备战高考化学培优专题复习化学能与电能练习题附答案解析.docx

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备战高考化学培优专题复习化学能与电能练习题附答案解析

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一、化学能与电能

1.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法:

保持污水的pH在5.0~6.0之间,通过电解生成Fe(OH)3沉淀。

Fe(OH)3有吸附性,可吸附污物而沉积下来,具有净化水的作用。

阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层,刮去(或撇掉)浮渣层,即起到了浮选净化的作用。

某科研小组用电浮选凝聚法处理污水,设计装置示意图,如图所示。

(1)实验时若污水中离子浓度较小,导电能力较差,产生气泡速率缓慢,无法使悬浮物形成浮渣。

此时,应向污水中加入适量的__________。

a.H2SO4b.BaSO4c.Na2SO4d.NaOH

(2)电解池阳极发生了两个电极反应,电极反应式分别是

Ⅰ.___________________;Ⅱ._________________;

(3)电极反应Ⅰ和Ⅱ的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是__________________;

(4)该燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质,CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料做电极。

①负极的电极反应是____________________;

②为了使该燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定,电池工作时必须有部分A物质参加循环(见上图)。

A物质的化学式是_________________;

(5)实验过程中,若在阴极产生了44.8L(标准状况)气体,则熔融盐燃料电池消耗CH4(标准状况)____L。

【答案】CFe-2e-=Fe2+4OH--4e-=2H2O+O2 ↑4Fe2++10H2O+O2=4Fe(OH)3↓+8H+CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2OCO211.2L

【解析】

【分析】

(1)从所加入物质能增大溶液离子的浓度,并能保持污水的pH在5.0~6.0之间进行分析;

(2)根据阳极电极材料和离子的放电顺序分析放电的离子,书写电极反应;

(3)二价铁离子具有还原性,能被氧气氧化为三价;

(4)①燃料电池中,负极上燃料失电子发生氧化反应;

②根据两极上发生的反应确定循环使用的物质;

(5)在燃料电池和电解池的串联电路中,转移的电子数目是相同的。

【详解】

(1)为了增强溶液的导电性,可选用易溶的强电解质溶液,排除B项,考虑到污水的pH在5.0~6.0之间,因此不能使用氢氧化钠,硫酸能将Fe(OH)3溶解,因此应向污水中加入适量的硫酸钠;

(2)电解时,铁作阳极,失电子,发生反应Fe-2e-=Fe2+,同时溶液中的OH-失电子被氧化为O2,因此,电极反应为:

Ⅰ.Fe-2e-=Fe2+,Ⅱ.4OH--4e-=2H2O+O2 ↑;

(3)Fe2+具有还原性,能被氧气氧化为三价,那么得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式为:

4Fe2++10H2O+O2=4Fe(OH)3↓+8H+;

(4)①燃料电池中,负极上燃料失电子发生氧化反应,电极反应为:

CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O;

②由电极反应可知电池工作时参加循环的物质为CO2;

(5)阴极的电极反应为2H++2e-=H2↑,阴极产生了44.8L(即2mol)气体,转移的电子的物质的量为4mol,由CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O可知,当转移的电子的物质的量为4mol时,消耗CH4的体积为V=nVm=

×4mol×22.4L/mol=11.2L。

2.甲同学向做过银镜反应的试管滴加0.1mol/L的Fe(NO3)3溶液(pH=2),发现银镜部分溶解,和大家一起分析原因:

甲同学认为:

Fe3+具有氧化性,能够溶解单质Ag。

乙同学认为:

Fe(NO3)3溶液显酸性,该条件下NO3-也能氧化单质Ag。

丙同学认为:

Fe3+和NO3-均能把Ag氧化而溶解。

(1)生成银镜反应过程中银氨溶液发生_____________(氧化、还原)反应。

(2)为得出正确结论,只需设计两个实验验证即可。

实验I:

向溶解了银镜的Fe(NO3)3的溶液中加入____________(填序号,①KSCN溶液、②K3[Fe(CN)6]溶液、③稀HC1),现象为___________,证明甲的结论正确。

实验Ⅱ:

向附有银镜的试管中加入______________溶液,观察银镜是否溶解。

两个实验结果证明了丙同学的结论。

(3)丙同学又把5mLFeSO4溶液分成两份:

第一份滴加2滴KSCN溶液无变化;第二份加入1mL0.1mol/LAgNO3溶液,出现白色沉淀,随后有黑色固体产生(经验证黑色固体为Ag颗粒),再取上层溶液滴加KSCN溶液变红。

根据上述的实验情况,用离子方程式表示Fe3+、Fe2+、Ag+、Ag之间的反应关系_______________。

(4)丁同学改用如图实验装置做进一步探究:

①K刚闭合时,指针向左偏转,此时石墨作_________,(填“正极”或“负极。

此过程氧化性:

Fe3+_______Ag+(填>或<)。

②当指针归零后,向右烧杯中滴加几滴饱和AgNO3溶液,指针向右偏转。

此过程氧化性:

Fe3+_______Ag+(填>或<)。

③由上述①②实验,得出的结论是:

_______________________。

【答案】还原②产生蓝色沉淀pH=20.3mol/LKNO3或NaNO3溶液Ag+Fe3+⇌Ag++Fe2+或(Ag++Fe2+⇌Ag+Fe3+)正极><其它条件不变时,物质的氧化性与浓度有关系,浓度的改变可导致平衡的移动

【解析】

【分析】

(1)根据元素化合价的变化判断;

(2)实验Ⅰ:

甲同学认为:

Fe3+具有氧化性,能够溶解单质Ag,则要证明甲的结论正确,可验证Fe3+的还原产物Fe2+的存在;

实验Ⅱ:

进行对照实验;

(3)根据实验现象判断溶液中发生的反应;

(4)根据指针偏转方向判断正负极,判断电极反应,并结合氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物分析解答。

【详解】

(1)往AgNO3溶液中逐滴加入氨水,银离子和氨水反应生成白色的氢氧化银沉淀和铵根离子,Ag++NH3•H2O═AgOH↓+NH4+;继续滴入氨水白色沉淀溶解,氢氧化银和氨水反应生成银氨溶液和水,AgOH+2NH3•H2O═Ag(NH3)2OH+2H2O,若用乙醛进行银镜反应,再加入乙醛溶液后,水浴加热,生成乙酸铵,氨气、银和水,化学反应方程式为:

CH3CHO+2Ag(NH3)2OH

CH3COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O,银氨溶液中的银为+1价,被醛基还原生成0价的银单质,故答案为:

还原;

(2)实验Ⅰ:

甲同学认为:

Fe3+具有氧化性,能够溶解单质Ag,则要证明甲的结论正确,可验证Fe3+的还原产物Fe2+的存在即可,验证Fe2+的实验是取少量除尽Ag+后的溶液于试管中,加入K3[Fe(CN)6]溶液会和Fe2+反应生成蓝色沉淀,故答案为:

②;产生蓝色沉淀;

实验Ⅱ:

丙同学认为:

Fe3+和NO3-均能把Ag氧化而溶解,且两个实验结果证明了丙同学的结论,而实验I验证了Fe3+具有氧化性,能够溶解单质Ag,则实验II需要验证NO3-也能把Ag氧化而溶解,需进行对照实验,0.1mol/L的Fe(NO3)3溶液(pH=2),NO3-为0.3mol/L,所以需向附有银镜的试管中加入pH=2的0.3mol/LKNO3或NaNO3溶液,故答案为:

pH=2的0.3mol/LKNO3或NaNO3;

(3)Fe3+遇KSCN溶液变红,第一份滴加2滴KSCN溶液无变化,说明FeSO4溶液中无Fe3+,第二份加入1ml0.1mol/LAgNO3溶液,出现白色沉淀,随后有黑色固体Ag产生,再取上层溶液滴加KSCN溶液变红,说明有Fe3+产生,说明Fe2+被Ag+氧化生成Fe3+,Ag+被还原为Ag,又Fe3+具有氧化性,能够溶解单质Ag,则该反应为可逆反应,反应的离子方程式为:

Fe3++Ag⇌Fe2++Ag+或Ag++Fe2+⇌Ag+Fe3+;

