高考化学真题分项解析专题10《电化学及其应用》.docx

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高考化学真题分项解析专题10《电化学及其应用》

专题10电化学及其应用

1．【2015新课标Ⅰ卷理综化学】微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。

下列有关微生物电池的说法错误的是（）

A．正极反应中有CO2生成

B．微生物促进了反应中电子的转移

C．质子通过交换膜从负极区移向正极区

D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

【答案】A

【解析】首先根据原电池反应判断出厌氧反应为负极侧，有氧反应为正极侧。

A、根据厌氧反应中碳元素的化合价的变化：

葡萄糖分子中碳元素平均为0价，二氧化碳中碳元素的化合价为+4价，所以生成二氧化碳的反应为氧化反应，所以在负极生成。

错误；B、在微生物的作用下，该装置为原电池装置。

原电池能加快氧化还原反应速率，故可以说微生物促进了电子的转移。

正确；C、原电池中阳离子向正极移动。

正确；D、电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应。

正确。

【考点定位】原电池原理；难度为一般等级

【名师点晴】本题是关于能量转化的题目，电化学包括原电池和电解池。

原电池是将化学能转化为电能的装置，组成有正负极、电解质溶液、形成闭合回路，活动性强的电极为负极，发生氧化反应，活动性弱的电极为正极，正极上发生还原反应。

电解池是将电能转化为化学能的装置。

与外加电源正极连接的为阳极，与电源负极连接的为阴极。

阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。

若阳极是活性电极，则是电极本身失去电子，若电极是惰性电极，则电解质溶液（或熔融状态）阴离子发生还原反应。

掌握好阴离子、阳离子的放电顺序、清楚在闭合回路中电子转移数目相等是本题的关键。

2．【2015浙江理综化学】在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O—CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。

下列说法不正确的是（）

A．X是电源的负极

B．阴极的反应式是：

H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ

CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ

C．总反应可表示为：

H2O＋CO2

H2＋CO＋O2

D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1︰1

【答案】D

【解析】A、从图示可看出，与X相连的电极发生H2O→H2、CO2→CO的转化，均得电子，应为电解池的阴极，则X为电源的负极，A正确；B、阴极H2O→H2、CO2→CO均得电子发生还原反应，电极反应式分别为：

H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ、CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ，B正确；C、从图示可知，阳极生成H2和CO的同时，阴极有O2生成，所以总反应可表示为：

H2O＋CO2

H2＋CO＋O2，C正确；D、从总反应方程式可知，阴极生成2mol气体（H2、CO各1mol）、阳极生成1mol气体（氧气），所以阴、阳两极生成的气体物质的量之比2∶1，D不正确。

答案选D。

3．【2015天津理综化学】锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（）

A．铜电极上发生氧化反应

B．电池工作一段时间后，甲池的c（SO42－）减小

C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加

D．阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡

【答案】C

【解析】由图像可知该原电池反应原理为Zn+Cu2＋=Zn2＋+Cu，故Zn电极为负极失电子发生氧化反应，Cu电极为正极得电子发生还原反应，故A项错误；该装置中为阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故两池中c（SO42－）不变，故B项错误；电解过程中溶液中Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中Cu2＋+2e—=Cu，故乙池中为Cu2＋～Zn2＋，摩尔质量M（Zn2＋）>M（Cu2＋）故乙池溶液的总质量增加，C项正确；该装置中为阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中溶液中Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液中电荷平衡，阴离子并不通过交换膜，故D项错误；本题选C。

【考点定位】本题主要考查了原电池的反应原理，涉及反应类型、离子浓度的变化、电极的判断、离子的移动方向的判断等

【名师点睛】电化学反应原理是选修4中的重要内容，也是难点之一。

原电池的反应原理的应用，抓住化学反应的本质、正负极的判断、正负极反应类型的判断、电极反应式的书写、总反应方程式的书写、电子的流向、电流的流向、溶液中离子的流向、电极是否参加反应、电子的转移、有关氧化还原反应的计算、溶液质量的变化、离子交换膜的判断、溶液的pH的计算或变化、溶液颜色的变化是解题的关键。

综合性较强，针对每个知识点进行详细剖析，使学生真正理解原电池的反应中所涉及的知识。

4．【2015四川理综化学】用右图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液PH为9~10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是（）

