挑战高考高三化学难点突破典型例题错误分析专题 化学能与电能.docx

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挑战高考高三化学难点突破典型例题错误分析专题化学能与电能

【挑战高考】20XX届高三化学难点突破+典型例题错误分析专题05化学能与电能

【2013高考预测】

1.理解原电池原理和电解原理。

电化学是氧化还原反应知识的应用,分析和判断电极反应,正确书写电极反应式,是掌握电化学基础的重点。

2.了解化学腐蚀与电化学腐蚀,联系生产、生活中的金属腐蚀现象,会分析和区别化学腐蚀和电化学腐蚀,了解一般防腐蚀方法。

用原电池的原理解释简单的防腐蚀和影响化学反应速率的实际问题,常用作高考选择题的选项。

3.铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业等是电解原理的具体应用。

近几年高考题把氯碱工业作为无机推断题中的已知条件,考查氯碱工业的原料和产物。

要求了解和熟悉这些反应原理。

【难点突破】

难点一、原电池电极反应式的书写:

1.如果题目给定的是图示装置,先分析正、负极和溶液中的电解质离子,再根据正、负极反应规律和离子放电规律书写电极反应式,由两电极反应式相加得总反应方程式。

2.如果题目给定的是总反应方程式,可分析此反应中的氧化或还原反应(即从化合价变化分析),再选择一个简单的电极反应进行书写,然后用总反应减去此电极反应,即可得另一电极反应式。

3.对于二次电池反应,需要看清“充电、放电”的方向,放电的过程为原电池,充电的过程为电解池。

4.电解质溶液中的离子(如H+、OH-),若电极反应的产物能与之反应,则要写在反应式中。

难点二、电解池电极反应式的书写

1.根据与电源的正、负极相连识别出阳、阴极。

2.阳极电极式,首先看电极材料,若为非惰性电极,则自身先反应;若为惰性电极,则为溶液中的阴离子放电,且按放电顺序依次进行。

3.阴极反应式,根据溶液中阳离子的放电顺序依次进行。

4.两池电极关系:

原电池正极颠倒即为电解池的阳极;负极颠倒即为阴极

难点三、原电池、电解池、电镀池对比:

 

原电池

电解池

电镀池

定义

将化学能转化为电能的装置

将电能转化为化学能的装置

应用电解池为某些金属表面镀上一层其他金属的装置

形成

条件

①活动性不同的两电极(燃料电池除外)②两电极插入电解质溶液③形成闭合回路

①两电极与直流电源正负极相连②两电极插入电解质溶液③形成闭合回路

①镀层金属接电源正极,待镀金属接电源负极②电镀液必须含有镀层金属离子

电极

名称

负极:

较活泼金属

正极:

较不活泼金属(或能导电的非金属)

阳极:

与电源正极相连的电极

阴极:

与电源负极相连的电极

阳极:

必须是镀层金属阴极:

镀件

电极

反应

负极:

氧化反应,金属失电子(或燃料电池中燃料失电子)

正极:

还原反应,溶液中的阳离子得电子

阳极:

氧化反应,溶液中的阴离子或金属电极失电子

阴极:

还原反应,溶液中的阳离子得电子

阳极:

金属电极失电子

阴极:

电镀液中镀层金属离子得电子

【特别提醒】

1.原电池电极反应

正极得电子,发生还原反应;负极失电子,发生氧化反应。

一般相对活泼的金属为负极,相对不活泼的金属(有时是被钝化的金属)或碳棒作正极。

燃料电池通氧气的一极为正极,因为氧气总被还原;通燃料的一极为负极,因燃料总被氧化。

2.电解池电极反应规律

(1)阳极反应(氧化反应)与电极材料有关。

活性电极:

金属失去电子生成金属阳离子;惰性电极(石墨、铂):

电解质溶液中的阴离子放电,通常放电顺序为:

S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。

(2)阴极反应(还原反应):

与电极材料无关,电解质溶液中的阳离子放电,通常放电顺序为:

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+。

(3)溶液pH的变化:

放出氢气时,电极区溶液的pH升高;放出氧气时,电极区pH降低,如果同时放出氢气和氧气,实质是电解水,溶液的pH要根据溶质类型来判断。

3.阴、阳离子的移动方向

在原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极;在电解池中,阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。

4.可充电电池

可充电电池在放电时是原电池,遵循原电池工作原理,在充电时是电解池,遵循电解原理。

给可充电电池充电时,外加电源的负极连接电池的负极。

5.电解原理的应用

(1)电镀:

