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人教版高考化学总复习专题元素及其化合物

1.常见金属元素(如Na、Mg、Al、Fe、Cu等):

(1)了解常见金属的活动顺序;

(2)了解常见金属及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及其应用;(3)了解合金的概念及其重要应用。

 2.常见非金属元素(如H、C、N、O、Si、S、Cl等):

(1)了解常见非金属元素单质及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及其应用;

(2)了解常见非金属元素单质及其重要化合物对环境的影响。

 3.掌握常见气体的实验室制法(试剂、原理、仪器、收集)。

 4.以上各部分知识的综合应用。

1.(2019·全国卷Ⅰ,节选)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。

为充分利用资源,变废为宝,在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵,具体流程如下:

回答下列问题:

(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污,方法是_________

_____________________________________________________。

(2)步骤②需要加热的目的是____________,温度保持80~95℃,采用的合适加热方式是__________________。

铁屑中含有少量硫化物,反应产生的气体需要净化处理,合适的装置为________(填标号)。

A     B     C    D

(3)步骤③中选用足量的H2O2,理由是________________,分批加入H2O2,同时为了____________,溶液要保持pH小于0.5。

(4)步骤⑤的具体实验操作有___________________________,

经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。

[解析] 

(2)铁与硫酸反应,加热的目的是加快反应速率,由于温度要控制在80~95℃,应选择水浴加热。

铁中含有少量的硫化物,与酸反应后生成酸性气体H2S,应该用碱溶液吸收H2S气体,为了防止倒吸,应选用C装置。

(3)铁与硫酸反应后生成硫酸亚铁,加入足量的过氧化氢溶液将亚铁离子氧化为铁离子,离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。

Fe3+在水中易水解生成氢氧化铁沉淀,为了抑制因H2O2的还原产物为H2O,故Fe3+水解,溶液要保持较强的酸性,使用H2O2的优点是因H2O2的还原产物为H2O,故不引入新的杂质。

(4)硫酸铁溶液与固体硫酸铵反应生成硫酸铁铵,为了从溶液中得到硫酸铁铵应将溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铁铵晶体。

[答案] 

(1)碱煮水洗 

(2)加快反应 热水浴 C 

(3)将Fe2+全部氧化为Fe3+;不引入杂质 防止Fe3+水解 (4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)

2.(2018·全国卷Ⅰ)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。

采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属,其流程如下:

下列叙述错误的是(  )

A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用

B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li

C.“沉淀”反应的金属离子为Fe3+

D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠

D [上述流程中加入Na2CO3的目的是生成Li2CO3沉淀,若加入Na2SO4不能形成含Li沉淀,D错误。

]

3.(2017·全国卷Ⅱ,节选)水泥是重要的建筑材料。

水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2,并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。

实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示:

回答下列问题:

(1)在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸。

加入硝酸的目的是________________________,还可使用________代替硝酸。

(2)沉淀A的主要成分是________,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为_____________________________

_____________________________________________________。

(3)加氨水过程中加热的目的是__________________________。

沉淀B的主要成分为________、________(写化学式)。

[解析] 

(1)由题意知,水泥样品中含有铁、铝和镁等金属的氧化物,后面操作有加入氨水调节pH=4~5,目的是除去Al元素和Fe元素,而在此pH范围内,Fe元素只有转化为Fe3+才能完全生成沉淀,因此加入硝酸的目的是将样品中可能存在的Fe2+氧化为Fe3+;还可以使用双氧水等其他氧化剂代替硝酸。

(2)水泥样品中的SiO2、CaO及铁、铝、镁等金属的氧化物,只有SiO2(或反应生成的H2SiO3)不溶于盐酸,所以沉淀A的主要成分是SiO2(或H2SiO3)。

SiO2(或H2SiO3)不与强酸反应,但可溶于氢氟酸中。

(3)盐类水解是吸热反应,升高温度,可防止生成胶体,同时促进溶液中的Al3+、Fe3+水解程度增大而生成沉淀易于除去,加热的同时还可以加快反应速率。

[答案] 

