察到产生的白色絮状沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,其中沉淀转化的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,故答案为4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。

【点睛】

本题考查金属铁以及金属铝的化学性质。

注意知识的积累是解题的关键,HCl的氧化性比较弱,只能把Fe氧化为Fe2+,Cl2、H2O2具有强氧化性,可以把Fe氧化为Fe3+;Al既可以与酸反应产生氢气,也可以与强碱溶液反应反应氢气,等物质的量的铝与足量的酸、碱反应产生氢气的物质的量相等。

2.某无色稀溶液X中,可能含有下表所列离子中的某几种。

阴离子

CO32-、SiO32-、AlO2-、Cl-

阳离子

Al3+、Fe3+、Mg2+、NH4+、Na+

现取该溶液适量,向其中加入某试剂Y,产生沉淀的物质的量(n)与加入试剂体积(V)的关系如图所示。

(1)若Y是盐酸,则oa段转化为沉淀的离子(指来源于X溶液的,下同)是________________________,ab段发生反应的离子是________,bc段发生反应的离子方程式为___________________________________。

(2)若Y是NaOH溶液,则X中一定含有的阳离子是____________________,ab段反应的离子方程式为_______________________________________________________________________。

【答案】SiO32-、AlO2CO32-Al(OH)3+3H+=Al3++3H2OAl3+、Mg2+、NH4+NH4++OH-=NH3·H2O

【解析】

【分析】

溶液无色说明溶液中不含Fe3+离子;

(1)若Y是盐酸,oa段产生的沉淀可能为Al(OH)3或H2SiO3;ab段的特点为消耗盐酸,但沉淀量不变,确定含CO32-;

(2)若Y为NaOH,根据沉淀量的变化确定一定含有Al3+、Mg2+、NH4+。

【详解】

溶液无色说明溶液中不含Fe3+离子;

(1)若Y是盐酸,oa段产生的沉淀可能为Al(OH)3或H2SiO3;ab段的特点为消耗盐酸,但沉淀量不变,确定含CO32-;bc段沉淀部分溶液,确定为Al(OH)3和H2SiO3,所以oa段转化为沉淀的离子是AlO2-、SiO32-;ab段发生反应的离子是CO32-+2H+=H2O+CO2↑,发生反应的离子是CO32-;bc段发生反应的离子方程式为Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O;

(2)若Y为NaOH,根据沉淀量的变化确定一定含有Al3+、Mg2+、NH4+,结合图像bc段发生反应:

Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O;oa段发生反应:

Al3++3OH-=Al(OH)3↓、Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓;ab段发生反应NH4++OH-=NH3·H2O。

【点睛】

本题主要是考查离子推断、离子方程式的书写。

明确常见离子的性质、依据图像分析反应的原理是答题的关键,题目难度较大。

关于图像的答题需要注意以下几点:

①看面:

弄清纵、横坐标的含义。

②看线:

弄清线的变化趋势,每条线都代表着一定的化学反应过程。

③看点:

弄清曲线上拐点的含义,如与坐标轴的交点、曲线的交点、折点、最高点与最低点等。

曲线的拐点代表着一个反应过程的结束和开始。

3.现有部分短周期元素的相关信息如表所示:

元素

W

X

Y

Z

相关信息

海水中质量分数最高的元素

其为非金属元素,简单气态氢化物溶于水所得溶液呈碱性

M层比K层少1个电子

其简单离子是第三周期元素的简单离子中半径最小的

(1)W在周期表中位于第________周期第________族;

(2)上述元素可形成含有共价键的常见二元离子化合物,该化合物的电子式为________,该化合物中阳离子和阴离子的数目比为________。

(3)实验室用X的气态氢化物的水溶液制取Z的氢氧化物的方法是________________________________(用离子方程式表示)。

(4)W、X的氢化物H2W2、X2H4在一定条件下反应可得到一种单质和常温下为液体的物质,试写出该反应的化学方程式:

__________________________________________。

【答案】二ⅥA

2:

1Al3++3NH3•H2O═Al(OH)3↓+3NH4+2H2O2+N2H4=N2↑+4H2O

【解析】

【分析】

海水中质量分数最高的元素为O元素,故W为O;X其为非金属元素,简单气态氢化物溶于水所得溶液呈碱性,该简单气态氢化物为NH3,X为N;Y的M层比K层少1个电子,则含有11个电子,即Y为Na;Z的简单离子是第三周期元素的简单离子中半径最小,则Z为Al。