一般是镀层金属作阳极,镀件作阴极,含镀层金属阳离子的溶液作电镀液,电镀一段时间后,溶液中镀层金属离子浓度不变;若用惰性电极作阳极,电镀一段时间后,镀层金属离子浓度减小。

(2)电解冶炼:

电解熔融氯化钠、氯化镁、氧化铝制钠、镁和铝等。

(3)电解精炼铜:

粗铜作阳极,精铜作阴极,硫酸铜溶液作电解质溶液。

6.金属的电化学腐蚀

电化学腐蚀的两大类型是:

(1)析氢腐蚀:

在酸性条件下,正极发生反应为2H++2e-===H2↑。

(2)吸氧腐蚀:

在极弱酸性或中性条件下,正极发生反应为2H2O+O2+4e-===4OH-。

7.电极反应式的书写方法

(1)根据反应总式,找出发生氧化反应的物质和发生还原反应的物质,确定正、负极或阴、阳极的反应物和生成物。

(2)要兼顾电极反应的产物能否与电解质溶液继续反应,若能反应,需要写出最终产物。

8.有关电极产物的计算

解答有关电极产物的计算时,应根据在相同时间内,通过串联电路中各电极的电量相等来找关系。

还要注意电解过程中溶液中的某一种离子不足,电极反应改变等特殊情况,根据电极反应实际和各物质的用量进行计算。

【易错易混】

1.原电池的两个电极中,相对较活泼的金属一定作负极。

分析:

判断原电池的电极要根据电极材料和电解质溶液的具体反应分析,发生氧化反应的是负极,发生还原反应的是正极。

如在MgAl稀H2SO4组成的原电池中,Mg为负极,而在MgAlNaOH溶液组成的原电池中,是Al作负极,因为Al可与NaOH溶液反应,Mg不与NaOH溶液反应。

2.书写燃料电池的电极反应式时,易忽视电解质溶液的酸碱性。

分析:

燃料电池中,燃料在负极上发生氧化反应,氧气在正极上发生还原反应。

书写电极反应式时,要考虑溶液的酸碱性。

一般在酸性介质中有H+参加反应,碱性介质中有OH-参加反应。

如CH4、O2组成的燃料电池:

在KOH溶液中,正极反应为2O2+8e-+4H2O===8OH-,负极反应为CH4-8e-+10OH-===CO

+7H2O;在稀H2SO4中,正极反应为2O2+8e-+8H+===4H2O,负极反应为CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+。

3.原电池、电解池的名称易混淆。

分析:

原电池一般称为正极和负极,正极发生还原反应、负极发生氧化反应,电解池一般称阴极和阳极,接电源负极的为阴极,发生还原反应,接电源正极的为阳极,发生氧化反应。

4.在电解食盐水的装置中认为阳极区显碱性。

分析电解食盐水时,阴极H+放电生成H2,使水的电离平衡正向移动,OH-浓度增大,阴极区显碱性。

【易错点点睛】

【1】取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的pH试纸,两根铅笔芯作电极,接通直流电源,一段时间后,发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圈为白色,外圈呈浅红色。

则下列说法错误的是()

A.b电极是阴极

B.a电极与电源的正极相连

C.电解过程中水是氧化剂

D.b电极附近溶液的pH变小

【2】右图所示装置I是一种可充电电池,装置II为电解池。

离子交换膜只允许Na

通过,充放电的化学方程式为2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr。

闭合开关K时,b极附近先变红色。

下列说法正确的是

A.负极反应为4Na

4e

=4Na

B.当有0.01molNa

通过离子交换膜时,

b电极上析出标准状况下的气体112mL

C.闭合K后,b电极附近的pH变小

D.闭合K后,a电极上有气体产生

【答案】B

【易错点点睛】本题信息新颖,多数同学被所给的电池反应很不熟悉,习惯写出电极式的同学会因为写不出电极反应式而做不出来。

电源的正极:

Br3-+2e-=3Br-电源的负极2S22--2e-=S42-,内电路为Na+移动导电。

由题意可知b极(阴极):

2H2O-2e-===H2↑+2OH-,a 极(阳极):