(1)将样品中可能存在的Fe2+氧化为Fe3+ H2O2

(2)SiO2(或H2SiO3) SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O(或H2SiO3+4HF===SiF4↑+3H2O)

(3)防止胶体生成,易沉淀分离 Al(OH)3 Fe(OH)3

4.(2016·全国卷Ⅰ)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一,工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。

某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。

回答下列问题:

(1)氨气的制备

①氨气的发生装置可以选择上图中的__________________,

反应的化学方程式为_________________________________

_____________________________________________________。

②欲收集一瓶干燥的氨气,选择上图中的装置,其连接顺序为:

发生装置→________(按气流方向,用小写字母表示)。

(2)氨气与二氧化氮的反应

将上述收集到的NH3充入注射器X中,硬质玻璃管Y中加入少量催化剂,充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。

在一定温度下按图示装置进行实验。

操作步骤

实验现象

解释原因

打开K1,推动注射器活塞,使X中的气体缓慢充入Y管中

①Y管中

________

②反应的化学方程式

_________________________

__________________________

将注射器活塞退回原处并固定,待装置恢复到室温

Y管中有少量水珠

生成的气态水凝聚

打开K2

③_____________

④_____________________

[解析] 

(1)①图中给出了两种气体制备装置,一种是固固加热制气装置,一种是固液或液液加热制气装置。

如果选择A装置制取氨气,则反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2

CaCl2+2NH3↑+2H2O;如果选择B装置制取氨气,则反应的化学方程式为NH3·H2O

NH3↑+H2O。

②欲收集一瓶干燥的氨气,首先要除去杂质,制备氨气的杂质只有水蒸气,由于氨气溶于水显碱性,因此要选用碱石灰作干燥剂,干燥管的进出口方向为粗进细出,因此先接d后接c;其次要收集氨气,由于氨气的密度小于空气,要从短管进气,因此先接f再接e;最后要进行尾气处理,由于氨气极易溶于水,因此可以选择水吸收尾气,还要注意防倒吸,所以接i。

(2)由题干内容“工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2”,结合实验条件可知反应。

NO2为红棕色气体,发生反应后变成无色气体,因此现象为红棕色气体逐渐变浅。

反应后气体分子数减少,Y管中的压强小于外压,因此产生倒吸现象。

[答案] 

(1)①A 2NH4Cl+Ca(OH)2

2NH3↑+CaCl2+2H2O(或B NH3·H2O

NH3↑+H2O) ②dcfei 

(2)①红棕色气体慢慢变浅

②8NH3+6NO2

7N2+12H2O ③Z中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少,Y管中压强小于外压

上述真题涉及的题型有选择题和填空题。

命题角度主要涉及:

(1)结合化工流程考查①常见无机物的性质、制备和应用,②物质的提纯,③化学反应方程式的书写,如T1、T2、T3。

(2)结合气体的制备和性质探究综合实验装置考查

①气体的制备、除杂、收集和尾气处理,②气体的性质实验探究,③化学方程式的书写等,如T4。

(3)结合选择题选项考查常见无机物的性质、制备与用途等,如T4。

预测2020年高考仍会以化工流程和实验装置为载体考查物质的制备、性质探究、除杂提纯等内容。

复习时加强记忆。

 金属及其化合物

(对应学生用书第63页)

1.钠及其化合物

(1)钠及其化合物之间的转化关系

(2)命题点归纳

①钠和盐溶液反应,不能置换出盐中的金属,与熔融的盐反应才可能置换出盐中的金属。

②Na与足量O2反应无论生成Na2O还是Na2O2,只要参与反应的Na的质量相等,则转移电子的物质的量一定相等,但得到Na2O2的质量大于Na2O。

③Na分别与H2O和乙醇发生的反应均能生成H2,但反应的剧烈程度不同,前者反应剧烈,后者反应缓慢。

④1molNa2O2参与反应转移电子的物质的量不一定为1mol,如1molNa2O2与SO2的反应转移电子应为2mol。

⑤不能用Ca(OH)2鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液,应选用CaCl2或BaCl2溶液。

