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2022-2023版高中化學(xué) 第2章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率 第1節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的方向?qū)W案 魯科版選修4

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1、2022-2023版高中化學(xué) 第2章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率 第1節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的方向?qū)W案 魯科版選修4學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.了解熵和熵變的概念。2.理解焓變與反應(yīng)方向、熵變與反應(yīng)方向的關(guān)系。3.能綜合運(yùn)用焓變與熵變判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。一、反應(yīng)焓變、熵變與反應(yīng)方向1.反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向(1)分析下列反應(yīng)進(jìn)行的方向與H之間的關(guān)系NaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l),酸堿中和反應(yīng)是放熱反應(yīng),H0,常溫下能自發(fā)進(jìn)行。2Na(s)2H2O(l)=2NaOH(aq)H2(g),該反應(yīng)是放熱反應(yīng),H0,該反應(yīng)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行。CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H0,該反應(yīng)在常

2、溫下不能自發(fā)進(jìn)行,但在較高溫度下能自發(fā)進(jìn)行。(2)反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向的關(guān)系能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)多數(shù)是放熱反應(yīng),HS(l)S(s)。(3)反應(yīng)熵變概念:反應(yīng)產(chǎn)物總熵和反應(yīng)物總熵之差稱為反應(yīng)熵變,符號為S。正負(fù)判斷依據(jù)a.氣體體積增大的反應(yīng),熵變通常都是正值,是熵增加的反應(yīng)。b.氣體體積減小的反應(yīng),熵變通常都是負(fù)值,是熵減小的反應(yīng)。(4)反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向熵增加有利于反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行。某些熵減小的反應(yīng)在一定條件下也能自發(fā)進(jìn)行。熵變是與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的一個(gè)因素,但不是唯一因素?;瘜W(xué)反應(yīng)方向與焓變、熵變的關(guān)系(1)從焓變(能量)角度:H0,有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。(3)在實(shí)際的化學(xué)反應(yīng)中,若H與S符號

3、相同時(shí),對化學(xué)反應(yīng)的方向的影響作用出現(xiàn)矛盾,因此,在分析一個(gè)具體化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向時(shí),不能孤立地使用焓判據(jù)或熵判據(jù)來分析,否則,可能會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。例1已知下列過程都能自發(fā)進(jìn)行,其中不能用“焓判據(jù)”解釋的是()A.2Na(s)Cl2(g)=2NaCl(s)H0B.C3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(l)H0D.2Mg(s)O2(g)=2MgO(s)H0答案C解析焓判據(jù)是指H0,按焓判據(jù)反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行,而題給條件是能自發(fā)進(jìn)行,所以不能用“焓判據(jù)”解釋該反應(yīng)為自發(fā)反應(yīng)??键c(diǎn)化學(xué)反應(yīng)的方向及其判斷題點(diǎn)反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向規(guī)律總結(jié)一般常溫下自發(fā)進(jìn)行的放熱反應(yīng),焓變對反應(yīng)方向起決定

4、性作用。例2碳銨(NH4HCO3)在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣,下列有關(guān)說法中正確的是()A.碳銨分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體,使體系的熵增大B.碳銨分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量C.碳銨分解是吸熱反應(yīng),根據(jù)焓判據(jù),不能自發(fā)分解D.碳酸鹽都不穩(wěn)定,都能自發(fā)分解答案A解析放熱反應(yīng)常常是容易進(jìn)行的過程,吸熱反應(yīng)有些也是自發(fā)反應(yīng);自發(fā)反應(yīng)的熵不一定增大,可能減小,也可能不變。過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向,是否能實(shí)現(xiàn)還要看具體的條件??键c(diǎn)化學(xué)反應(yīng)的方向及其判斷題點(diǎn)反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向規(guī)律總結(jié)一般常溫下自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng),熵變對反應(yīng)方向起決定性作用。二、焓變與熵變對反應(yīng)方向的共同影響1.用焓變和熵變的復(fù)

