人教版高考化学一轮复习专题82水的电离和溶液的酸碱性讲.docx
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人教版高考化学一轮复习专题82水的电离和溶液的酸碱性讲
专题8.2水的电离和溶液的酸碱性
1、掌握水的电离过程以及离子积常数以及影响水电离平衡的因素。
2、了解PH的定义,溶液的酸碱性与pH的关系,测定pH方法及简单计算。
3、掌握酸碱中和滴定的基本方法和误差分析。
一、水的电离及离子积常数
1、水的电离平衡:
水是极弱的电解质,能发生自电离:
H2O+H2O
H3O++OH-,简写为H2O
H++OH-(正反应为吸热反应)
其电离平衡常数:
Ka=OH-H2O
2、水的离子积常数:
(1)概念:
在一定温度下,c(H+)与c(OH-)的乘积是一个常数,称为水的离子积常数,简称水的离子积。
(2)表达式:
Kw=c(H+)c(OH-)
(3)数值:
室温下:
Kw=1×10-14。
(4)影响因素:
只与温度有关,因为水的电离是吸热过程,所以升高温度,Kw增大。
(3)适用范围:
Kw不仅适用于纯水,也适用于稀的电解质水溶液。
(4)Kw揭示了在任何水溶液中均存在H+和OH-,只要温度不变,Kw不变。
【特别提醒】①水的离子积常数Kw=c(H+)·c(OH-),其实质是水溶液中的H+和OH-浓度的乘积,不一定是水电离出的H+和OH-浓度的乘积,所以与其说Kw是水的离子积常数,不如说是水溶液中的H+和OH-的离子积常数。
即Kw不仅适用于水,还适用于酸性或碱性的稀溶液。
不管哪种溶液均有c(H+)H2O=c(OH-)H2O。
②水的离子积常数显示了在任何水溶液中均存在水的电离平衡,都有H+和OH-共存,只是相对含量不同而已。
3、影响水的电离平衡的因素
(1)酸和碱:
酸或碱的加入都会电离出H+或OH-,均使水的电离逆向移动,从而抑制水的电离,水的电离程度减小,Kw不变。
(2)温度:
由于水的电离吸热,若升高温度,将促进水的电离,[H+]与[OH-]同时同等程度的增加,水的电离程度增大,Kw增大,pH变小,但[H+]与[OH-]始终相等,故仍呈中性。
(3)能水解的盐:
不管水解后溶液呈什么性,均促进水的电离,使水的电离程度增大,Kw不变。
(4)其它因素:
如向水中加入活泼金属,由于活泼金属与水电离出来的H+直接作用,使[H+]减少,因而促进了水的电离平衡正向移动。
【总结】外界条件对水的电离平衡的影响
体系变化
条件
平衡移动方向
Kw
水的电离程度
c(OH-)
c(H+)
酸
逆
不变
减小
减小
增大
碱
逆
不变
减小
增大
减小
可水解的盐
Na2CO3
正
不变
增大
增大
减小
NH4Cl
正
不变
增大
减小
增大
温度
升温
正
增大
增大
增大
增大
降温
逆
减小
减小
减小
减小
其他:
如加入Na
正
不变
增大
增大
减小
〖特别提醒〗水的电离平衡注意事项
(1)水的离子积常数Kw=c(H+)·c(OH-),其实质是水溶液中的H+和OH-浓度的乘积,不一定是水电离出的H+和OH-浓度的乘积,所以与其说Kw是水的离子积常数,不如说是水溶液中的H+和OH-的离子积常数。
即Kw不仅适用于水,还适用于酸性或碱性的稀溶液。
不管哪种溶液均有c(H+)H2O=c(OH-)H2O。
(2)水的离子积常数显示了在任何水溶液中均存在水的电离平衡,都有H+和OH-共存,只是相对含量不同而已。