A．用石墨作阳极，铁作阴极

B．阳极的电极反应式为：

Cl－+2OH－－2e－=ClO－+H2O

C．阴极的电极反应式为：

2H2O+2e－=H2↑+2OH－

D．除去CN－的反应：

2CN－+5ClO－+2H+=N2↑+2CO2↑+5Cl－+H2O

【答案】D

【解析】A、阳极要产生ClO－，则铁只能作阴极，不能作阳极，否则就是铁失电子，A正确；B、阳极是Cl－失电子产生ClO－，电极反应式为：

Cl－+2OH－－2e－=ClO－+H2O，B正确；C、阴极是H+产生H2，碱性溶液，故阴极的电极反应式为：

2H2O+2e－=H2↑+2OH－，C正确；D、溶液为碱性，方程式应为2CN－+5ClO－+H2O=N2↑+2CO2↑+5Cl－+2OH－。

选D。

【考点定位】电化学基础知识

【名师点睛】原电池原理和电解池原理都是建立在氧化还原和电解质溶液基础上，借助氧化还原反应实现化学能与电能的相互转化，是高考命题重点，题目主要以选择题为主，主要围绕工作原理、电极反应的书写与判断、新型电池的开发与应用等进行命题。

电化学的命题除在继续加强基本知识考查的基础上，更加注重了试题题材的生活化、实用化、情景化，同时也加强了不同知识间的相互渗透与融合，这与新课标所倡导的提高国民科学素养与探究、创新、灵活解决实际问题的能力极为相符，相信今后的电化学命题将会有更新颖的形式与题材出现。

5．【2015四川理综化学】用右图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液PH为9~10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是（）

A．用石墨作阳极，铁作阴极

B．阳极的电极反应式为：

Cl－+2OH－－2e－=ClO－+H2O

C．阴极的电极反应式为：

2H2O+2e－=H2↑+2OH－

D．除去CN－的反应：

2CN－+5ClO－+2H+=N2↑+2CO2↑+5Cl－+H2O

【答案】D

【解析】A、阳极要产生ClO－，则铁只能作阴极，不能作阳极，否则就是铁失电子，A正确；B、阳极是Cl－失电子产生ClO－，电极反应式为：

Cl－+2OH－－2e－=ClO－+H2O，B正确；C、阴极是H+产生H2，碱性溶液，故阴极的电极反应式为：

2H2O+2e－=H2↑+2OH－，C正确；D、溶液为碱性，方程式应为2CN－+5ClO－+H2O=N2↑+2CO2↑+5Cl－+2OH－。

选D。

【考点定位】电化学基础知识

【名师点睛】原电池原理和电解池原理都是建立在氧化还原和电解质溶液基础上，借助氧化还原反应实现化学能与电能的相互转化，是高考命题重点，题目主要以选择题为主，主要围绕工作原理、电极反应的书写与判断、新型电池的开发与应用等进行命题。

电化学的命题除在继续加强基本知识考查的基础上，更加注重了试题题材的生活化、实用化、情景化，同时也加强了不同知识间的相互渗透与融合，这与新课标所倡导的提高国民科学素养与探究、创新、灵活解决实际问题的能力极为相符，相信今后的电化学命题将会有更新颖的形式与题材出现。

6．【2015福建理综化学】某模拟"人工树叶”电化学实验装置如右图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料（C3H8O）。

下列说法正确的是（）

A．该装置将化学能转化为光能和电能

B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移

C．每生成1molO2，有44gCO2被还原

D．a电极的反应为：

3CO2+16H＋-18e－=C3H8O+4H2O

【答案】B

【解析】A．根据图示可知，该装置将电能和光能转化为化学能，错误。

B．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，该装置工作时，H＋从正电荷较多的阳极b极区向负电荷较多的阴极a极区迁移，正确。