5、合判據(jù)判斷反應(yīng)的方向(1)由焓判據(jù)知放熱反應(yīng)是易進(jìn)行的;由熵判據(jù)知熵值增加是自發(fā)的。很多情況下用不同的判據(jù)判定同一個(gè)反應(yīng),可能會(huì)出現(xiàn)相反的判斷結(jié)果。(2)在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下,自發(fā)反應(yīng)總是向HTS0的方向進(jìn)行,直至達(dá)到平衡狀態(tài)。HTS0反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行(3)溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系圖為2.已知反應(yīng):2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在298 K、101 kPa的條件下,其H113.0 kJmol1,S145.3 Jmol1K1。該反應(yīng)_(填“能”或“不能”)用于消除汽車尾氣中的NO,理由為_。答案能該反應(yīng)的HTS69.7 kJmol10,說明該反應(yīng)在理論上可自發(fā)進(jìn)行解析HTS1

6、13.0 kJmol1298 K(145.3103 kJmol1K1)69.7 kJmol10,故理論上該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。(1)放熱和熵增加都對HTS0有所貢獻(xiàn),因此放熱的熵增加反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行,吸熱的熵減小反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行。(2)當(dāng)反應(yīng)的焓變和熵變的影響相反,且二者大小相差懸殊時(shí),某一因素可能占主導(dǎo)地位。(3)如果反應(yīng)的焓變和熵變的影響相反且相差不大時(shí),溫度可能對反應(yīng)的方向起決定性作用。特別提醒(1)反應(yīng)發(fā)生的條件有多種,HTS這個(gè)判據(jù)只能用于溫度、壓強(qiáng)一定下的反應(yīng),不能用于其他條件(如溫度、體積一定)下的反應(yīng)。(2)反應(yīng)的自發(fā)性只能用于判斷反應(yīng)的方向,不能確定反應(yīng)是否實(shí)際發(fā)生及反應(yīng)的

7、速率大小。例3下列反應(yīng)中,一定不能自發(fā)進(jìn)行的是()A.2KClO3(s)=2KCl(s)3O2(g)H78.03 kJmol1S1 110 Jmol1K1B.CO(g)=C(s,石墨)O2(g)H110.5 kJmol1S89.36 Jmol1K1C.4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H444.3 kJmol1S280.1 Jmol1K1D.NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)H37.301 kJmol1S184.05 Jmol1K1答案B解析A項(xiàng)為放熱的熵增加反應(yīng),在任何溫度下都有HTS0,故該反應(yīng)

8、一定不能自發(fā)進(jìn)行;C項(xiàng)為放熱的熵減小反應(yīng),在低溫時(shí)可能有HTS0,因此該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行;D項(xiàng)為吸熱的熵增加反應(yīng),在高溫時(shí)可能有HTS”“”“0,S0,則:該反應(yīng)常溫下_(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。據(jù)本題反應(yīng)數(shù)據(jù)分析,溫度_(填“能”或“不能”)成為反應(yīng)方向的決定因素。(4)已知CaSO4(s)CO(g)CaO(s)SO2(g)CO2(g)H218 kJmol1,該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)條件是_。(5)某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,則該反應(yīng)的S_(填“”或“不能(2)(6)焓變解析(1)該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),化學(xué)反應(yīng)后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)之和增加,所以H0,S0,故低溫下HTS0,反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。

9、(2)因?yàn)镾0,且HTS0,故H0,S0,屬于熵增加的吸熱反應(yīng),故在高溫下該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行。(4)自發(fā)反應(yīng)的條件是HTS0,即H0,故T,即T值較大,該反應(yīng)應(yīng)在高溫下自發(fā)進(jìn)行。(5)吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,即H0,HTS0,故S0。考點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)的方向及其判斷題點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)方向的復(fù)合判據(jù)方法總結(jié)(1)根據(jù)常見的放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)推知H符號。(2)根據(jù)反應(yīng)前后物質(zhì)狀態(tài)的變化及系數(shù)的變化推知S的符號。(3)利用反應(yīng)方向的復(fù)合判據(jù),HTS0答案D解析有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行,如(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g),故A項(xiàng)錯(cuò)誤;熵變與反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān),但不能獨(dú)立地作為反應(yīng)是否自發(fā)的判