(3)水的电离是吸热过程,升高温度,水的电离平衡向电离方向移动,c(H+)和c(OH-)都增大,故Kw增大,但溶液仍呈中性;对于Kw,若未注明温度,一般认为在常温下(25℃)。
(4)水中加酸或碱对水的电离均有抑制作用,因此,室温下,若由水电离出的c(H+)<1×10-7mol·L-1,该溶液可能显酸性,也可能显碱性。
【方法总结】正确理解水的电离平衡曲线
(1)曲线上的任意点的Kw都相同,即c(H+)·c(OH-)相同,温度相同。
(2)曲线外的任意点与曲线上任意点的Kw不同,温度不同。
(3)实现曲线上点之间的转化需保持温度不变,改变酸碱性;实现曲线上点与曲线外点之间的转化一定得改变温度。
【典型例题1】【2018年10月4日《每日一题》】水的电离平衡曲线如图所示,下列说法不正确的是()
A.图中五点的KW的关系:
b>c>a=d=e
B.若从a点到d点,可采用:
温度不变向水中加入少量的酸
C.若从a点到c点,可采用:
温度不变向水中加入适量的NH4Cl固体
D.若处在b点时,将pH=2的硫酸与pH=10的KOH溶液等体积混合后(溶液体积变化忽略不计),溶液呈中性
【答案】C
【点评】纯水电离出的氢离子和氢氧根离子浓度相等,所以可以从二者相等时的点确定水的离子积常数,从而确定温度。
水的离子积常数只与温度有关,与加入酸碱或盐无关,加入其它物质时,水的电离平衡发生移动,溶液中氢离子或氢氧根离子浓度沿线移动。
【迁移训练1】【辽宁省大连市2018届高三双基测试】下图三条曲线表示不同温度下水的离子积常数,下列说法不正确的是()
A.图中温度:
T3>T2>T1
B.图中pH关系是:
pH(B)=pH(D)=pH(E)
C.图中五点Kw间的关系:
E>D>A=B=C
D.C点可能是显酸性的盐溶液
【答案】D
二、溶液的酸碱性和pH的关系
1、溶液酸碱性判断依据
溶液的酸碱性取决于溶液中c(H+)和c(OH-)的相对大小。
2、溶液的pH
(1)pH的定义:
pH=-lgc(H+)
(2)pH的适用范围
当溶液的酸碱性用pH表示时,其c(H+)的大小范围一般为1×10-14mol/LpH>0。
当c(H+)或c(OH-)≥1mol·L-1时,一般不用pH表示溶液的酸碱性,用c(H+)或c(OH-)直接表示溶液的酸碱性更方便。
(3)溶液的酸碱性和pH的关系:
在室温下,中性溶液:
c(H+)=c(OH-)=1.0×10-7mol·L-1,pH=7
酸性溶液:
c(H+)>c(OH-),c(H+)>1.0×10-7mol·L-1,pH<7
碱性溶液:
c(H+)<c(OH-),c(H+)<1.0×10-7mol·L-1,pH>7
3、pH的测定方法:
(1)酸碱指示剂:
粗略地测溶液pH范围
常用指示剂的变色范围:
石蕊试液的变色范围是pH=5.0-8.0;
酚酞试液的变色范围是8.2~10.0;
甲基橙试液的变色范围是3.1(红)-4.4(黄)。
(2)pH试纸:
精略地测定溶液酸碱性强弱
pH试纸的种类:
常用的pH试纸有广泛pH试纸(pH范围为1~14或0~10,可识别pH差值约为1)和精密pH试纸(pH范围较窄,可识别的pH差值为0.2或0.3)。
pH试纸使用方法:
①方法:
用镊子夹取一小块pH试纸放在玻璃片(或表面皿)上,用蘸有待测液的玻璃棒点在试纸的中央,试纸变色后,与标准比色卡比较来确定溶液的pH。
②注意:
pH试纸使用前不能用蒸馏水润湿,否则将可能产生误差。
【思考】如果将pH试纸先润湿再测量,对pH值产生什么影响?