Cu-2e-=Cu2+,所以C,D均错误。

对于B项当有0.01molNa

通过离子交换膜时,说明有内电路通过了0.01mol的电荷,外电路转移的电子也就为0.01mol。

结合b极反应,产生的气体就为0.005mol,体积为112mL。

只有B正确。

【3】燃料电池是燃料(如CO,H2,CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置,电解质溶液是强碱溶液,下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是

A.负极反应式:

O2+2H2O+4e==4OH-

B.负极反应式:

CH4+8OH--8e==CO2+6H2O

C.随着放电的进行,溶液的pH值不变

D.放电时溶液中的阴离子向负极移动

【答案】D

以上还应归纳的:

①在碱性溶液中:

缺氧,应由氢氧根离子提供,剩下转化为水;氧多,应和水结合生成氢氧根离子。

②在中性溶液中:

缺氧,应由水提供,剩下转化为氢离子;氧多,应和水结合生成氢氧根离子。

③在酸性溶液中:

缺氧,应由水提供,剩下转化为氢离子;氧多,应和氢离子结合生成水。

总之,溶液的酸碱性变化应是由酸性→中性→碱性或碱性→中性→酸性。

【易错点点睛】不考虑介质环境、离子方程式书写错误

【4】熔融碳酸盐燃料电池的电解质为Li2CO3和Na2CO3的混合物,燃料为CO,氧化剂是含CO2的O2,在工作过程中,电解质熔融液的组成、浓度都不变。

①负极反应为:

______,②正极反应为:

______,③工作时熔融体中的______向负极移动。

【5】在盛有稀H2SO4的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片,下列叙述正确的是()

A.正极附近的SO42-离子浓度逐渐增大

B.电子通过导线由铜片流向锌片

C.正极有O2逸出

D.铜片上有H2逸出

【易错点点睛】原电池工作时,电子由负极流向正极(电流由正极流向负极)。

不参与电极反应的离子不能定向移动,这种离子在溶液的各个区域浓度基本不变。

【6】如图所示各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序是()

A.④>②>①>③  B.②>①>③>④

C.④>②>③>①  D.③>②>④>①

【答案】A

【易错点点睛】金属腐蚀快慢的判断:

电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀;

【7】X、Y、Z、M代表四种金属元素,金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时,X溶解,Z极上有氢气放出;若电解Y2+和Z2+共存的溶液时,Y先析出;又知M2+的氧化性强于Y2+。

则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为()

A.X>Z>Y>MB.X>Y>Z>MC.M>Z>X>YD.X>Z>M>Y

【答案】A

【易错点点睛】根据原电池原理和电解池原理综合判断,熟悉金属活动顺序表

【8】某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。

滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通电源后,用铅笔在滤纸上写字,会出现红色字迹。

据此,下列叙述正确的是()

A.铅笔端作阳极,发生还原反应

B.铂片端作阴极,发生氧化反应

C.铅笔端有少量的氯气产生

D.a点是负极,b点是正极

【答案】D

【易错点点睛】不熟悉电解原理和电极反应,对反应原理和实验现象不能正确判断。

【9】金属镍有广泛的用途。

粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是()(已知:

氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+)

A.阳极发生还原反应,其电极反应式:

Ni2++2e-=Ni

B.电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等

C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+

D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt

【答案】D

【易错点点睛】对离子的氧化性强弱与放电顺序不能正确一一对应,对电解原理认识模糊。

【10】500mLKNO3和Cu(N03)2的混合溶液中c(NO3-)=6.0mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到22.4L气体(标准状况),假定电解后溶液体积仍为500mL,下列说法正确的是()

A.原混合溶液中c(K+)为4mol·L-1

B.上述电解过程中共转移4mol电子

C.电解得到的Cu的物质的量为0.5mol

D.电解后溶液中c(H+)为2mol·L-1

【答案】B

【易错点点睛】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测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。

不论哪类计算,均可概括为下列三种方法:

【11】如下图,四种装置中所盛有的溶液体积均为200ml,浓度均为0.6mol/L,工作一段时间后,测得测得导线上均通过了0.2mol电子,此时溶液中的pH由大到小的顺序是()

A.④②①③ B.④③①②C.④③②①  D.①③②④

【答案】C

【11】实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气,已知铅蓄电池放电时发生如下反应:

负极Pb+SO

===PbSO4+2e-,正极PbO2+4H++SO

+2e-===PbSO4+2H2O。

若制得Cl2物质的量为0.050mol,这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是()