【详解】

由分析知:

W为O、X为N、Y为Na、Z为Al:

(1)W为O,在周期表中位于第二周期第ⅥA族;

(2)Na与O形成Na2O2,Na2O2中含有离子键和共价键,该化合物的电子式为

,通过其电子式可知,该化合物中阳离子与阴离子的数目比为2:

1;

(3)X的氢化物为NH3,W的氢氧化物为Al(OH)3,用氨水制取Al(OH)3的离子方程式为Al3++3NH3•H2O=Al(OH)3↓+3NH4+;

(4)W、X的氢化物H2W2、X2H4分别为H2O2、N2H4,H2O2与N2H4在一定条件下反应生成N2、H2O,其反应的化学方程式为2H2O2+N2H4=N2↑+4H2O。

4.重铬酸钾(K2Cr2O7)在皮革、火柴印染化学、电镀等方面应用广泛。

工业上对制革工业污泥中(主要含有Cr3+、Fe3+、Fe2+、Al3+等)Cr元素的回收与再利用工艺如图:

已知:

①Al(OH)3与Cr(OH)3性质相似。

②2CrO42-+2H+

Cr2O72-+H2O。

③有关物质的溶解度曲线如图。

回答下列问题:

(1)含铬污泥预处理包括高温煅烧粉碎等步骤,其中高温煅烧的目的是__(写一条即可),滤渣III的成分是__(填化学式)。

(2)步骤③中操作需要的玻璃仪器有__,步骤①加入H2O2的作用是__。

(3)步骤⑦反应能够发生的原因是__,写出步骤④的反应离子方程式:

__。

(4)为测定产品中K2Cr2O7的含量,某兴趣小组将mg产品溶于水配制为500mL溶液,准确量取50.00mL,加入稀硫酸酸化,然后加入过量的KI充分还原,加___作指示剂,到达终点消耗30.00mL0.0500mol·L-1的Na2S2O3溶液。

则该次生产的样品中K2Cr2O7含量为__%。

(已知:

Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O,2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI)

【答案】除去蛋白质等有机物(改变污泥构造,便于酸浸等合理即可)Al(OH)3烧杯、玻璃棒、漏斗将Fe2+氧化成Fe3+K2Cr2O7的溶解度小3Cl2+2CrO2-+8OH-=2CrO42-+6Cl-+4H2O淀粉溶液

【解析】

【分析】

硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3+,其次是Fe2+、Al3+和Cu2+,加入过量氢氧化钠,Fe3+、Cu2+生成沉淀,滤液的成分是NaAlO2和NaCrO2,通入氯气,NaCrO2被氧化为Na2CrO4,通入过量二氧化碳会生成氢氧化铝和碳酸氢钠,同时在酸性条件下,铬酸根转化为重铬酸根,即2CrO4-+2H+=Cr2O72-+H2O;然后析出重铬酸钠,溶解加入氯化钾可得重铬酸钾。

【详解】

(1)从动物皮到皮革需要加入铬酸鞣制,因此制革厂含铬污泥含有蛋白质等有机质,高温煅烧可以除去蛋白质等有机质,同时改变污泥构造,便于溶解;根据流程,AlO2-溶液中通入过量CO2,会生成Al(OH)3,可得滤渣II的成分是Al(OH)3;

(2)经过步骤③得到滤液和滤渣Ⅱ,可知步骤③中操作为过滤,需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗;根据流程,步骤①加入双氧水,目的是将Fe2+氧化为Fe3+,便于除去;

(3)加入KCl的目的是使Na2Cr2O7转化为K2Cr2O7,根据信息,一定温度下,K2Cr2O7溶解度最小,故步骤⑦反应能够发生;由信息Al(OH)3与Cr(OH)3性质相似,根据流程,可知加入过量氢氧化钠,滤液的成分是NaAlO2和NaCrO2,通入氯气,NaCrO2被氧化为Na2CrO4,故离子方程式为3Cl2+2CrO2-+8OH-=2CrO42-+6Cl-+4H2O;

(4)有碘单质存在,可以选用淀粉溶液做指示剂;根据化学反应:

Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3+3I2+7H2O和I2+2S2O32-=2I-+S4O62-,可得Cr2O72-~3I2~6S2O32-,ag产品最终消耗n(S2O32-)=0.0500mol/L×30.00×10-3L×

=0.0150mol,则n(Cr2O72-)=0.0150mol×

=0.00250mol,则样品中K2Cr2O7含量为

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.利用含铬废料(主要含Cr2O3,还含有FeO、SiO2、Al2O3等杂质)制备重铬酸钠,实现清洁化工生产,工艺流程如图:

回答下列问题:

(1)焙烧Cr2O3转化为Na2CrO4的化学反应方程式是_____;

(2)实验室模拟此工业流程①,控制反应温度60℃的方法是_____;

(3)流程②用石墨做电极电解Na2CrO4溶液,制备Na2Cr2O7,其原理如图所示,a是_____极;电极Ⅱ的电极反应式是_____;当生成2molNa2Cr2O7时,电路中转移的电子_____mol;

(4)由下图和下表中的溶解度变化,流程③制备K2Cr2O7,应先充分加热,然后_____反应才能顺利进行;

重铬酸钠的溶解度表:

温度℃

10

20

40

60

80

100

溶解度%

61.6

62.8

65.1

71.8

78.7

81.1

(5)为进一步减少制得的K2Cr2O7晶体中NaCl等杂质,应再进行_____操作;

(6)流程④Na2Cr2O7溶液与乙醇反应,乙醇可能被氧化为_____(写一种即可)。

【答案】2Cr2O3+4Na2CO3+3O2

4Na2CrO4+4CO2水浴加热负极4OH-―4e-=2H2O+O2↑或2H2O-4e-=O2↑+4H+4冷却结晶(降低温度)重结晶乙醛(CH3CHO)、乙酸(CH3COOH)、二氧化碳(CO2)等

【解析】

【分析】

利用含铬废料(主要含Cr2O3,还含有FeO、SiO2、Al2O3等杂质)制备重铬酸钠。

将铬铁矿和碳酸钠、空气混合焙烧,发生反应得到Na2CrO4、NaAlO2、Na2SiO3等和CO2,然后在60℃时调节溶液的pH=6.5,用盐酸浸取后过滤,得到的滤渣中主要含有硅酸、氢氧化铁、氢氧化铝等,滤液中含有Na2CrO4和NaCl,然后用石墨做电极电解Na2CrO4溶液,制备Na2Cr2O7,在Na2Cr2O7溶液中加入氯化钾固体可以制得K2Cr2O7,在Na2Cr2O7溶液中加入稀硫酸和乙醇,可以制得NaCr(SO4)2,据此分析解答。

【详解】

(1)Cr2O3与碳酸钠在空气中焙烧反应生成Na2CrO4的化学反应方程式为2Cr2O3+4Na2CO3+3O2

4Na2CrO4+4CO2,故答案为:

2Cr2O3+4Na2CO3+3O2

4Na2CrO4+4CO2;

(2)可以采用水浴加热的方法,控制反应温度60℃,故答案为:

水浴加热;

(3)Na2CrO4溶液中存在2CrO42-+2H+⇌Cr2O72-+H2O,用图示装置(均为石墨电极)电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7,需要通过电解生成H+提高溶液的酸性,说明该电极(电极Ⅱ)是阳极,连接电源的正极,即b为正极,则a为负极;电极Ⅱ为阳极,溶液中氢氧根离子失电子生成氧气,电极反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑或2H2O-4e-=O2↑+4H+;由CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O可知,每生成2molNa2Cr2O7时,理论上II电极生成4molH+,根据阳极反应式4OH--4e-=2H2O+O2↑可知,每生成4molH+,转移4mol电子,故答案为:

负极;4OH-―4e-=2H2O+O2↑或2H2O-4e-=O2↑+4H+;4;

(4)根据溶解度曲线和重铬酸钠的溶解度表可知,K2Cr2O7的溶解度随温度的变化较大,而Na2Cr2O7的溶解度受温度的影响不大,且温度较低是由水中的溶解度:

Na2Cr2O7>K2Cr2O7,因此流程③中向Na2Cr2O7溶液中加入适量KCl,充分加热,蒸发浓缩至表面出现晶膜,然后冷却结晶,析出K2Cr2O7固体,反应才能顺利进行,故答案为:

冷却结晶(降低温度);

(5)根据溶解度曲线,K2Cr2O7的溶解度随温度的变化较大,而氯化钠的溶解度受温度的影响不大,为进一步减少制得的K2Cr2O7晶体中NaCl等杂质,需要对K2Cr2O7晶体进行重结晶操作,进一步分离提纯,故答案为:

重结晶;

(6)Na2Cr2O7溶液具有强氧化性,Na2Cr2O7溶液与乙醇反应,乙醇可能被氧化为乙醛(CH3CHO)、乙酸(CH3COOH)、甚至可以氧化生成二氧化碳和水,故答案为:

乙醛(CH3CHO)、乙酸(CH3COOH)、二氧化碳(CO2)等。

7.粉煤灰是燃煤产生的工业固体废料,主要成分有Al2O3、SiO2,还含有少量Fe2O3、CaO等。

采用酸碱联合的方法从粉煤灰中综合回收氧化铝及二氧化硅的工艺流程如下:

硫酸熟化过程中发生的反应有:

Al2O3∙2SiO2+3H2SO4=Al(SO4)3+2SiO2+3H2O

3Al2O3∙2SiO2+9H2SO4=3Al2(SO4)3+2SiO2+9H2O

(1)“结晶”操作:

缓缓加热,浓缩至______,放置冷却,得到Al2(SO4)3∙18H2O。

(2)Al2(SO4)3∙18H2O在250~300℃下失重40.5%得Al2(SO4)∙xH2O,x=______。

(3)“还原焙烧”过程中发生反应的化学方程式为_________。

(4)设计实验检验粗氧化铝中是否含有Fe2O3:

__________。

(5)向硅酸钠溶液中通入过量CO2制备白炭黑的化学方程式为___________。

(6)粗氧化铝制备冶金级氧化铝过程中发生反应[Al(OH)4]-+CO2=Al(OH)3↓+HCO3-,该反应的平衡常数为_______[已知Al(OH)3+H2O

[Al(OH)4]-+H+K1=4×10-13;H2CO3

H2O+CO2K2=600;Kal(H2CO3)=4.2×10-7、Ka2(H2CO3)=5.6×10-11]。

【答案】表面出现结晶薄膜32Al2(SO4)3+3C

2Al2O3+3CO2↑+6SO2↑取粗氧化铝少许于试管中加稀硫酸溶解,静置,滴加KSCN溶液,若溶液变红,则粗氧化铝中含有Fe2O3杂质Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O=2NaHCO3+SiO2∙nH2O↓1.75×103

【解析】

【分析】

粉煤灰主要成分有Al2O3、SiO2,还含有少量Fe2O3、CaO等,加入浓硫酸反应生成硫酸铝,水浸主要得到SiO2高硅渣,滤液经过结晶脱水得到硫酸铝,硫酸铝与焦炭反应生成粗氧化铝,验证粗氧化铝是否含有氧化铁,先将物质溶于稀硫酸后加KSCN溶液,观察现象;向硅酸钠溶液中通入足量二氧化碳反应生成碳酸氢钠和白炭黑SiO2∙nH2O。

【详解】

(1)“结晶”操作:

缓缓加热,浓缩至表面出现结晶薄膜,放置冷却,得到Al2(SO4)3∙18H2O;故答案为:

表面出现结晶薄膜。

(2)假设100gAl2(SO4)3∙18H2O在250~300℃下失重40.5%,剩余100g×(1−40.5%)=59.5gAl2(SO4)∙xH2O,

,解得x=3;故答案为:

3。

(3)根据“还原焙烧”产物之一经过烟气制酸,硫酸铝和碳“还原焙烧”生成氧化铝、二氧化碳和二氧化硫,发生反应的化学方程式为2Al2(SO4)3+3C

2Al2O3+3CO2↑+6SO2↑;故答案为:

2Al2(SO4)3+3C

2Al2O3+3CO2↑+6SO2↑。

(4)实验检验粗氧化铝中是否含有Fe2O3,将粗品溶于稀硫酸中,利用生成的铁离子与KSCN溶液反应是否有红色物质生成;故答案为:

取粗氧化铝少许于试管中加稀硫酸溶解,静置,滴加KSCN溶液,若溶液变红,则粗氧化铝中含有Fe2O3杂质。

(5)向硅酸钠溶液

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