(3)pH计:
精确地测定溶液酸碱性强弱,读数时保留两位小数。
【特别提醒】正确理解溶液的酸碱性与pH关系
①溶液呈现酸、碱性的实质是c(H+)与c(OH-)的相对大小,不能只看pH,一定温度下pH=6的溶液也可能显中性,也可能显酸性,应注意温度。
②使用pH试纸测溶液pH时不能用蒸馏水润湿。
③25℃时,pH=12的溶液不一定为碱溶液,pH=2的溶液也不一定为酸溶液,也可能为能水解的盐溶液。
【典型例题2】【四川雅安市2018届期末】能说明溶液呈中性的可靠依据是()
A.pH=7B.石蕊试液不变色C.pH试纸不变色D.c(H+)=c(OH-)
【答案】D
【点评】本题考查了溶液酸碱性的判断,属于易错题,注意不能根据溶液的pH值判断溶液的酸碱性,要根据氢离子浓度和氢氧根离子浓度的相对大小判断溶液的酸碱性。
【迁移训练2】【合肥六中2018届期中】下列叙述正确的是()
A.95℃纯水的pH<7,说明加热可导致水呈酸性
B.pH=3的醋酸溶液,稀释至10倍后pH=4
C.pH=3的醋酸溶液与pH=11的氢氧化钠溶液等体积混合后pH=7
D.0.2mol·L-1的盐酸与等体积水混合后pH=1
【答案】D
【解析】A、水是弱电解质,电离吸热,加热促进电离,所以95℃纯水的pH<7。
但任何纯水都是显中性的,选项A不正确;B、醋酸是弱酸,存在电离平衡。
稀释促进电离,氢离子的物质的量增加,所以pH=3的醋酸溶液,稀释至10倍后3<pH<4,选项B不正确;C、醋酸是弱酸,则pH=3的醋酸溶液中醋酸的浓度大于10-3mol/L。
而pH=11的氢氧化钠溶液中氢氧化钠的浓度=10-3mol/L,所以二者等体积混合后醋酸过量,溶液显酸性,即pH<7,选项C不正确;D、0.2mol·L-1的盐酸,与等体积水混合后溶液的浓度=0.1mol/L,所以溶液的pH=1,选项D正确;答案选D。
三、酸碱中和滴定
1、概念
利用酸碱中和反应,用已知浓度酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法。
2、原理
计算依据:
当酸与碱恰好完全反应时,有n(H+)=n(OH-),即ν(酸)c(酸)V(酸)=ν(碱)c(碱)V(碱)(ν、c、V分别代表酸和碱的元数、浓度、体积)。
酸碱中和滴定的关键:
①准确测定标准液的体积。
②准确判断滴定终点。
3、实验用品
(1)试剂:
标准液(已知浓度的酸或碱溶液)、待测液(未知浓度的碱或酸溶液)、适当的酸碱指示剂(通过指示剂颜色的变化来确定滴定终点)。
。
(2)①仪器:
酸式滴定管、碱式滴定管、滴定管夹、铁架台、锥形瓶图(A)是酸式滴定管、图(B)是碱式滴定管、滴定管夹、铁架台、锥形瓶。
(3)滴定管
①构造:
“0”刻度线在上方,尖嘴部分无刻度。
②精确度:
读数可估计到0.01mL。
③洗涤:
先用蒸馏水洗涤,再用待装液润洗。
④排泡:
酸、碱式滴定管中的液体在滴定前均要排出尖嘴中的气泡。
⑤使用注意事项:
试剂性质
滴定管
原因
酸性、氧化性
酸式滴定管
氧化性物质易腐蚀橡胶管
碱性
碱式滴定管
碱性物质易腐蚀玻璃,致使玻璃活塞无法打开
4、实验操作(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液)
(1)滴定前的准备
滴定准备“八动词”
(2)滴定过程“三动作”
(3)终点判断“两数据”
a.最后一滴:
滴入最后一滴,溶液颜色发生突变。
b.半分钟:
颜色突变后,经振荡半分钟内不复原,视为滴定终点。
(4)数据处理
按上述操作重复2~3次,求出用去标准盐酸体积的平均值,
根据c(NaOH)=c(HClV(NaOH溶液计算。
4.常用酸碱指示剂及变色范围
指示剂
变色范围的pH
石蕊
<5.0红色
5.0~8.0紫色
>8.0蓝色
甲基橙
<3.1红色
3.1~4.4橙色
>4.4黄色
酚酞
<8.2无色
8.2~10.0浅红色