(4)①K刚闭合时,指针向左偏转,则银为负极,石墨为正极,该电池的反应本质为Fe3++Ag⇌Fe2++Ag+,该反应中铁离子为氧化剂,银离子为氧化产物,则氧化性:

Fe3+>Ag+,故答案为:

正极;>;

②当指针归零后,向右烧杯中滴加几滴饱和AgNO3溶液,指针向右偏转,则此时石墨为负极,银为正极,右侧烧杯中银离子浓度增大,反应Fe3++Ag⇌Fe2++Ag+的平衡左移,发生反应Ag++Fe2+⇌Ag+Fe3+,此时Ag+为氧化剂,Fe3+为氧化产物,则氧化性:

Fe3+<Ag+;

③由上述①②实验,得出的结论是:

在其它条件不变时,物质的氧化性与浓度有关,浓度的改变可导致平衡移动。

3.研究金属腐蚀和防腐的原理很有现实意义。

(1)甲图为人教版教材中探究钢铁的吸氧腐蚀的装置。

某兴趣小组按该装置实验,导管中液柱的上升缓慢,下列措施可以更快更清晰观察到水柱上升现象的有________(填序号)。

A.用纯氧气代替试管内空气B.用酒精灯加热试管提高温度

C.将铁钉换成铁粉和炭粉混合粉末D.换成更细的导管,水中滴加红墨水

(2)该小组将甲图装置改进成乙图装置并进行实验,导管中红墨水液柱高度随时间的变化如下表,根据数据判断腐蚀的速率随时间逐渐_______________(填“加快”、“不变”、“减慢”),你认为影响因素为________________________________________

时间/min

1

3

5

7

9

液柱高度/cm

0.8

2.1

3.0

3.7

4.2

(3)为探究铁钉腐蚀实验a、b两点所发生的反应,进行以下实验,请完成表格空白:

实验操作

实验现象

实验结论

向NaCl溶液中滴加2~3滴酚酞指示剂

a点附近溶液出现红色

a点电极反应为①___________________

然后再滴加2~3滴②________________

b点周围出现蓝色沉淀

b点电极反应为③___________________

根据以上实验探究,试判断____________(填“a”或“b”)为负极,该点腐蚀更严重。

(4)设计下面装置研究弱酸性环境中腐蚀的主要形式。

测定锥形瓶内气压和空气中氧气的体积分数随时间变化见下图,从图中可分析,t1~t2之间主要发生__________腐蚀(填吸氧或析氢),原因是__________________________________________。

(5)金属阳极钝化是一种电化学防腐方法。

将Fe作阳极置于H2SO4溶液中,一定条件下Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜,试写出该阳极电极反应式________________________。

【答案】ACD减慢氧气的浓度O2+4e—+2H2O=4OH—铁氰化钾溶液Fe-2e—=Fe2+b吸氧氧气含量和瓶内压强都降低,因此主要是吸氧腐蚀3Fe-8e—+4H2O=Fe3O4+8H+

【解析】

【分析】

(1)由影响化学反应速率的几大因素进行推导,其中a为浓度、b为温度、c为固体表面积,但b项直接加热会使具支试管内温度持续升高,导管一端只会产生气泡不会形成气柱,d项换成更细的导管旨在放大实验现象,以便于明显观察到水柱的上升,答案为ACD;

(2)通过表格,间隔2分钟液面高度的变化,5~7,7~9变化趋势逐渐减小,则反应速率逐渐减慢,随着反应的进行,空气中的氧气浓度含量逐渐减小,反应速率逐渐减慢;

(3)铁钉的吸氧腐蚀中,滴有酚酞的a点附近出现红色,则产生氢氧根离子,电极反应式:

O2+4e—+2H2O=4OH—;b点则为Fe失电子生成二价铁或三价铁,b点周围出现蓝色沉淀则加入铁氰化钾验证二价铁的存在,电极反应:

Fe-2e—=Fe2+;b点做电池的负极,腐蚀更严重;

(4)从图中分析t1~t2之间氧气的体积分数逐渐减小,压强逐渐减小,可确定此时发生吸氧腐蚀;

