2019-2020年高中化學 《化學能與電能的轉化》教案 蘇教版選修4.doc
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2019-2020年高中化學 《化學能與電能的轉化》教案 蘇教版選修4 課時 第1教時 教材分析 本節(jié)內容是在化學能與熱能轉化的基礎上學習化學能與電能的轉化,學習掌握原電池的概念、原理、條件及應用;是氧化還原反應、電離等知識的綜合應用;是化學基本理論中重要的組成部分。原電池的形成條件是重點內容;原電池的原理是知識的難點。本節(jié)課將通過學生思考、體驗、觀察、歸納激發(fā)學生的學習積極性,培養(yǎng)學生由表及里分析問題的能力 目標 知識與技能 1、通過活動與探究了解原電池的形成條件,學會判斷原電池 2、使學生學會原電池正、負極的判斷、反應式書寫 3、使學生能夠進行簡單的原電池設計 情感態(tài)度與價值觀培養(yǎng) 通過原電池的學習認同能量能夠轉化的辯證觀點,通過原電池學習豐富學生化學情感,讓學生感受到化學來源于生活,生活中處處蘊含著化學知識 重點 原電池的形成條件 難點 原電池的原理 教學用品 原電池制作相關材料 教法 自主探究法 教學過程 Ⅰ、檢測與評析 1、寫出下列反應的熱化學方程式 (1)將4克鋁完全燃燒放出119.2KJ熱量 4Al(s)+3O2(g) =2Al2O3(s) ΔΗ= -3218.4KJ/mol (2)甲硅烷(SiH4)是一種無色氣體,遇到空氣能爆炸性自燃,生成SiO2和水。已知室溫下1克甲硅烷自燃,放出熱量44.6KJ SiH4(g)+2O2(g)=SiO2(s)+2H2O(l) ΔΗ= -1427.2KJ/mol 2、已知在250C101Kpa下,1克辛烷(C8H18) 燃燒生成CO2和液態(tài)水時放出48.40熱量。表示上述反應的熱化學方程式正確的是----------------------------------------( B ) A、C8H18(l)+22.5O2 = 8CO2(g)+9H2O(g) ΔΗ= -48.40KJ/mol B、C8H18(l)+22.5O2 = 8CO2(g)+9H2O(l) ΔΗ= -5518KJ/mol C、C8H18(l)+22.5O2 = 8CO2(g)+9H2O(l) ΔΗ=+5518KJ/mol D、C8H18(l)+22.5O2 = 8CO2(g)+9H2O(l) ΔΗ= --48.40KJ/mol 通過前面的學習,我們知道化學反應過程中都有能量的變化,化學能可以轉化為熱能、光能、電能等,其中重點學習了化學能與熱能的轉化。下面我們學習化學能與電能之間的轉化。 Ⅱ、新授 $2-2-3-2化學電源 一、原電池 1、定義 [過渡1] 怎樣才能實現(xiàn)化學能轉化為電能呢? [學生探究一] Zn Cu Zn Cu Zn Cu 稀硫酸 稀硫酸 稀硫酸 稀硫酸 ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 現(xiàn)象 鋅片溶解 無明顯 鋅片溶解 銅片上有 且鋅片上 現(xiàn)象 且有氣泡 氣泡產生, 有大量氣 產生 鋅片溶解 泡產生 但無氣泡 結論 鋅與稀硫 銅與硫 僅鋅與稀 溶液中H+ 酸發(fā)生了 酸不反 硫發(fā)生了 在銅片上 置換反應 應 置換反應 獲得了電 生成氫氣 子 現(xiàn)象分析 鋅屬活潑 銅屬不 同左 鋅片溶解, 金屬能置 活潑金 鋅失電子,電 換酸中的 屬不能 子沿外導線進 氫 置換酸 入銅片從而H+ 中氫 在銅片上得電 子被還原 [過渡2]由裝置(4)中現(xiàn)象可知,鋅片失電子,電子經(jīng)導線轉移到銅片上,溶液中H+得電子生成氫氣。