>10.0红色
【特别提醒】中和滴定操作细节
(1)酸式滴定管下端为玻璃塞,能耐酸和氧化剂的腐蚀,可用于盛装酸性和氧化性溶液,但不能盛装碱性溶液。
(2)碱式滴定管下端为橡胶管和玻璃珠,橡胶易被酸性或氧化性溶液腐蚀,所以碱式滴定管只能盛装碱性或非氧化性溶液。
(3)滴定管“0”刻度在上方,数值从上到下依次增大,有一部分没有刻度,滴定管的全部容积大于它的最大刻度值,仰视时读数偏大,俯视时读数偏小。
量筒无“0”刻度,数值从下到上依次增大,因此仰视时读数偏小,俯视时读数偏大。
(4)记录数据时,滴定管的读数应记录到小数点后两位,如20.00mL;量筒的读数最多记录到小数点后一位,如8.0mL。
(5)=≠≠
①滴定终点:
指示剂变色时即“达到了滴定的终点”,通常与理论终点存在着一定的误差(允许误差),而指示剂变色点都不是pH=7的情况。
②恰好中和:
指酸和碱恰好完全反应生成盐和水的时刻,此时的溶液不一定呈中性。
③呈中性:
溶液中的氢离子浓度等于氢氧根离子浓度(常温下pH=7)。
(6)清楚指示剂的选择原则
变色要灵敏,变色范围要小,使变色范围尽量与滴定终点溶液的酸碱性一致。
①不能用石蕊作指示剂。
②滴定终点为碱性时,用酚酞作指示剂,例如用NaOH溶液滴定醋酸。
③滴定终点为酸性时,用甲基橙作指示剂,例如用盐酸滴定氨水。
④强酸滴定强碱一般用甲基橙,但用酚酞也可以。
6、误差分析
(1)原理(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例)
cB=cA·VAVBVB——准确量取的待测液的体积;cA——标准溶液的浓度。
故有:
cB正比于VA。
(2)误差分析
A、标准液配制引起的误差
①称取5.2克氢氧化钠配制标准液时,物码倒置。
(偏高)
②配制标准液时,烧杯及玻璃棒未洗涤。
(偏高)
③配制标准液时,定容俯视。
(偏低)
④配制标准液时,定容仰视。
(偏高)
⑤配制标准NaOH滴定盐酸时,NaOH中如混有碳酸钠。
(偏高)
⑥配制标准NaOH滴定盐酸时,NaOH中如混有碳酸氢钠。
(偏高)
⑦配制标准NaOH滴定盐酸时,NaOH中如混有KOH。
(偏高)
⑧滴定管水洗后,未用标准液洗涤。
(偏高)
B、标准液操作引起的误差
①滴定前读数仰视,滴定后读数俯视。
(偏低)
②滴定结束,滴定管尖嘴处有一滴未滴下。
(偏高)
③滴定前有气泡未赶出,后来消失。
(偏高)
C、待测液操作引起的误差
①锥形瓶水洗后,用待测液润洗过再装待测液。
(偏高)
②锥形瓶有少量水,直接放入待测液。
(无影响)
③摇动锥形瓶时,溅出部分溶液。
(偏低)
【典型例题3】【湖北部分重点中学2019届高三上起点考试】下列有关滴定操作的说法正确的是()
A.用25mL滴定管进行中和滴定时,用去标准液的体积为21.7mL
B.用标准的KOH溶液滴定未知浓度的盐酸,洗净碱式滴定管后直接取标准KOH溶液进行滴定,则测定结果偏低
C.用标准的KOH溶液滴定未知浓度的盐酸,配制标准溶液的固体KOH中含有NaOH杂质,则测定结果偏高
D.用未知浓度的盐酸滴定标准的KOH溶液时,若读取读数时,滴定前仰视,滴定到终点后俯视,会导致测定结果偏高
【答案】D
【点评】本题考查氧化还原滴定操作、误差分析,注意利用公式来分析解答,无论哪一种类型的误差,都可以归结为对标准溶液体积的影响,然后根据c(待测)=
分析,若标准溶液的体积偏小,那么测得的物质的量的浓度也偏小;若标准溶液的体积偏大,那么测得的物质的量的浓度也偏大。
【迁移训练3】【陕西西安远东一中2019届高三上10月月考】为了测定实验室长期存放的Na2SO3固体的纯度,准确称取Mg固体样品,配成250mL溶液。
设计了以下两种实验方案:
方案I:
取50.00mL上述溶液→加入足量的盐酸酸化的BaCl2溶液→操作I→洗涤→操作Ⅱ→称量,得到沉淀的质量为m1g
方案Ⅱ:
取50.00mL上述溶液,用amol/L的酸性KMnO4溶液进行滴定。
