高考化学 铝及其化合物推断题 综合题及答案.docx

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高考化学铝及其化合物推断题综合题及答案

高考化学铝及其化合物推断题综合题及答案

一、铝及其化合物

1.现有A、B、C、D、E五种短周期元素,已知A、B、C、D四种元素的核内质子数之和为56,在元素周期表中的位置如图所示,1molE的单质可与足量酸反应,能产生33.6LH2(在标准状况下);E的阳离子与A的阴离子核外电子层结构相同。

A

B

C

D

回答下列问题:

(1)写出元素A名称______,元素B符号________,E原子电子式________

(2)C的简单离子结构示意图为_____________

(3)B单质在A单质中燃烧,反应现象是___________,生成物的化学式为___________

(4)A与E形成的化合物的电子式为__________,它的性质决定了它在物质的分类中应属于____________(酸性氧化物/碱性氧化物/两性氧化物)

(5)向D与E形成的化合物的水溶液中滴入烧碱溶液至过量,此过程中观察到的现象是_________,写出化合物DE与过量烧碱反应的化学反应方程式________。

【答案】氧P

剧烈燃烧,有大量白烟P2O5

两性氧化物先出现白色沉淀,继续滴加,白色沉淀溶解AlCl3+4NaOH==3NaCl+NaAlO2+2H2O

【解析】

【分析】

由位置图可知,A在第二周期,B、C、D处于第三周期,设C的质子数为x,则A的质子数为x-8,B的质子数为x-1,D的质子数为x+1,A、B、C、D四种元素原子核外共有56个电子,则x+(x-8)+(x-1)+(x+1)=56,解得x=16,即A为O,B为P,C为S,D为Cl;1molE单质与足量酸作用,在标准状况下能产生标准状况下33.6LH2,设E的化合价为y,根据电子转移守恒可知ymol=

×2=3mol,E的阳离子与A的阴离子核外电子层结构完全相同,则E为Al,然后利用元素及其单质、化合物的性质来解答。

【详解】

(1)由题可知,元素A名称为氧,元素B符号为P,E原子的最外层含有3个电子,电子式

(2)C为硫,简单离子结构示意图为

(3)B单质在A单质中燃烧,产生了五氧化二磷,反应现象是剧烈燃烧,有大量白烟,生成物的化学式为P2O5;

(4)A与E形成的化合物为氧化铝,电子式为

,它既能与酸反应,又能与碱反应,性质决定了它在物质的分类中应属于两性氧化物;

(5)向D与E形成的化合物氯化铝的水溶液中滴入烧碱溶液至过量,产生偏铝酸钠,此过程中观察到的现象是先出现白色沉淀,继续滴加,白色沉淀溶解,与过量烧碱反应的化学反应方程式AlCl3+4NaOH=3NaCl+NaAlO2+2H2O。

2.有关物质的转化关系如下图所示(部分生成物与反应条件已略去)。

B、D、H是气体,B是单质,D能使湿润的红色石蕊试纸变蓝;C、G是生活中的常见金属,工业上用反应①制备C;K、F是固体,其中F是一种红色涂料的主要成分。

(1)K的化学式为___________;D的电子式为____________。

(2)写出反应②的离子方程式:

___________。

(3)写出反应③的化学方程式,并用单线桥标出电子转移的方向和数目:

_____________。

(4)物质J常用作催化剂,媒染剂,放射性物质吸附剂。

从J的溶液得到J的晶体的操作依次为_____________、冰水洗涤、减压烘干。

冰水洗涤的目的___________。

(5)反应③常通过微热来加快反应的速率,加热时温度不能过高的原因是_________。

【答案】Fe(OH)3

3NO2+H2O=2H++2NO3+NO

蒸发(加热)浓缩、冷却结晶、过滤减少晶体的溶解损耗硝酸在较高温度下(易挥发)易分解

【解析】

【分析】

D能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,D是氨气;C、G是生活中的常见金属,F是一种红色涂料的主要成分,F是Fe2O3,C的Al、G是Fe、A是Al2O3;电解熔融氧化铝生成铝和氧气,B是O2、E是NO、H是NO2、I是HNO3;铁和硝酸反应生成硝酸铁,J是Fe(NO3)3,Fe(NO3)3和氨水反应生成氢氧化铁,K是Fe(OH)3;Fe(OH)3加热分解为氧化铁。