10、據(jù),故B錯(cuò);物質(zhì)的量增加的反應(yīng),其混亂度不一定增加,即S不一定為正值,如2H2S(g)O2(g)=2H2O(l)2S(s),故C錯(cuò);CaCO3(s)的分解產(chǎn)生了氣體,為熵增加反應(yīng),故D項(xiàng)正確。考點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)的方向及其判斷題點(diǎn)反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向2.下列關(guān)于化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性敘述正確的是()A.焓變小于0而熵變大于0的反應(yīng)肯定是自發(fā)的B.焓變和熵變都小于0的反應(yīng)肯定是自發(fā)的C.焓變和熵變都大于0的反應(yīng)肯定是自發(fā)的D.熵變小于0而焓變大于0的反應(yīng)肯定是自發(fā)的答案A解析由復(fù)合判據(jù)HTS綜合考慮反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。當(dāng)H0,S0時(shí),不能判斷HTS的正負(fù),與T有關(guān);當(dāng)H0,S0,非自發(fā)反應(yīng);當(dāng)H0時(shí),HTS0,一

11、定是自發(fā)反應(yīng);當(dāng)H0,S0時(shí),不能判斷HTS的正負(fù),與T有關(guān)??键c(diǎn)化學(xué)反應(yīng)的方向及其判斷題點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)方向的復(fù)合判據(jù)3.下列反應(yīng)在任何溫度下均能自發(fā)進(jìn)行的是()A.2N2(g)O2(g)=2N2O(g)H163 kJmol1B.Ag(s)Cl2(g)=AgCl(s)H127 kJmol1C.HgO(s)=Hg(l)O2(g)H91 kJmol1D.H2O2(l)=O2(g)H2O(l)H98 kJmol1答案D解析HTS0時(shí),反應(yīng)在任何溫度下均自發(fā)進(jìn)行,H0符合題意的要求,故選D。考點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)的方向及其判斷題點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)方向的復(fù)合判據(jù)4.向平底燒瓶中放入氫氧化鋇晶體Ba(OH)28H2O和氯化銨晶

12、體,塞緊瓶塞。在木板上滴少量水,如圖所示。一會(huì)兒,就會(huì)發(fā)現(xiàn)瓶內(nèi)固態(tài)物質(zhì)變成液體,瓶壁變冷,小木板上因少量水凍結(jié)而被燒瓶粘住,這時(shí)打開瓶塞,出來的氣體有氨味。這是自發(fā)地發(fā)生了反應(yīng):Ba(OH)28H2O(s)2NH4Cl(s)=BaCl2(s)2NH3(g)10H2O(l)。下列結(jié)論中正確的是()A.自發(fā)反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)B.自發(fā)反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng)C.有的吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行D.吸熱反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行答案C解析本反應(yīng)的H0,S0,故在一定溫度下有的吸熱反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行??键c(diǎn)化學(xué)反應(yīng)的方向及其判斷題點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)方向的復(fù)合判據(jù)5.某反應(yīng)2AB(g)C(g)3D(g)在高溫時(shí)能自發(fā)進(jìn)行,其逆反應(yīng)在低溫下能自

13、發(fā)進(jìn)行,則該反應(yīng)的H、S應(yīng)為()A.H0,S0 B.H0,S0C.H0 D.H0,S0答案D解析該反應(yīng)是一個(gè)氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng),即S0,故其逆反應(yīng)S0;又知其逆反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行,可知逆反應(yīng)的H0。考點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)的方向及其判斷題點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)方向的復(fù)合判據(jù)6.回答下列問題:(1)汽車燃油不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生CO,有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO:2CO(g)=2C(s)O2(g)。已知該反應(yīng)的H0,簡述該設(shè)想能否實(shí)現(xiàn)的依據(jù):_。(2)下列反應(yīng)中,在高溫下不能自發(fā)進(jìn)行的是_(填字母)。a.CO(g)=C(s)O2(g)b.2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)c.(NH4)2CO3(s)=NH4HC