实验中所记录的数据如下表:
滴定次数
实验数据
1
2
3
4
待测溶液体积/mL
50.00
50.00
50.00
50.00
滴定管初读数/mL
0.00
0.20
0.10
0.15
滴定管末读数/mL
20.95
21.20
20.15
21.20
(1)配制250mLNa2SO3溶液时,必须用到的实验仪器有:
烧杯、玻棒、滴管、药匙和_______________、_________________。
(2)操作I为__________________操作Ⅱ为______________
(3)方案I中如何判别加入的氯化钡已经过量______________________________
(4)在方案Ⅱ中滴定终点的判断方法是_______________________________。
(5)在方案Ⅱ中发生的离子反应方程式为__________________________
(6)根据方案Ⅱ所提供的数据,计算Na2SO3的纯度为___________。
(写成分数形式)
(7)有同学模仿方案I,提出方案Ⅲ:
取50.00mL上述溶液→加入足量的盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液→操作I→洗涤→操作Ⅱ→称重,得到沉淀质量为m2g并用方案I的方法计算结果。
根据方案Ⅲ,从理论上讲,下列说法正确的是________(填序号)
a.方案I比方案Ⅲ的计算结果要低
b.方案I比方案Ⅲ的计算结果要高
c.m1=m2,方案I和方案Ⅲ的结果一样
d.方案Ⅲ不应根据方案I的方法计算
(8)上述实验中,由于操作错误所引起的实验误差分析正确的是__________(填序号)。
a.方案I中如果没有洗涤操作,实验结果将偏小
b.方案I中如果没有操作Ⅱ,实验结果将偏大
c.方案Ⅲ中如果没有洗涤操作,实验结果将偏小
d.方案Ⅲ中如果没有操作Ⅱ,实验结果将偏大
【答案】天平250mL的容量瓶过滤干燥(烘干)
静置分层后,向上清液中加入盐酸酸化的氯化钡,不再产生沉淀,即已沉淀完全
加入最后一滴高锰酸钾溶液后溶液由无色变为紫色,且在半分钟内不褪2MnO4-+5SO32-+6H+=2Mn2++5SO42-+3H2O1323a/40Mbdad
(2)取2.500mL上述溶液,加入足量的盐酸酸化的BaCl2溶液生成硫酸钡沉淀
过滤
洗涤
干燥
称量,得到沉淀的质量为m1g,操作I为分离固体和液体用过滤,操作Ⅱ为干燥沉淀;
(3)判别加入的氯化钡已经过量的方法为:
静置分层后,向上清液中加入盐酸酸化的氯化钡,不再产生沉淀,即已沉淀完全;
(4)在方案Ⅱ中滴定终点的判断方法是加入最后一滴后溶液由无色变为紫色,且在半分钟内不褪;
(5)酸性KMnO4具有氧化性,SO32-具有还原性,两者发生氧化还原反应,离子反应方程式为:
2MnO4-+5SO32-+6H+=2Mn2++5SO42-+3H2O;
(6)从图表中4组数据可知,消耗的高锰酸钾的体积分别为:
20.95mL、21.00mL、20.05mL、21.05mL,第三组数据误差较大,应舍去,高锰酸钾平均消耗的溶液体积
V=(20.95mL+21.00mL+21.05mL)/3=21.00mL,消耗高锰酸钾的物质的量为amol/L×0.021L=0.021amol结合化学方程式定量关系计算,2MnO4-~5SO32-可知,50.00mL的上述溶液中含有亚硫酸钠的物质的量为0.021amol×5/2=21a/400mol,则Mg固体中亚硫酸钠的物质的量为21a/400mol×250mL/50mL=21a/80mol,所以亚硫酸钠的纯度为:
21a/80mol×126g/mol÷Mg×100%=1323a/40M;
(6)A.方案I中如果没有洗涤操作,测得生成硫酸根钡质量增大,则亚硫酸钠的质量偏小,故a正确;
B.方案I中如果没有操作Ⅱ,测得生成硫酸钡质量增大,则亚硫酸钠的质量偏小,故b错误;