据此解答。

【详解】

(1)根据以上分析,K是氢氧化铁,化学式为Fe(OH)3;D是氨气为共价化合物,氨气的电子式为

(2)反应②是二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,反应的离子方程式是3NO2+H2O=2H++2NO3+NO。

(3)反应③是铁和硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮、水,反应的化学方程式是Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,铁元素化合价由0升高为+3,氮元素化合价由+5降低为+2,用单线桥标出电子转移的方向和数目为

(4)从硝酸铁的溶液得到硝酸铁的晶体的操作依次为蒸发(加热)浓缩、冷却结晶、过滤、冰水洗涤、减压烘干。

温度越低硝酸铁溶解度越小,冰水洗涤的目的是减少晶体的溶解损耗。

(5)反应③常通过微热来加快反应的速率,硝酸在较高温度下(易挥发)易分解,所以加热时温度不能过高。

【点睛】

本题考查无机物的推断,侧重考查学生的分析能力以及元素化合物知识的综合理解和运用,D能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,为解答该题的关键,注意把握物质的特征性质。

3.短周期主族元素A、B、C、D、E、G的原子序数依次增大,在元素周期表中A的原子半径最小(稀有气体元素除外),B与C相邻且C的最外层电子数是次外层的3倍,C、D的最外层电子数之和与G的最外层电子数相等,E是地壳中含量最多的金属元素。

回答下列问题:

(1)C在元素周期表中的位置是__________;由C和D组成既含离子键又含共价键的化合物的电子式__________。

(2)分别由C、D、E、G元素形成的简单离子的半径由大到小的顺序为__________(用相应的离子符号表示)。

(3)写出实验室中制备G元素的单质的离子方程式______________________________

(4)E单质能写D的最高价氧化物的水化物浓溶液反应放出氢气,反应的离子方程式是:

__________由上述六种元素中的三种组成的某种盐,是漂白液的主要成分,将该盐溶液滴入硫酸酸化的KI淀粉溶液中,溶液变为蓝色,则反应的化学方程式为________________________________________.

【答案】第二周期第ⅥA族

ClO-+2I-+2H+=Cl-+I2+2H2O

【解析】

【分析】

短周期主族元素A、B、C、D、E、G原子序数依次增大,A是元素周期表中原子半径最小的元素,则A为H元素;C的最外层电子数是次外层的3倍,原子只能有2个电子层,最外层电子数为6,故C为O元素;B与C相邻,且B的原子序数较小,故B为N元素;E是地壳中含量最多的金属元素,则E为Al;C(氧)、D的最外层电子数之和与G的最外层电子数相等,则D原子最外层电子数为1、G原子最外层电子数为7,结合原子序数可知D为Na、G为Cl。

【详解】

(1)C为氧元素,在元素周期表中的位置是二周期第VIA族;C和D组成既含离子键又含共价键的化合物为Na2O2,电子式为

(2)C、D、E、G分别为O、Na、Al、Cl,电子层数越多离子半径越大,电子层数相同核电荷数越小半径越大,则简单离子由大到小的顺序为

(3)实验室利用二氧化锰和浓盐酸共热制备氯气,离子方程式为:

(4)Al单质可以和NaOH溶液反应生成氢气和偏铝酸钠,离子方程式为

;漂白液的主要成分为NaClO,具有强氧化性,根据现象可知将碘离子氧化成碘单质,根据电子守恒和元素守恒可知方程式为ClO-+2I-+2H+=Cl-+I2+2H2O。

4.已知A、B、C、D是中学化学的常见物质,且A、B、C均含有同一种元素。

在一定条件下它们之间的相互转化关系如图所示(部分反应中的H2O已略去)。

请回答下列问题:

(1)若A可用于自来水消毒,D是生产、生活中用量最大、用途最广的金属单质,加热蒸干B的溶液不能得到B。

则B的化学式为__。

(2)若D是氯碱工业的主要产品之一,B有两性,则反应②的离子方程式是__。

(3)若A、C、D都是常见气体,C是导致酸雨的主要气体,则反应③的化学方程式为___。

(4)若A的焰色反应呈黄色,D为二氧化碳,则反应②的离子方程式是___。

【答案】FeCl3Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O2H2S+SO2═3S+2H2OCO32-+CO2+H2O═2HCO3-

【解析】

【分析】

(1)D是生产、生活中用量最大、用途最广的金属单质,则D是铁,A可用于自来水消毒,A为Cl2;

(2)若D是氯碱工业的主要产品之一,B有两性,D为NaOH、B为Al(OH)3;

(3)C是形成酸雨的主要气体,则A为H2S、D为O2、B为S、C为SO2;

(4)若A的焰色反应呈黄色,说明A中含有Na元素,且A、B、C均含有同一种元素据此分析。

【详解】

(1)D是生产、生活中用量最大、用途最广的金属单质,则D是铁,A可用于自来水消毒,由转化关系可知,A为Cl2、B为FeCl3、C为FeCl2;

(2)若D是氯碱工业的主要产品之一,B有两性,由转化关系可知,A为铝盐、D为NaOH、B为Al(OH)3、C为NaAlO2,反应②为氢氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,反应的离子方程式是:

Al(OH)3+OH−=AlO2−+2H2O;

(3)若A、C、D都是常见气体,C是形成酸雨的主要气体,则A为H2S、D为O2、B为S、C为SO2,反应③为硫化氢与二氧化硫反应生成硫和水,反应的化学方程式为:

2H2S+SO2═3S+2H2O;

(4)若A的焰色反应呈黄色,D为二氧化碳,由转化关系可知,A为NaOH、B为Na2CO3、C为NaHCO3,反应②为碳酸钠溶液与二氧化碳反应生成碳酸氢钠,反应的的离子方程式是:

CO32−+CO2+H2O═2HCO3−。

5.钠、铝和铁是三种重要的金属。

请回答:

(1)请画出钠的原子结构示意图_______,根据钠的原子结构示意图可得出钠的哪些性质?

(写出一条)_________。

(2)这三种金属的金属活动性由强到弱的顺序是_________。

(3)小块金属钠投入水中,发生反应的化学方程式为_______________;可观察到的实验现象是_________(填字母)。

a.钠沉到水底   b.钠熔成小球   c.小球四处游动  d.水变红色 

(4)铝与稀硫酸反应的离子方程式为_________________________________。

【答案】

强还原性Na>Al>Fe2Na+2H2O=2NaOH+H2↑bc2Al+6H+=2Al3++3H2↑

【解析】

【分析】

(1)钠原子核外有11电子;最外层小于4个电子的原子易失去电子;

(2)结合金属活动顺序表判断;

(3)Na的密度小于水,钠的熔点较低,钠和水反应生成NaOH和氢气同时放出大量热,钠受力不均导致四处游动;

(4)Al溶于稀硫酸生成硫酸铝和氢气。

【详解】

(1)钠原子核外有11电子,则钠原子的结构示意图是

,最外层只有1个电子,易失电子,具有强还原性;

(2)由金属活动顺序可知,Na、Al、Fe的金属性强弱顺序为Na>Al>Fe;

(3)Na的密度小于水,所以钠会浮在水面上,钠的熔点较低,钠和水反应生成NaOH和氢气同时放出大量热使钠熔融发出嘶嘶的响声,钠受力不均导致四处游动,生成NaOH导致溶液呈碱性,但是水中没有滴加酚酞,则溶液不变色,故发生反应的化学方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,实验现象正确的是bc;

(4)Al溶于稀硫酸生成硫酸铝和氢气,发生反应的离子方程式为2Al+6H+=2Al3++3H2↑。

6.工业制取皮革加工中的鞣化剂硝酸铝,是用铝灰与烧碱、硝酸反应制得的。

铝灰是铝、氧化铝和氧化铁的混合物。

产品硝酸铝晶体为Al(NO3)3·nH2O。

已知偏铝酸盐能与一般的酸反应,如:

NaAlO2+HNO3+H2O→NaNO3+Al(OH)3↓

生产流程如图:

完成下列填空:

(1)用氢氧化钠固体配制30%的氢氧化钠溶液,除烧杯、玻璃棒外还需(选填编号)___。

A.