(5)将Fe作阳极置于H2SO4溶液中,一定条件下Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜,3Fe-8e—+4H2O=Fe3O4+8H+。

【详解】

(1)由影响化学反应速率的几大因素进行推导,其中a为浓度、b为温度、c为固体表面积,但b项直接加热会使具支试管内温度持续升高,导管一端只会产生气泡不会形成气柱,d项换成更细的导管旨在放大实验现象,以便于明显观察到水柱的上升,答案为ACD;

(2)通过表格,间隔2分钟液面高度的变化,5~7,7~9变化趋势逐渐减小,则反应速率逐渐减慢,随着反应的进行,空气中的氧气浓度含量逐渐减小,反应速率逐渐减慢;答案为:

减慢;氧气的浓度;

(3)铁钉的吸氧腐蚀中,滴有酚酞的a点附近出现红色,则产生氢氧根离子,电极反应式:

O2+4e—+2H2O=4OH—;b点则为Fe失电子生成二价铁或三价铁,b点周围出现蓝色沉淀则加入铁氰化钾验证二价铁的存在,电极反应:

Fe-2e—=Fe2+;b点做电池的负极,腐蚀更严重;答案为:

O2+4e—+2H2O=4OH—;铁氰化钾溶液;Fe-2e—=Fe2+;b;

(4)从图中分析t1~t2之间氧气的体积分数逐渐减小,压强逐渐减小,可确定此时发生吸氧腐蚀;答案为:

吸氧;氧气含量和瓶内压强都降低,因此主要是吸氧腐蚀;

(5)将Fe作阳极置于H2SO4溶液中,一定条件下Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜,答案为:

3Fe-8e—+4H2O=Fe3O4+8H+。

4.有A、B两位学生均想利用原电池反应验证金属的活动性顺序,并探究产物的有关性质。

分别设计如图所示的原电池,请完成以下问题:

(1)负极材料:

A池___,B池___。

(2)电极反应式:

A池正极____________________;

B池负极____________________。

由上述实验分析“利用金属活动性顺序表直接判断原电池的正负极”是________(填“可靠”或“不可靠”)。

【答案】MgAl2H++2e-====H2↑Al-3e-+4OH-====AlO2-+2H2O不可靠

【解析】由两装置图可知,A池中电解质为硫酸,镁较活泼作负极,总反应为镁与硫酸反应生成硫酸镁和氢气;B池中电解质为氢氧化钠溶液,由于铝可以被氢氧化钠溶液溶解,而镁不溶,所以此时铝较活泼,铝作负极,总反应为铝、氢氧化钠、水反应生成偏铝酸钠和氢气。

(1)负极材料:

A池Mg,B池Al。

(2)电极反应式:

A池正极2H++2e-====H2↑;

B池负极Al-3e-+4OH-====AlO2-+2H2O。

由上述实验分析“利用金属活动性顺序表直接判断原电池的正负极”是不可靠的。

点睛:

金属的活动性与所处的化学环境有着密切的关系,所以要具体问题具体分析。

本题中镁和铝两种金属,在酸性条件下,镁较活泼,但是在强碱性条件下,铝则较活泼。

5.某小组同学利用下图装置对电解氯化铜实验进行了研究。

装置

现象

电解一段时间时,阳极石墨表面产生气体,阴极石墨上附着红色物质,烧杯壁变热,溶液由蓝色变为绿色

(1)甲认为电解过程中阳极产生的是溶液变绿的原因,写出产生该物质的电极反应式:

(2)乙查阅资料,CuCl2溶液中存在平衡:

Cu2++4Cl_

[CuCl4]2_(黄色)ΔH>0。

据此乙认为:

电解过程中,[CuCl4]2_(黄色)浓度增大,与CuCl2蓝色溶液混合呈绿色。

乙依据平衡移动原理推测在电解过程中[CuCl4]2_浓度增大的原因:

(3)丙改用下图装置,在相同条件下电解CuCl2溶液,对溶液变色现象继续探究。

装置

现象

电解相同时间时,阳极石墨表面产生气泡,溶液仍为蓝色;阴极石墨上附着红色物质,溶液由蓝色变为绿色;U型管变热,冷却后阴极附近溶液仍为绿色

丙通过对现象分析证实了甲和乙的观点均不是溶液变绿的主要原因。

丙否定甲的依据是,否定乙的依据是。

(4)丙继续查阅资料:

i.电解CuCl2溶液时可能产生[CuCl2]_,[CuCl2]_掺杂Cu2+后呈黄色

ii.稀释含[CuCl2]_的溶液生成CuCl白色沉淀据此丙认为:

电解过程中,产生[CuCl2]_掺杂Cu2+后呈黄色,与CuCl2蓝色溶液混合呈绿色。

丙进行如下实验:

a.取电解后绿色溶液2mL,加20mL水稀释,静置5分钟后溶液中产生白色沉淀。

b.另取少量氯化铜晶体和铜粉,向其中加2mL浓盐酸,加热获得含[CuCl2]_的黄色溶液。

c.冷却后向上述溶液……

d.取c中2mL溶液,加20mL水稀释,静置5分钟后溶液中产生白色沉淀。

①a的目的是。

②写出b中生成[CuCl2]_的离子方程式:

③补充c中必要的操作及现象:

丙据此得出结论:

电解时阴极附近生成[CuCl2]_是导致溶液变绿的原因。

【答案】

(1)Cl2;2Cl--2e-=Cl2↑

(2)电解过程放热导致温度升高,Cu2++4Cl-

[CuCl4]2-正向移动;

(3)阳极附近溶液仍为蓝色;U型管冷却后阴极附近溶液仍为绿色;

(4)①证明在上述实验条件下,电解后的绿色溶液中存在[CuCl2]-;

②Cu2++4Cl-+Cu=2[CuCl2]-;

③加入CuCl2蓝色溶液,直至溶液颜色与电解后绿色溶液基本相同。

【解析】

试题分析:

(1)电解过程中阳极发生氧化反应,溶液中的氯离子放电生成氯气,氯气溶于水,溶液可能呈现绿色,故答案为:

Cl2;2Cl--2e-=Cl2↑;

(2)电解过程放热导致温度升高,Cu2++4Cl-

[CuCl4]2-正向移动,[CuCl4]2_浓度增大,故答案为:

电解过程放热导致温度升高,Cu2++4Cl-

[CuCl4]2-正向移动;

(3)阳极生成了氯气,但阳极附近溶液仍为蓝色,说明不是生成氯气的缘故;Cu2++4Cl_

[CuCl4]2_(黄色)ΔH>0,温度降低,平衡正向移动,溶液应该呈现黄色,但U型管冷却后阴极附近溶液仍为绿色,因此乙的推断也不正确,故答案为:

阳极附近溶液仍为蓝色;U型管冷却后阴极附近溶液仍为绿色;

(4)①根据信息,取电解后绿色溶液2mL,加20mL水稀释,静置5分钟后溶液中产生白色沉淀,说明电解后的绿色溶液中存在[CuCl2]-,故答案为:

证明在上述实验条件下,电解后的绿色溶液中存在[CuCl2]-;

②氯化铜晶体和铜粉加入2mL浓盐酸中,加热获得含[CuCl2]_的黄色溶液,反应的离子方程式为Cu2++4Cl-+Cu=2[CuCl2]-,故答案为:

Cu2++4Cl-+Cu=2[CuCl2]-;

③c的步骤就是证明电解时阴极附近生成[CuCl2]_是导致溶液变绿的原因,因此操作及现象为加入CuCl2蓝色溶液,直至溶液颜色与电解后绿色溶液基本相同,故答案为:

加入CuCl2蓝色溶液,直至溶液颜色与电解后绿色溶液基本相同。

考点:

考查了物质性质的探究实验方案的设计的相关知识。

6.