C.方案Ⅲ中如果没有洗涤操作,测得生成硫酸钡质量增大,则测定结果偏大,故c错误;
D.方案Ⅲ中如果没有操作Ⅱ,测得生成硫酸钡质量增大,被氧化的亚硫酸钠质量增大,测定结果偏大,故d正确.因此,本题正确答案是:
ad。
考点一:
水电离的c(H+)或c(OH-)的计算
1、常温下,中性溶液c(OH-)=c(H+)=10-7mol·L-1
2、溶质为酸的溶液
①来源
OH-全部来自水的电离,水电离产生的c(H+)=c(OH-)。
②实例
如计算pH=2的盐酸溶液中水电离出的c(H+),方法是先求出溶液的c(OH-)=Kw/10-2=10-12
mol·L-1,即水电离出的c(H+)=c(OH-)=10-12mol·L-1。
3、溶质为碱的溶液
①来源
H+全部来自水的电离,水电离产生的c(OH-)=c(H+)。
②实例
如计算pH=12的NaOH溶液中水电离出的c(OH-),方法是先求出溶液的c(H+)=Kw/10-2=10-12mol·L-1,即水电离出的c(OH-)=c(H+)=10-12mol·L-1。
4、水解呈酸性或碱性的盐溶液
①pH=5的NH4Cl溶液中H+全部来自水的电离,由水电离的c(H+)=10-5mol·L-1,c(OH-)=10-9mol·L-1,是因为部分OH-与部分NH+4结合;
②pH=12的Na2CO3溶液中OH-全部来自水的电离,由水电离出的c(OH-)=10-2mol·L-1。
【方法技巧】水电离的c(H+)或c(OH-)的计算技巧(25℃时)
(1)中性溶液:
c(H+)=c(OH-)=1.0×10-7mol·L-1。
(2)酸或碱抑制水的电离,水电离出的c(H+)=c(OH-)<10-7mol·L-1,当溶液中的c(H+)<10-7mol·L-1时就是水电离出的c(H+);当溶液中的c(H+)>10-7mol·L-1时,就用10-14除以这个浓度即得到水电离的c(H+)。
(3)可水解的盐促进水的电离,水电离的c(H+)或c(OH-)均大于10-7mol·L-1。
若给出的c(H+)>10-7mol·L-1,即为水电离的c(H+);若给出的c(H+)<10-7mol·L-1,就用10-14除以这个浓度即得水电离的c(H+)。
【典型例题4】【甘肃静宁县一中2018-届10月月考】25℃时,下列四种溶液中,由水电离生成的氢离子浓度之比()
①pH=0的盐酸②0.1mol/L的盐酸
③0.01mol/L的NaOH溶液④pH=14的NaOH溶液
A.1∶10∶100∶1B.1∶10-1∶10-12∶10-14
C.14∶13∶12∶14D.14∶13∶2∶1
【答案】A
【点评】本题考查了水的电离以及相关计算,解题关键:
理解酸或碱抑制水电离,酸溶液中氢氧根离子是水电离的,碱溶液中氢离子是水电离。
【迁移训练4】【上海长宁区2018届高三上期末】常温下,下列溶液中水的电离程度最大的是()
A.pH=0的硫酸B.0.01mol/LNaOH溶液
C.pH=10的纯碱溶液D.pH=5的氯化铵溶液
【答案】D
考点二:
加水稀释pH变化及曲线
1、强酸溶液,被稀释10n倍,溶液的pH增大n(溶液的pH不会大于7)。
2、强碱溶液,被稀释10n倍,溶液的pH减小n(溶液的pH不会小于7)。
3、加水稀释时pH值的变化规律(图像)
(1)等物质的量浓度的盐酸(a)与醋酸(b)
物质的量浓度相同的强酸和弱酸稀释相同倍数,溶液的pH变化不同,强酸的pH增大快;若加水稀释到相同pH,强酸加水多。
(2)等pH的盐酸(a)与醋酸(b)
pH相同的强酸与弱酸,加水稀释相同倍数,溶液的pH变化不同,强酸的pH变化大;若加水稀释到相同pH,弱酸加水多。
【典型例题5】【北师大学附中2018届高三上学期期中】25℃时,pH=3的盐酸和醋酸各1mL分别加水稀释,pH随溶液体积变化的曲线如下图所示。
下列说法不正确的是()
A.曲线I