⑥除去CO2中的HCl气体,应选用饱和的NaHCO3溶液。

⑦向饱和的Na2CO3溶液中通入过量CO2,有NaHCO3晶体析出。

⑧Na2O2与CO2、H2O反应生成O2,作供氧剂,但Na2O2与SO2反应生成Na2SO4,没有O2生成。

⑨除去Na2CO3固体中的NaHCO3固体可用加热法。

Na2CO3作去污剂,NaHCO3中和胃酸。

⑩Li和O2反应只生成Li2O;NaH是离子化合物,是一种强还原剂;Na2O、Na2O2中阴、阳离子个数比均为1∶2。

(3)Na及其化合物的主要转化

2.铝及其化合物

(1)铝及其化合物之间的转化关系

(2)命题点归纳

①铝是活泼金属,但铝抗腐蚀性相当强,因为铝的表面会生成一层致密的氧化物薄膜。

由于Al2O3的熔点高于Al的熔点,故在酒精灯上加热铝箔直至熔化,发现熔化的铝并不滴落。

Al2O3作耐火材料。

②铝热反应不仅仅是指单质铝与Fe2O3反应,还包括制取其他难熔金属的反应。

铝热反应可用于野外焊接钢轨。

③引发铝热反应的操作是先铺一层KClO3,然后插上镁条,最后点燃镁条。

④并不是Al与所有金属氧化物均能组成铝热剂,组成铝热剂的金属氧化物对应的金属活泼性应比铝弱。

⑤Al2O3、Al(OH)3与NaOH溶液的反应常用于物质的分离提纯。

Al(OH)3不溶于氨水,所以实验室常用铝盐和氨水来制备Al(OH)3。

⑥利用偏铝酸盐制备Al(OH)3,一般不用强酸,因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解。

若向偏铝酸盐溶液中通入CO2,生成的Al(OH)3不溶于碳酸,CO2过量时生成HCO

,不过量时生成CO

,在书写离子反应方程式时要特别注意。

⑦Al(OH)3可用作抗酸药;明矾常用于净水。

⑧泡沫灭火器所用试剂为Al2(SO4)3溶液和NaHCO3溶液。

⑨Al制备时电解Al2O3而不是AlCl3(因其为分子晶体,熔化不电离、不导电)。

(3)铝土矿(含Fe2O3、SiO2等)提纯流程

3.镁及其化合物

(1)镁及其化合物之间的转化关系

(2)命题点归纳

①Mg在空气中燃烧时可与O2、N2、CO2反应,生成固体有MgO、Mg3N2、C(N≡N键能大,反应较难,Mg3N2含量少)。

②Mg制备时电解MgCl2不是电解MgO(因熔点很高)。

③Mg等金属着火不能用CO2灭火。

4.铁及其化合物

(1)铁及其化合物之间的转化关系

(2)命题点归纳

①Fe与O2(点燃)、H2O(g)(高温)反应的固体产物都是Fe3O4而不是Fe2O3。

Fe与Cl2反应时只生成FeCl3,与S反应时只生成FeS,说明Cl2的氧化性强于S。

常温下,Fe、Al在冷的浓硫酸和浓硝酸中发生钝化,但加热后能继续反应。

②向含Fe2+的溶液中加入硝酸、KMnO4溶液、氯水、溴水等具有氧化性的物质时,溶液会出现浅绿色―→棕黄色的颜色变化,该现象可用于Fe2+的检验。

③FeCl3、Fe2(SO4)3的水溶液蒸干所得固体不同:

FeCl3溶液加热蒸干得Fe(OH)3,灼烧Fe(OH)3可得Fe2O3;Fe2(SO4)3溶液蒸干仍为Fe2(SO4)3。

铁盐和明矾相似,可以净水。

④在用强氧化剂(H2O2或氯水)和KSCN溶液联合检验Fe2+的存在时,要特别注意加入试剂的先后顺序,先加KSCN溶液无明显变化,说明溶液中无Fe3+;再加强氧化剂(H2O2或氯水)后溶液变红色,说明溶液中含有Fe2+。

检验Fe2+也可以加K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀。

⑤配制FeCl2溶液既要防氧化(加入Fe粉),又要防水解(加入盐酸);配制FeCl3溶液时要加入浓盐酸防止水解。

⑥除去酸性溶液ZnCl2溶液中的FeCl2,应先加入氯水或H2O2,再加入ZnO,使Fe3+水解生成沉淀过滤除去。

⑦生成FeCl2除了用Fe和HCl的置换反应外,还可用化合反应:

2FeCl3+Fe===3FeCl2;生成Fe(OH)3除了用Fe3+与碱的复分解反应外,还可用化合反应:

4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。

⑧制备Fe(OH)2的方法很多,原则有两点:

一是溶液中的溶解氧必须提前除去;二是反应过程中必须与O2隔绝。

同时要牢记Fe(OH)2转化为Fe(OH)3时溶液的颜色变化(白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色)。

(3)铁及其化合物的主要转化

5.铜及其化合物

(1)铜及其化合物之间的转化关系

(2)命题点归纳

①铜在潮湿的空气中最终不是生成CuO,而是生成铜绿[Cu2(OH)2CO3或xCu(OH)2·yCuCO3]。

②常用灼热的铜粉除去N2中的O2,灼热的CuO除去CO2中的CO。

③新制Cu(OH)2悬浊液常用来检验醛基。

④Cu和一定量的浓硝酸反应,产生的是NO2和NO的混合气体(注意2NO2

N2O4),当Cu有剩余,再加入稀硫酸,Cu继续溶解。

⑤Cu:

紫红色;CuO、Cu2S、CuS:

黑色;Cu2O:

砖红色。

⑥CuSO4溶液与石灰乳形成波尔多液杀菌剂。

 金属及其化合物的主要性质及应用

1.(2019·郑州一模)下列各组物质反应产生的气体分别通入Fe2(SO4)3溶液中,能与Fe2(SO4)3发生反应的是(  )

①Na2O2和CO2 ②Na2S和盐酸 

③MnO2和浓盐酸共热 ④铜片和浓硫酸加热

A.只有①② B.只有①③

C.只有②③D.只有②④

D [①生成O2,O2与Fe2(SO4)3不反应;②生成H2S,H2S与Fe3+反应;③生成Cl2,Cl2与Fe2(SO4)3不反应;④生成SO2,SO2与Fe3+反应。

]

2.(2019·济南质检)关于下列实验的说法正确的是(  )

A.铜可溶于氯化铁溶液说明铜能与其反应且比铁活泼

B.在空气中蒸干硫酸亚铁溶液可以得到绿矾(FeSO4·7H2O)

C.向氢氧化铁胶体中滴加稀硫酸,红褐色液体逐渐变为黄色

D.向偏铝酸钡溶液中滴加稀硫酸,先生成白色沉淀随后溶解

D [铜溶于氯化铁溶液,是因为发生反应:

2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2,但Fe比Cu活泼,A项错误;在空气中蒸干硫酸亚铁溶液,Fe2+易被空气中的氧气氧化,得到硫酸铁,B项错误;向氢氧化铁胶体中滴加稀硫酸,先发生胶体的聚沉,产生红褐色沉淀,后发生酸碱中和反应,沉淀溶解,溶液变为黄色,C项错误。

]

3.向NaOH和Na2CO3的混合溶液中滴加0.1mol·L-1稀盐酸,CO2的生成量与加入盐酸的体积(V)的关系如图所示。

下列判断正确的是(  )