C．该反应的总方程式是：

6CO2+8H2O=2C3H8O+9O2。

根据反应方程式可知，每生成1molO2，有2/3molCO2被还原，其质量是88/3g，错误。

D．根据图示可知与电源负极连接的a电极为阴极，发生还原反应，电极的反应式为：

3CO2+18H＋+18e－=C3H8O+5H2O，错误。

【考点定位】考查电解池反应原理的应用的知识。

供的信息，是本题解决的关键。

7．【2015江苏化学】一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。

下列有关该电池的说法正确的是（）

A．反应CH4＋H2O

3H2＋CO,每消耗1molCH4转移12mol电子

B．电极A上H2参与的电极反应为：

H2＋2OH－－2e－=2H2O

C．电池工作时，CO32－向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为：

O2＋2CO2＋4e－=2CO32－

【答案】D

【解析】A、1molCH4→CO，化合价由-4价→+2上升6价，1molCH4参加反应共转移6mol电子，故错误；B、环境不是碱性，否则不会产生CO2，其电极反应式：

CO＋H2＋2CO32－－4e－=3CO2＋H2O，故B错误；C、根据原电池工作原理，电极A是负极，电极B是正极，阴离子向负极移动，故C错误；D、根据电池原理，O2、CO2共同参加反应，其电极反应式：

O2＋2CO2＋4e－=2CO32－，故D正确。

【考点定位】考查原电池的工作原理和电极反应式书写。

【名师点睛】考查原电池的工作原理，负极上失电子，正极上得电子，阴离子一般向负极移动，阳离子向正极移动，电极反应式书写，先写化合价变化的物质以及得失电子数，然后根据所给条件配平其他，也可以用总电极反应式减去简单的电极反应式，但要注意还原剂不出现在正极上，氧化剂不出现在负极上，培养学生对氧化还原反应的书写。

8．【2015上海化学】研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。

下列有关说法错误的是（）

A．d为石墨，铁片腐蚀加快

B．d为石墨，石墨上电极反应为：

O2+2H2O+4e→4OH–

C．d为锌块，铁片不易被腐蚀

D．d为锌块，铁片上电极反应为：

2H++2e→H2↑

【答案】D

【解析】由于活动性：

Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2+进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，正确。

B.d为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为：

O2+2H2O+4e→4OH–，正确。

C.若d为锌块，则由于金属活动性：

Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确。

D.d为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为：

O2+2H2O+4e→4OH–，错误。

【考点定位】考查金属的电化学腐蚀及防护的知识。

【名师点睛】电化学理论是化学学习的重要理论，特别是在科技迅速发展，人均能耗不断增加，能源日趋紧张的今天，了解电化学理论，实现能量的转化，减少对环境的污染和保护，都是非常必要的。

电化学知识包括原电池和电解池，首先要确定装置是原电池还是电解池。

确定方法是观察图示是否有电源，若有就是电解池，否则就是原电池。

电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。

结合电解质溶液的酸碱性书写电极反应式、总反应方程式，并根据电性作用原理：

同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引确定电解质溶液中离子移动的方向。

原电池工作时，活动性强的电极为负极，发生氧化反应，活动性弱的电极为正极，正极上发生还原反应。

要掌握电化学反应原理，结合电极及电解质溶液的酸碱性正确书写电极反应式，利用好图示及题干提供的信息，是本题解决的关键。

9．【2015上海化学】（本题共12分）氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。

下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。

完成下列填空：

（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式。

（2）离子交换膜的作用为：

、。

（3）精制饱和食盐水从图中位置补充，氢氧化钠溶液从图中位置流出。

（选填“a”、“b”、“c”或“d”）

（4）KClO3可以和草酸（H2C2O4）、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质。

写出该反应的化学方程式。

（5）室温下，0.1mol/LNaClO溶液的pH0.1mol/LNa2SO3溶液的pH。

（选填“大于”、“小于”或“等于”）。

浓度均为0.1mol/L的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，SO32–、CO32–、HSO3–、HCO3–浓度从大到小的顺序为。

已知：

H2SO3Ki1=1.54×10-2Ki2=1.02×10-7

HClOKi1=2.95×10-8

H2CO3Ki1=4.3×10-7Ki2=5.6×10-11

【答案】

（1）2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－。

（2）阻止OH-进入阳极室，与Cl2发生副反应：

2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O；阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。

（3）a；d；

（4）2KClO3+H2C2O4+2H2SO4=2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O.