(1)研究性学习小组为了证明铁的金属性比铜强,他设计了如下几种方案,其中合理的是________(填序号)

A.铁片置于硫酸铜溶液中有铜析出;

B.铁、铜与氯气反应分别生成FeCl3、CuCl2;

C.铜片置于FeCl3溶液中,铜片逐渐溶解(2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2)

D.铁片、铜片分别置于盛有稀硫酸的烧杯中,铁片上有气泡产生,而铜片无气泡

E.常温下,分别将铁片和铜片置于浓硝酸中,铁片不溶解,而铜片溶解

(2)请你另设计一个能证明铁的金属活动性比铜强的实验。

要求:

a.此方案的原理不同于上述任一合理方案;

b.在方框内绘出实验装置图并注明所需的药品;

c.写出实验过程中的主要实验现象并用相关化学用语解释现象

_______________

现象_______________解释_______________

现象_______________解释_______________

【答案】AD

铜片表面有气泡2H++2e-=H2↑铁片逐渐溶解;Fe-2e-=Fe2+

【解析】

【分析】

(1)根据金属的活泼性顺序表可以确定金属性的强弱;

(2)除了金属活动顺序表外,原电池装置也可以证明两电极材料的金属性强弱。

【详解】

(1)A.铁片置于硫酸铜溶液中有铜析出,说明金属铁的活泼性强于铜,能证明铁的金属性比铜强,故A正确;

B.铁、铜与氯气反应分别生成FeCl3、CuCl2,证明氯气是氧化性强的物质,能将金属氧化为高价,不能说明铁的金属性比铜强,故B错误;

C.铜片置于FeCl3溶液中,铜片逐渐溶解:

2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2,说明还原性是铜单质强于亚铁离子,不能说明铁的金属性比铜强,故C错误;

D.铁片、铜片分别置于盛有稀硫酸的烧杯中,铁片上有气泡产生,而铜片无气泡,证明金属铁能和硫酸之间发生置换反应,但是铜不能,所以能证明铁的金属性比铜强,故D正确;

E.常温下,分别将铁片和铜片置于浓硝酸中,铁片会钝化,不溶解,而铜片则不会产生钝化现象,会溶解,不能说明铁的金属性比铜强,故E错误;

故选AD;

(2)除了金属活动顺序表外,在原电池中,如果两电极材料都是金属,负极金属的活泼性一般是强于正极金属的活泼性的,如Cu、Fe、硫酸原电池中金属铁是负极,金属铜是正极,能证明铁的金属性强于铜,设计的原电池装置如:

,可观察到的现象是:

铜片表面有气泡放出,发生的电极反应为2H++2e-=H2↑;铁片溶解,发生的电极反应为Fe-2e-=Fe2+。

7.氰化钠(NaCN)是一种重要化工原料,用于化学合成、电镀、冶金等方面。

NaCN有剧毒,含氰废水需经无害化处理才能排放,某电镀厂含氰废水的一种工业处理流程如下:

已知:

HCNO的结构式是:

H-O-C≡N

HCN的Ka=6.02×10-10

[Ag(CN)2]-(aq)

Ag+(aq)+2CN-(aq)K=1.3×10-21

回答下列问题:

(1)CN-中两原子均为8电子稳定结构,请写出CN-的电子式_______________。

(2)氰化钠遇水会产生剧毒氢氰酸,请写出相应的离子方程式_______________。

(3)向发生塔中通水蒸汽的目的是____________。

(4)氧化池中氰化物的降解分两步进行

CN-被氯气氧化成低毒的CNO-,写出相应的离子方程式____________________,

CNO-被氯气氧化成无毒的两种气体,写出相应的离子方程式________________。

(5)贮水池中废水须先经碱化后再进行氧化的原因_______________________。

(6)电镀厂电镀银时需要降低镀层金属的沉积速度,使镀层更加致密。

电解液使用Na[Ag(CN)2],请写出阴极反应式,解释工业电镀中使用氰离子(CN-)的原因。

【答案】(每空2分,共16分)

(1)

(2)CN-+H2O

HCN+OH-

(3)促使HCN挥发进入吸收塔

(4)CN-+Cl2+2OH-=CNO-+2Cl-+H2O

2CNO-+3Cl2+4OH-=N2↑+CO2↑+6Cl-+2H2O

(5)防止生成HCN其他合理答案均得分

(6)[Ag(CN)2]-+e-="Ag"+2CN-;Ag+和CN-可以结合成稳定的络合物,可以控制银离子浓度,使镀层致密

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