14、O3(s)NH3(g)d.MgCO3(s)=MgO(s)CO2(g)(3)25 和1.01105 Pa時(shí),反應(yīng):2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)H56.76 kJ mol1自發(fā)進(jìn)行的原因是_。(4)電子工業(yè)中清洗硅片上的SiO2(s)的反應(yīng)是SiO2(s)4HF(g)=SiF4(g)2H2O(g)H(298.15 K)94.0 kJmol1,S(298.15 K)75.8 J mol1K1設(shè)H和S不隨溫度變化而變化,試求此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度(T)條件_。答案(1)該反應(yīng)是H0、S0的反應(yīng),任何溫度下均不能自發(fā)進(jìn)行(2)a(3)該反應(yīng)是熵增反應(yīng),且常溫下熵變S對反應(yīng)的方向起決定作用(4)

15、T0、S0,故不能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)。(2)a、b、c、d的H0,b、c、d反應(yīng)的S0,HTS0時(shí),反應(yīng)才能自發(fā)進(jìn)行,所以在高溫下才能自發(fā)進(jìn)行。a項(xiàng)S0,所以在高溫時(shí)該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。(4)要使反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行,則HTS0,即94.0 kJmol1T75.8103 kJmol1K10,T0;只有D項(xiàng)中H0B.純碳和氧氣反應(yīng)生成CO(g):S0C.水蒸氣變成液態(tài)水:S0D.CaCO3(s)加熱分解為CaO(s)和CO2(g):S0答案C解析水蒸氣變成液態(tài)水是熵減小的過程。考點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)的方向及其判斷題點(diǎn)反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向題組4反應(yīng)方向的復(fù)合判據(jù)7.下列說法正確的是()A.在常溫下,放熱反應(yīng)一般能自發(fā)進(jìn)行

16、,吸熱反應(yīng)都不能自發(fā)進(jìn)行B.NH4HCO3(s)=NH3(g)H2O(g)CO2(g)H185.57 kJmol1,能自發(fā)進(jìn)行,原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的傾向C.因?yàn)殪首兒挽刈兌寂c反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān),因此焓變和熵變均可以單獨(dú)作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)D.在其他外界條件不變的情況下,使用催化劑,可以改變化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向答案B解析A項(xiàng)錯(cuò)誤,有些能使熵值增大的吸熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行;C項(xiàng)錯(cuò)誤,應(yīng)利用復(fù)合判據(jù)進(jìn)行判斷;D項(xiàng)中使用催化劑只能降低反應(yīng)的活化能,增大反應(yīng)速率,不能改變反應(yīng)的方向??键c(diǎn)化學(xué)反應(yīng)的方向及其判斷題點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)方向的復(fù)合判據(jù)8.下列說法正確的是()A.凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的,因?yàn)槲鼰岱磻?yīng)

17、都是非自發(fā)的B.自發(fā)反應(yīng)的熵一定增大,非自發(fā)反應(yīng)的熵一定減小C.常溫下,反應(yīng)C(s)CO2(g)2CO(g)不能自發(fā)進(jìn)行,則該反應(yīng)的H0D.反應(yīng)2Mg(s)CO2(g)=C(s)2MgO(s)能自發(fā)進(jìn)行,則該反應(yīng)的H0答案C解析反應(yīng)的自發(fā)性是由熵變和焓變共同決定的,若H0,則一定自發(fā),若H0,S0,則一定不能自發(fā),若H0,S0,S0,則能否自發(fā)和溫度有關(guān),A、B項(xiàng)錯(cuò)誤;C項(xiàng)中反應(yīng)的S0,若H0,正確;D項(xiàng)中反應(yīng)的S0,能自發(fā),說明H0,且隨溫度的升高而增大。考點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)的方向及其判斷題點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)方向的復(fù)合判據(jù)10.下列說法正確的是()A.2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在常溫

18、下能自發(fā)進(jìn)行,則該反應(yīng)的H0B.反應(yīng)NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室溫下可自發(fā)進(jìn)行,則該反應(yīng)的H0C.CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)室溫下不能自發(fā)進(jìn)行,說明該反應(yīng)的H0D.常溫下,反應(yīng)C(s)CO2(g)=2CO(g)不能自發(fā)進(jìn)行,則該反應(yīng)的H0答案B解析A項(xiàng),該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,則HTS0,即HTS,而S0(氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)反應(yīng)后減小),則H0,錯(cuò)誤;B項(xiàng),該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,則HTS0,即H0、S0(氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)反應(yīng)后減小),則H0,即HTS,又知T0、S0(氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)反應(yīng)后增大),則H0,錯(cuò)誤;D項(xiàng),該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行,則HTS0,即HTS,又知T0、S0(氣體化