A.0.025molB.0.050molC.0.10molD.0.20mol

【答案】C

【易错点点睛】有关电解的计算通常是求电解后某产物质量、气体的体积、某元素的化合价以及溶液的pH、物质的量浓度等。

解答此类题的方法有两种:

一是根据电解方程式或电极反应式列比例式求解;二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒列等式求解。

以电子守恒较为简便,注意运用。

由于电化学常常涉及到物理学中的串联电路、并联电路以及相关物理量如电流强度、电压、电阻、时间、电量等,无疑有关电化学知识也必然是物理学和化学的交汇点。

【12】用指定材料做电极来电解一定浓度的溶液甲,然后加入物质乙能使溶液恢复为甲溶液原来的浓度,则合适的组是:

 

阳极

阴极

溶液甲

物质乙

A.

Pt

Pt

NaOH

NaOH固体

B.

Pt

Pt

H2SO4

H2O

C.

C

Fe

NaCl

盐酸

D.

粗铜

精铜

CuSO4

Cu(OH)2

【答案】B

【13】将含有0.400molCuSO4和0.200molKCl的水溶液1L,用惰性电极电解一段时间后,在一个电极上析出19.2gCu,此时在另一电极上放出的气体在标准状况下的体积为()

A.5.60LB.6.72LC.4.48LD.3.36L

【答案】C

【14】用铂电极电解2价过渡元素硝酸盐溶液600mL,若某极产生672mL气体(标准状况),另一极增重3.81g,假设溶液体积不变,且原溶液pH值为6,正确的判断是:

①电解后溶液的pH值为0.9,②电解后溶液pH值的为0.7,③该金属的相对原子量为65,④该金属的相对原子量为63.5,⑤该金属的相对原子量为24。

A.①④B.②④C.①⑤D.②③

【答案】B

【15】在蒸馏水中按物质的量之比为1∶1∶1∶2加入AgNO3,Ba(NO3)2,Na2SO4,NaCl,使之完全溶解,以铂电极电解该混合物至溶质完全反应,则所得氧化产物与还原产物的质量比为()

A.35.5∶108B.71∶2C.108∶35.5D.71∶109

【答案】B

【16】在如右图所示的实验装置中,E为一张淀

粉、碘化钾和酚酞混合溶液润湿的滤纸,C、D为

夹在滤纸两端的铂夹,X、Y分别为直流电源的两

极。

在A、B中充满KOH溶液后倒立

于盛有KOH

溶液的水槽中,再分别插入铂电极。

切断电源开关

S1,闭合开关S2,通直流电一段时间后,请回答下列问题:

(1)标出电源的正、负极:

X为极,Y为极。

(2)在滤纸的C端附近,观察到的现象是,在滤纸的D端附近,观察到的现象是。

(3)写出电极反应式:

A中;B中;C中;D中。

(4)若电解一段时间后,A、B中均有气体包围电极,此时切断开关S2,闭合开关S1,则电流计的指针是否发生偏转(填“偏转”或“不偏转”)。

(5)若电流计指针偏转,写出有关的电极反应式(若指针不偏转,此题不必回答):

A中;B中。

若电流计指针不偏转,请说明理由(若指针不偏转,此题不必回答)

【答案】⑴正极   负极 ⑵试纸变蓝  试纸变红 ⑶ 4H++4e-=2H2↑  4OH--4e-=2H2O+O2↑  4I--4e-=2I2 4H++4e-=2H2↑ ⑷偏转  ⑸2H2+4OH--4e-=4H2O    2H2O+O2+4e-=4OH-

【17】下列装置中能组成原电池的是()

【答案】B

【18】X,Y,Z,M为金属活动顺序表中常见的四种金属元素,在常温下都不和冷水反应。

金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时,X溶解,Z极上有气体放出;若电解Y2+离子和Z2+离子共存的溶液时,Y先析出;又知在X和M的阳离子溶液中,加入过量的氢氧化钾溶液,M生成相应的氢氧化物的沉淀,试写出四种金属的活泼性由强到弱的顺序______。

【答案】X>M>Z>Y,X>Z>M>Y或M>X>Z>Y。

【2013高考突破】

1.下面各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是

(  )

A.④>②>①>③B.②>①>③>④

C.④>②>③>①D.③>②>④>①

2.关于铅蓄电池的说法正确的是

(  )

A.在放电时,正极发生的反应是Pb(s)+SO

(aq)―→PbSO4(s)+2e-

B.在放电时,该电池的负极材料是铅板

C.在充电时,电池中硫酸的浓度不断变小

D.在充电时,阳极发生的反应是PbSO4(s)+2e-―→Pb(s)+SO

(aq)