（5）大于；SO32–>CO32–>HCO3–>HSO3–。

【解析】

（1）电解饱和食盐水时，溶液中的阳离子H+在阴极得到电子变为H2逸出，使附近的水溶液显碱性，溶液中的阴离子Cl-在阳极失去电子，发生氧化反应。

产生Cl2。

反应的离子方程式是2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－。

（2）图中的离子交换膜只允许阳离子通，是阳离子交换膜，可以允许阳离子通过，不能使阴离子通过，这样就可以阻止阴极溶液中的OH-进入阳极室，与氯气发生反应，阻止Cl-进入阴极室，使在阴极区产生的NaOH纯度更高。

同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。

（3）随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充。

精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，由于阴极H+不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中d位置流出；水不断消耗，所以从b口不断加入蒸馏水，从c位置流出的是稀的NaCl溶液。

（4）KClO3有氧化性，H2C2O4有还原性，在酸性条件下KClO3可以和草酸（H2C2O4）生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质。

则根据电子守恒及原子守恒，可得该反应的化学方程式是：

2KClO3+H2C2O4+2H2SO4=2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O.

（5）NaClO、Na2SO3都是强碱弱酸盐，弱酸根离子发生水解反应，消耗水电离产生的H+，破坏了水的电离平衡，当最终达到平衡时，溶液中c（OH-）>c（H+），所以溶液显碱性。

形成盐的酸越弱，盐水解程度就越大。

消耗的离子浓度越大，当溶液达到平衡时，剩余的离子浓度就越小。

由于H2SO3的Ki2=1.02×10-7；HClO的Ki1=2.95×10-8，所以酸性：

HSO3->HClO，因此溶液的pH:

NaClO>Na2SO3。

由于电离程度：

H2SO3>H2CO3>HSO3->HCO3-，浓度均为0.1mol/L的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，水解程度：

CO32–>SO32–，所以离子浓度：

SO32–>CO32–；水解产生的离子浓度：

HCO3->HSO3-。

但是盐水解程度总的来说很小，主要以盐电离产生的离子存在。

所以在该溶液中SO32–、CO32–、HSO3–、HCO3–浓度从大到小的顺序为SO32–>CO32–>HCO3–>HSO3–。

【考点定位】考查电解原理的应用、氧化还原反应方程式的书写、电离平衡常数在比较离子浓度大小的应用的知识。

【名师点睛】氧化还原反应、电解原理、弱电解质的电离平衡理论、盐的水解、离子浓度大小比较是中学化学中的重要知识和理论，要掌握其反应原理、规律、方法、比较依据，再结合实际情况，进行正确的判断，得到相应的答案。

【注】本题分类于专题4、10

10．【2015北京理综化学】（14分）

研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。

（1）

溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO3-占95%，写出CO2溶于水产生HCO3-的方程式：

。

（2）在海洋循环中，通过右图所示的途径固碳。

写出钙化作用的离子方程式：

。

同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自于H2O，用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：

+===（CH2O）x+x18O2+xH2O

（3）海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础，测量溶解无机碳，可采用如下方法：

气提、吸收CO2，用N2从酸化后的还说中吹出CO2并用碱液吸收（装置示意图如下），将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。