19、學(xué)計(jì)量數(shù)反應(yīng)后增大),則H0,錯(cuò)誤。 綜合強(qiáng)化11.灰錫結(jié)構(gòu)松散,不能用于制造器皿;而白錫結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,可以制造器皿?,F(xiàn)把白錫制造的器皿放在273 K、100 kPa的室內(nèi)存放,它會(huì)不會(huì)變成灰錫而不能繼續(xù)使用(已知在273 K、100 kPa條件下白錫轉(zhuǎn)化為灰錫的反應(yīng),其焓變和熵變分別為H2 180.9 Jmol1,S6.61 Jmol1K1)()A.會(huì)變 B.不會(huì)變C.不能確定 D.升高溫度才會(huì)變答案A解析在等溫等壓條件下,自發(fā)反應(yīng)總是向著HTS0的方向進(jìn)行,直至達(dá)到平衡狀態(tài)。在273 K、100 kPa條件下,白錫會(huì)不會(huì)變?yōu)榛义a就轉(zhuǎn)化為求算反應(yīng)白錫灰錫HTS的問題。HTS2 180.9 Jmo

20、l1273 K(6.61 Jmol1K1)376.37 Jmol1”“”“”或“”)。(3)該反應(yīng)_自發(fā)進(jìn)行(填“能”或“不能”)。答案(1)(3)能解析根據(jù)圖像可知,該反應(yīng)是放熱反應(yīng),故Q0,S0 B.H0,S0C.H0,S0 D.H0(2)將煤加工成水煤氣可降低污染并能提高燃料的利用率。將水蒸氣通過紅熱的炭即產(chǎn)生水煤氣,化學(xué)方程式為C(s)H2O(g)=H2(g)CO(g)H131.3 kJmol1,S133.7 Jmol1K1。該反應(yīng)在低溫下能否自發(fā)進(jìn)行?_(填“能”或“不能”)。(3)工業(yè)上用赤鐵礦生產(chǎn)鐵,可以選擇的還原劑有C和H2。根據(jù)所學(xué)知識判斷:哪一種還原劑可使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度

21、較低?_,工業(yè)上不用焦炭還原Al2O3的方法煉鋁的原因是_。已知:Fe2O3(s)C(s)=2Fe(s)CO2(g)H233.8 kJ mol1,S0.279 kJ mol1K1Fe2O3(s)3H2(g)=2Fe(s)3H2O(g)H98 kJ mol1,S0.144 2 kJ mol1K12Al2O3(s)3C(s)=4Al(s)3CO2(g)H2 171 kJmol1,S635.5 Jmol1K1答案(1)C(2)不能(3)H2用焦炭還原Al2O3所需溫度太高,不太現(xiàn)實(shí)解析(1)根據(jù)反應(yīng)過程中能量變化的情況可知反應(yīng)物的總能量高于反應(yīng)產(chǎn)物的總能量,反應(yīng)放熱,H0;該反應(yīng)發(fā)生后氣體的物質(zhì)的量減少,S0。(2)根據(jù)HTS982.0 K時(shí)該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,由此可知該反應(yīng)在低溫下不能自發(fā)進(jìn)行。(3)根據(jù)HTS0為平衡狀態(tài),HTS時(shí),該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。用C做還原劑時(shí),T1838.0 K;用H2做還原劑時(shí),T2679.6 K。故用H2做還原劑時(shí),反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度較低。若用C做還原劑還原Al2O3時(shí),需要的溫度T33 416 K。對比上述溫度可知,用焦炭還原Al2O3是不太現(xiàn)實(shí)的??键c(diǎn)化學(xué)反應(yīng)的方向及其判斷題點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)方向的復(fù)合判據(jù)

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