3.下图装置中,U型管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时间。

下列有关描述错误的是

(  )

A.生铁块中的碳是原电池的正极

B.红墨水柱两边的液面变为左低右高

C.两试管中相同的电极反应式是:

Fe―→Fe2++2e-

D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀

4.电池是人类生产和生活中的重要能量来源,各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。

下列有关电池的叙述正确的是

(  )

A.锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细

B.氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能

C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化

D.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅

5.将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是

(  )

A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生

B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极

C.两烧杯中溶液的pH均增大

D.产生气泡的速度甲比乙慢

6.我国首创的海洋电池以铝板为负极,铂网为正极,海水为电解质溶液,空气中的氧气与铝反应产生电流。

电池总反应为:

4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3,下列说法不正确的是

(  )

A.正极反应为:

O2+2H2O+4e-―→4OH-

B.电池工作时,电流由铝电极沿导线流向铂电极

C.以网状的铂为正极,可增大与氧气的接触面积

D.该电池通常只需更换铝板就可继续使用

7.将两个铂电极放置在KOH溶液中,然后分别向两极通入CH4和O2,即可产生电流,称为燃料电池,下列叙述正确的是

(  )

①通入CH4的电极为正极;②正极的电极反应是O2+2H2O+4e-―→4OH-;③通入CH4的电极反应式是CH4+2O2+4e-―→CO2+2H2O;④负极的电极反应式是CH4+10OH-―→CO

+7H2O+8e-;⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动;⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动。

A.①③⑤B.②④⑥

C.④⑤⑥D.①②③

负极移动。

【答案】 B

8.碱性锌锰电池工作时的化学方程式为:

Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2。

关于碱性锌锰电池的说法正确的是

(  )

A.碱性锌锰电池是二次电池

B.正极反应式为:

MnO2+H2O+e-―→MnOOH+OH-

C.连续工作后的碱性锌锰电池中电解液的pH将减小

D.工作中,每转移0.2mol电子时,负极质量减轻6.5g

9.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。

下列说法中正确的是

(  )

A.

(1)

(2)中Mg作负极,(3)(4)中Fe作负极

B.

(2)中Mg作正极,电极反应式为:

6H2O+6e-―→6OH-+3H2↑

C.(3)中Fe作负极,电极反应式为:

Fe―→Fe2++2e-

D.(4)中Cu作正极,电极反应式为:

2H++2e-―→H2↑

10.铜板上铁柳钉处的吸氧腐蚀原理如下图所示,下列有关说法中,不正确的是

(  )

A.正极电极反应式为2H++2e-―→H2↑

B.此过种中还涉及到反应:

4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3

C.此过程中铜并不被腐蚀

D.此过程中电子从Fe移向Cu

11.下列描述中,不符合生产实际的是

(  )

A.电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极

B.电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极

C.电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作阴极

D.在镀件上电镀锌,用锌作阳极

12.下图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。

通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。

下列实验现象中正确的是

(  )

A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的

B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体

C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色

D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色

13.某电解池内盛有CuSO4溶液,插入两根电极,接通直流电源后,欲达到如下要求:

①阳极质量不变;②阴极质量增加;③电解液pH减小,则应选用的电极是(多选)(  )

A.阴阳两极都是石墨   B.铜作阳极,铁作阴极

C.铁作阳极,铜作阴极D.铂作阳极,铜作阴极

14.用惰性电极实现电解,下列说法正确的是

(  )

A.电解稀硫酸溶液,实质上是电解水,故溶液pH不变

B.电解稀氢氧化钠溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小

C.电解硫酸钠溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2

D.电解氯化铜溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1

15.如下图所示,x、y分别是直流电源的两极,通电后发现a极极板质量增加,b极极板处有无色无味的气体放出,符合这一情况的是

(  )

a极板

b极板

x电极

z溶液

A

石墨

负极

CuSO4

B

石墨

石墨

负极

NaOH

C

正极

AgNO3

D

石墨

负极

CuCl2

16.如图所示,a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解。

下列说法正确的是

(  )

A.乙池中d的电极反应为:

2Cl-―→Cl2↑+2e-

B.a、c两极产生气体的物质的量相等

C.甲、乙两池中溶液的pH均保持不变

D.乙池中发生的反应为:

2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑

【答案】 D

17.将AsO

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