A.在0~a范围内,只发生中和反应

B.ab段发生反应的离子方程式为CO

+2H+===H2O+CO2↑

C.a=0.3

D.原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为1∶2

C [过程反应为①OH-+H+===H2O,②CO

+H+===HCO

,③HCO

+H+===CO2↑+H2O。

]

 金属及其化合物在实验探究中的应用

4.某实验小组通过下图所示实验,探究Na2O2与水的反应:

下列说法中正确的是(  )

A.②中的大量气泡的主要成分是氢气

B.③中溶液变红,说明有酸性物质生成

C.④中现象可能是由于溶液中含有强氧化性物质造成的

D.⑤中MnO2的主要作用是降低了水中氧气的溶解度

C [②中大量气泡的主要成分是氧气,A项错误;③中溶液变红,说明有碱性物质生成,B项错误;④中红色褪去,应该是由溶液中的强氧化性物质(H2O2)造成的,C项正确;⑤中加入MnO2产生较多气泡,说明溶液中存在H2O2,MnO2的主要作用是作催化剂,D项错误。

]

5.为验证还原性:

SO2>Fe2+>Cl-,三组同学分别进行了下图实验,并对溶液1和溶液2中所含离子进行了检验,能证明上述还原性顺序的实验组有(  )

溶液1

溶液2

含Fe3+、Fe2+

含SO

含Fe3+、无Fe2+

含SO

含Fe3+、无Fe2+

含Fe2+

A.只有甲B.甲、乙

C.甲、丙D.甲、乙、丙

C [甲的溶液1中含有Fe3+、Fe2+,说明发生反应2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,且Cl2反应完全,可证明还原性Fe2+>Cl-;溶液2中含有SO

,则说明发生反应2Fe3++SO2+2H2O===2Fe2++SO

+4H+,可证明还原性SO2>Fe2+,故甲能证明还原性SO2>Fe2+>Cl-;乙的溶液1中含有Fe3+,无Fe2+剩余,则还原性Fe2+>Cl-,但Cl2可能过量,再通入SO2,可能发生的反应是Cl2+SO2+2H2O===2Cl-+SO

+4H+,不能够比较SO2与Fe2+的还原性强弱,故乙不能验证;丙的溶液1中含有Fe3+,没有Fe2+,通入SO2后溶液中又含有Fe2+,说明SO2将Fe3+还原得到Fe2+,证明SO2>Fe2+还原性,故丙实验结论能证明还原性SO2>Fe2+>Cl-。

]

6.取纯净的CuCl2固体用于制备CuCl。

(1)操作①中加入盐酸的目的主要是______________________。

(2)操作②中反应的离子方程式为________________________

_____________________________________________________。

(3)操作①中若用10mol·L-1盐酸代替0.2mol·L-1盐酸,再通入SO2后,无白色沉淀产生。

对此现象有如下两种猜想:

猜想一:

c(H+)过大导致白色沉淀溶解。

为验证此猜想,取75gCuCl2固体、100mL0.2mol·L-1盐酸及________mL9.8mol·L-1H2SO4溶液配制成200mL溶液,再进行操作②,观察是否有白色沉淀产生。

猜想二:

c(Cl-)过大导致白色沉淀溶解。

[资料显示:

存在平衡2Cl-(aq)+CuCl(s)

CuCl

(aq)]

请设计实验说明该猜想是否成立:

_______________________

_____________________________________________________。

[解析] 

(1)因为氯化铜是强酸弱碱盐,溶液中存在Cu2++2H2O

Cu(OH)2+2H+,所以溶解时加入HCl溶液,可抑制氯化铜的水解;

(2)操作②是向含有铜离子、氯离子的溶液中通入二氧化硫气体,生成CuCl沉淀,则反应的离子方程式为2Cu2++SO2+2Cl-+2H2O===SO

+2CuCl↓+4H+;(3)根据题意,验证猜想一:

应保证H+浓度增大,而Cl-浓度不变。

设9.8mol·L-1H2SO4溶液的体积为VmL,则根据H+的量的关系可得0.2×0.1+V×10-3×9.8×2=10×0.1,解之得V=50;验证猜想二:

体系中存在平衡2Cl-(aq)+CuCl(s)

CuCl

(aq),溶液中氯离子的浓度过大平衡正向移动,可以取少量白色沉淀加入饱和氯化钠溶液中,搅拌,若白色沉淀溶解,说明猜想二成立,反之不成立。

[答案] 

(1)酸抑制Cu2+水解 

(2)2Cu2++SO2+2Cl-+2H2O===SO

+2CuCl↓+4H+ (3)50 取少量白色沉淀加入饱和氯化钠溶液中,搅拌,若白色沉淀溶解,说明猜想二成立,反之不成立(合理即可)

 回归高考,真题验收

7.(2019·全国卷Ⅱ)下列化学方程式中,不能正确表达反应颜色变化的是(  )

A.向CuSO4溶液中加入足量Zn粉,溶液蓝色消失 Zn+CuSO4===Cu+ZnSO4

B.澄清的石灰水久置后出现白色固体 Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O

C.Na2O2在空气中放置后由淡黄色变为白色 2Na2O2===2Na2O+O2↑

D.向Mg(OH)2悬浊液中滴加足量FeCl3溶液出现红褐色沉淀 3Mg(OH)2+2FeCl3===2Fe(OH)3+3MgCl2

C [A项,加入足量Zn粉,Cu2+被完全还原为Cu,所以溶液蓝色消失,正确;B项,澄清石灰水与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙白色沉淀,正确;C项,过氧化钠是淡黄色固体,在空气中久置成为碳酸钠,变为白色,错误;D项,Fe(OH)3的Ksp小于Mg(OH)2的,滴加足量三氯化铁溶液,可转化为氢氧化铁红褐色沉淀,正确。

]

8.下列关于金属及其化合物的叙述正确的是________(填序号)。

①(2018·全国卷Ⅱ)碳酸钠可用于去除餐具的油污

②(2018·全国卷Ⅱ)Al(OH)3可用于中和过多胃酸

③(2017·全国卷Ⅱ)乙醇和水都可与金属钠反应产生可燃性气体,说明乙醇分子中的氢与水分子中的氢具有相同的活性

④(2017·全国卷Ⅱ)将金属钠在燃烧匙中点燃,迅速伸入集满CO2的集气瓶,集气瓶中产生大量白烟,瓶内有黑色颗粒产生,说明CO2具有氧化性

⑤(2017·全国卷Ⅱ)向2mL0.1mol·L-1的FeCl3溶液中加足量铁粉,振荡,加1滴KSCN溶液,黄色逐渐消失,加KSCN溶液颜色不变,说明还原性:

Fe>Fe2+

⑥(2016·全国卷Ⅰ)配制氯化铁溶液时,将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释

⑦(2016·全国卷Ⅱ)除去Cu粉中混有CuO的方法是加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤、干燥

⑧(2015·全国卷Ⅱ)钠在空气中燃烧可生成多种氧化物。

23g钠充分燃烧时转移电子数为NA

⑨(2015·全国卷Ⅱ)将稀盐酸滴入碳酸钠与氢氧化钠的混合溶液中,立即产生气泡

⑩(2015·全国卷Ⅰ)用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热,熔化后的液态铝滴落下来,说明铝的熔点较低

⑪(2015·全国卷Ⅱ)浓硝酸滴入用砂纸打磨过的铝条中,产生红棕色气体

⑫(2015·全国卷Ⅰ)将铜粉加入1.0mol·L-1Fe2(SO4)3溶液中,现象是溶液变蓝,有黑色固体出现

[答案] ①②④⑤⑥⑧

 非金属及其化合物

(对应学生用书第66页)

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