滴定。

将吸收液洗后的无机碳转化为NaHCO3，再用xmol/LHCl溶液滴定，消耗ymlHCl溶液，海水中溶解无机碳的浓度=mol/L。

（4）利用右图所示装置从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量。

结合方程式简述提取CO2的原理：

。

用该装置产生的物质处理b室排出的海水，合格后排回大海。

处理至合格的方法是。

【答案】 

（1）CO2+H2O

H2CO3，H2CO3

HCO3－+H+ 

（2）①Ca2++ 2HCO3－=== CaCO3↓+ CO2+H2O 

②xCO2 2x H218O 

（3）①

 ②xy/z  

（4）①a室：

2H2O-4e－= O2↑+4H+，H+通过阳离子膜进入b室，发生反应：

HCO3－+H+= CO2↑+H2O。

 ②c室的反应：

2H2O+2e-=2OH-+H2↑，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的pH 

【解析】 

（1）CO2可与水反应生成碳酸，碳酸可微弱电离生成碳酸氢根和氢离子：

CO2+H2O

H2CO3

HCO3－+H+ 

（2）①根据反应物是HCO3－，生成物是CaCO3和CO2，易知本题的反应方程式为：

Ca2++ 2HCO3－=== CaCO3↓+ CO2+H2O 。

②根据元素守恒法，及示踪原子的标记可知方程式中的填空为：

xCO2 ， 2x H218O 

（3）①注意酸化的试剂要用硫酸，一定不能用盐酸，因为HCl会挥发出来影响后续的滴定。

②该滴定过程转化的关系式为：

CO2  ~  HCO3－~  HCl                                 

1                  1

n（CO2） x mol/L×y×10-3L 

解得：

n（CO2）=xy×10-3mol 所以：

c（CO2）=xy/z mol/L

（4）①海水pH＞8，显碱性，需要H+中和降低海水的碱性，a室发生阳极反应：

2H2O-4e－= O2↑+4H+,c（OH－）下降，H2O

OH－+H+平衡右移，c（H+）增大，H+从a室进入b室，发生反应：

HCO3－+H+== CO2+H2O。

 ②c室的反应：

2H2O+2e-=2OH-+H2↑，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的pH 。

【考点定位】考查盐类水解、方程式书写、化学实验、化学平衡移动、电解、化学计算等。

【名师点晴】本题以CO2在海洋中的转移和归宿为素材，考查有关化学反应原理知识，难度不大，要求学生掌握弱电解质的电离、化学方程式的书写以及利用守恒观点配平方程式，第（3）小问责考查学生化学实验设计与计算能力，第（4）问利用电化学利用理论从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量，体现了化学与环境保护、理论与实际相结合的特点。

【注】本题分类与专题14、10

11．【2015北京理综化学】（15分）

为探讨化学平衡移动原理与氧化还原反应规律的联系，某同学通过改变浓度研究“2Fe3++2I-

2Fe2++I2”反应中Fe3+和Fe2+的相互转化。

实验如下：

（1）待实验

溶液颜色不再改变时，再进行实验

，目的是使实验

的反应达到。

（2）

是

的对比试验，目的是排除有

中造成的影响。

（3）

和

的颜色变化表明平衡逆向移动，Fe2+向Fe3+转化。

用化学平衡移动原理解释原因：

。

（4）根据氧化还原反应的规律，该同学推测

中Fe2+向Fe3+转化的原因：

外加Ag+使c（I-）降低，导致I-的还原性弱于Fe2+，用右图装置（a、b均为石墨电极）进行实验验证。

K闭合时，指针向右偏转，b作极。

当指针归零（反应达到平衡）后，向U型管左管滴加0.01mol/LAgNO3溶液，产生的现象证实了其推测，该现象是。

（5）按照（4）的原理，该同学用上图装置进行实验，证实了

中Fe2+向Fe3+转化的原因，

转化原因是。

与（4）实验对比，不同的操作是。

（6）实验

中，还原性：

I->Fe2+；而实验

中，还原性：

Fe2+>I-，将（3）和（4）、（5）作对比，得出的结论是。

【答案】 

（1）化学平衡状态

（2）溶液稀释对颜色变化

（3）加入Ag+发生反应：

Ag++I-=AgI↓，c（I-）降低；或增大c（Fe2+）平衡均逆向移动

（4）①正 ②左管产生黄色沉淀，指针向左偏转。

（5）①Fe2+随浓度增大，还原性增强 ，使Fe2+还原性强于I-

②向U型管右管中滴加1mol/L FeSO4溶液。

（6）该反应为可逆氧化还原反应，在平衡时，通过改变物质的浓度，可以改变物质的氧化、还原能力，并影响平衡移动方向

【考点定位】考查化学平衡、电化学、以及化学实验设计等知识

【名师点晴】本题以“2Fe3++2I-

2Fe2++I2”反应中Fe3+和Fe2+的相互转化为基本素材，考查化学平衡状态的判断、平衡的移动、原电池原理、化学实验设计等内容，要求学生在解答本题时能充分接受、吸收、整合所给信息，分析和解决化学问题，同时本题第

（2）（5）等小问也体现了对化学实验与科学探究能力的考查。

题目难度不是很大。

解答本题时还要注意答题的规范性。

【注】本题分类与专题10、11

12．【2015海南化学】（9分）银是一种贵金属，古代常用于制造钱币及装饰器皿，现代在电池和照明器材等领域亦有广泛应用。

回答下列问题。

（1）久存的银制器皿表面会变黑，失去银白色的光泽，原因是。

（2）已知Ksp（AgCl）=1．8×10-10,若向50mL0．018mol·L-1的AgNO3溶液中加入50mL0．020mol·L-1的盐酸，混合后溶液中的Ag+的浓