B.

C.

D.

说出流程中产生的滤渣的一种用途是___。

制作一个过滤器需要___。

流程中操作x的名称是____。

(2)反应Ⅱ加入的硝酸必须适量,原因是___。

反应Ⅲ加入的硝酸要稍过量,原因是___。

(3)从反应Ⅲ所得的溶液制成产品的步骤依次为减压蒸发,___,过滤,___,低温烘干。

(4)为测定所得的产品的纯度,质检人员称取产品Wg,溶于水配成500mL溶液,从中取出25.00mL,加入过量已知浓度的氨水充分反应后,剩余的氨水用已知浓度的盐酸溶液进行测定。

通过计算便可得出产品的纯度。

①上述过程属于定量实验。

其中除配制一定物质的量浓度的溶液外,还有一个是___,该实验过程中要进行多次读数,读数的方法是读出与___的刻度值。

②任意写出一个该测定过程中所涉及的化学反应的离子方程式:

___。

【答案】B作颜料(或炼铁)漏斗和滤纸过滤硝酸不足或过量,都会使铝元素损耗,而浪费原料、降低产量稍过量的硝酸可抑制硝酸铝水解,有利提取产品(冷却)结晶洗涤(晶体)(酸碱)中和滴定滴定管内壁上白底蓝线的粗细交界处相平Al3++3NH3•H2O→Al(OH)3↓+3NH4+或NH3•H2O+H+→NH4++H2O

【解析】

【分析】

铝灰用氢氧化钠溶液溶解,铝、氧化铝反应生成偏铝酸钠,氧化铁不反应,过滤后形成滤渣,滤液中含有偏铝酸钠和未反应的NaOH,加入硝酸中和未反应的氢氧化钠,并将偏铝酸钠转化为氢氧化铝沉淀,再过滤分离,氢氧化铝沉淀再用硝酸溶解,得到硝酸铝溶液,经过一系列操作得到硝酸铝晶体,结合溶液的配制和物质的性质分析解答。

【详解】

(1)用氢氧化钠固体配制30%的氢氧化钠溶液,需要用天平称量氢氧化钠,用量筒量取水的体积,在烧杯中溶解,并用玻璃棒搅拌,因此除烧杯、玻璃棒外还需要的仪器是量筒;流程中产生的滤渣是氧化铁,可以用作红色颜料,也可以用于炼铁;制作一个过滤器需要漏斗和滤纸;根据图示,流程中操作x是分离溶液和沉淀,为过滤,故答案为:

B;作颜料(或炼铁);漏斗和滤纸;过滤;

(2)硝酸属于强酸,可以溶解氢氧化铝沉淀,导致Al元素损失,因此反应Ⅱ加入的硝酸必须适量;反应Ⅲ加入的硝酸要稍过量,因为硝酸铝会水解,稍过量的硝酸可抑制硝酸铝水解,有利提取产品,故答案为:

硝酸不足或过量,都会使铝元素损耗,而浪费原料、降低产量;稍过量的硝酸可抑制硝酸铝水解,有利提取产品;

(3)从反应Ⅲ所得溶液中得到硝酸铝晶体的步骤依次是:

减压蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、低温烘干,故答案为:

冷却结晶;洗涤;

(4)①常见的定量实验包括配制一定物质的量浓度的溶液外,还有一个是(酸碱)中和滴定;中和滴定实验过程中要进行多次读数,读数的方法是读出与滴定管内壁上白底蓝线的粗细交界处相平的刻度值,故答案为:

(酸碱)中和滴定;滴定管内壁上白底蓝线的粗细交界处相平;

②称取产品Wg,溶于水配成500mL溶液,从中取出25.00mL,加入过量已知浓度的氨水,硝酸铝与氨水反应生成氢氧化铝沉淀和硝酸铵,充分反应后,剩余的氨水用已知浓度的盐酸溶液进行测定,氨水与盐酸反应生成氯化铵和水,测定过程中所涉及的化学反应的离子方程式有Al3++3NH3•H2O=Al(OH)3↓+3NH4+、NH3•H2O+H+=NH4++H2O,故答案为:

Al3++3NH3•H2O=Al(OH)3↓+3NH4+或NH3•H2O+H+=NH4++H2O。

7.铝是应用广泛的金属。

以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如图:

注:

SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

(1)Al的原子结构示意图为_________;Al与NaOH溶液反应的离子方程式为________。

(2)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_______________。

(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是___________。

(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。

阳极的电极反应式为_________,阴极产生的物质A的化学式为____________。

【答案】

2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O石墨电极被阳极上产生的氧气氧化4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑H2

【解析】

【分析】

以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝,由流程可知,加NaOH溶解时Fe2O3不反应,由信息可知SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀,过滤得到的滤渣为Fe2O3、铝硅酸钠,碳酸氢钠与偏铝酸钠反应生成Al(OH)3,过滤II得到Al(OH)3,灼烧生成氧化铝,电解I为电解氧化铝生成Al和氧气,电解II为电解Na2CO3溶液,结合图可知,阳极上碳酸根离子失去电子生成碳酸氢根离子和氧气,阴极上氢离子得到电子生成氢气;据以上分析解答。

【详解】

(1)A1原子的核电荷数为13,原子结构示意图为

;A1与NaOH溶液反应的离子方程式为:

2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑;

(2)“碱溶”时氧化铝与碱反应生成偏铝酸钠,离子方程式为:

Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O;

(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3得到氧气和铝;电解过程中作阳极的石墨易消耗,是因为阳极生成的氧气与阳极材料碳反应,不断被消耗;

(4)由图可知,阳极区水失去电子生成氧气,剩余的氢离子结合碳酸根生成碳酸氢根,电极方程式为4CO32-+2H2O-4e-═4HCO3-+O2↑,阴极上氢离子得到电子生成氢气,则阴极产生的物质A的化学式为H2。

8.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)向硅酸钠溶液中通入过量CO2生成碳酸氢钠和白炭黑SiO2∙nH2O,其化学方程式为Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O=2NaHCO3+SiO2∙nH2O↓;故答案为:

Na2SiO3+2CO2+(n+1)H2O=2NaHCO3+SiO2∙nH2O↓。

(6)①Al(OH)3+H2O

[Al(OH)4]-+H+,②H2CO3

H2O+CO2,③H2CO3

HCO3-+H+,根据盖斯定律③−①−②得到[Al(OH)4]-+CO2=Al(OH)3↓+HCO3-,方程式相减,平衡常数相除,因此[Al(OH)4]-+CO2=Al(OH)3↓+HCO3-平衡常数为

;故答案为:

1.75×103。

9.钴元素由于其良好的物理化学性质,被广泛应用于生产生活中。

从含钴废料(含CoO、Co2O3、单质Al、Li等)中制取粗CoCl2·6H2O的流程如下所示。

请回答下列问题:

(1)步骤I中主要发生的化学反应方程式为______。

(2)已知Co2O3具有强氧化性,若步骤II中浸出剂为盐酸,造成的后果是_______。

(3)步骤Ⅲ中①的目的是除去Al3+,写出该步反应的离子方程式______。

(4)若在实验室煅烧CoCO3,所需的硅酸盐质仪器除酒精灯和玻璃棒外,还有______、______(填仪器名称)。

(5)操作①是在HCl氛围中进行的,其步骤是______、_____、过滤、洗涤、干燥。

洗涤过程中可以用工业酒精代替水,其优点是_____。

(6)某同学用标准硝酸银溶液滴定未知浓度的CoCl2溶液,下列可作为指示剂的是____(填选项,忽略亚钴离子的颜色干扰)

A.KClB.KSCNC.K2CrO4D.K2S

已知几种物质在20℃时的颜色及Ksp值如下表

化学式

AgCl

AgSCN

Ag2S

Ag2CrO4

颜色

白色

浅黄色

黑色

红色

Ksp

2.0×10-10

1.0×10-12

2.0×10-48

2.0×10-12

 

【答案】2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑、2Li+2H2O=2LiO

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