[問]我們有什么辦法能證明鋅片上的電子經(jīng)導線轉移到銅片上的呢? (學生:檢流計) [學生探究二] Zn Cu (G) 稀硫酸 現(xiàn)象 檢流計指針發(fā)生了偏轉 結論 外電路導線上有電流通過 原理 鋅片:Zn -2e- = Zn2+ 反應類型 氧化反應 銅片:2H++2e- = H2↑ 反應類型 還原反應 總反應式:Zn+2H+ = Zn2++ H2↑ 反應類型 氧化還原反應 [過渡3]若把一個電流計改換成一個小燈泡,小燈泡會發(fā)光, 這就像一個電源一樣可以向小燈泡供電,我們把這個裝置叫 原電池。 歸納:原電池的定義(1):把化學轉轉化為電能的裝置叫原電池 常見原電池:鋅錳干電池;鉛蓄電池;氫氧燃料電池等; [思考1] 原電池中總反應是氧化還原反應,那么原電池中電極反應和氧化還原反應之間有何關系? 答:電極反應各別為氧化還原反應的半反應 [思考2]能否從氧化還原反應的角度歸納出原電池的概念? 原電池的定義(2):以氧化還原反應為依據(jù)(自發(fā))使氧化反 應、還原反應分別在設置的兩個電極上進行,從而產生電 流的裝置叫原電池 [過渡4]電源有正負極,那么原電池的正負極如何規(guī)定呢? 2、原電池的正負極的規(guī)定與反應類型 失電子的極(電子流出的極)-----負極-----氧化反應 得電子的極(電子流出的極)-----正極-----還原反應 電子流向: 負極 正極 溶液中離子移動方向:陰離子向負極(鋅片)移動 陽離子向正極(銅片)移動 [過渡5]何種裝置才是原電池?下面共同思考進行探究。 3、原電池形成條件 [學生探究三]下列裝置哪些能產生電流? Fe Zn Zn Zn Fe Cu Fe Cu 稀硫酸 稀硫酸 硫酸銅 酒精 ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ Fe C 稀硫酸 稀硫酸 稀硫酸 ⑸ ⑹ [歸納與總結]原電池形成條件:兩極—溶液—導線 (1)有電解質溶液 (2)有兩個活動性不同的金屬(一種金屬 另一種非金屬) 具體 ①金-------金 ②金-------非金屬如:石墨 ③金-------不溶性的金屬氧化物 (3)兩電極浸入電解質溶液中且用導線連接或直接接觸閉合回路[指出1]閉合回路有多種方式 如下: Cu Zn Cu Zn Cu Zn 稀硫酸 稀硫酸 稀硫酸 [指出2] 電極與電解質溶液可能反應,也可能不反應 如生鐵放入氯化鈉溶液中生銹。 [學生練習1]由原電池的構成條件能否回答出在實驗探究一中裝置(1)(2)(3)為什么不能產生電流? [學生練習2]下列裝置中哪些是原電池?是原電池的寫出電極反應式 Fe Cu Zn Cu Fe C 稀硫酸 酒精 稀硫酸 稀硫酸 稀硫酸 ① ② ③ ④ 4、原電池正負極的判斷 ①由電子流出及流入 流出為負極 流入為正極 ②由反應類型 氧化反應為負極 還原反應為正極 ③由電極材料的性質確定 金----------非金 金------------為負; (石墨)-----為正 金 --------金 較活潑-------為負; 較不活-----為正 金---不溶氧化物 金-------為負; 氧化物----為正 指 出(1):原電池中正極不參加化學反應,僅作導體 負極參加反應而溶解進入溶液 指 出(2):原電池相比于一般條件下的氧化還原反應的優(yōu)點:反應速率加快;能量利用率高。 Ⅲ、鞏固練習 1、下列裝置中能構成原電池的是--------------( ) Zn Cu Zn Cu Ag Cu Zn Cu 硫酸溶液 酒精 硫酸溶液 硫酸溶液 2、根據(jù)已有的知識,填空: (1)若將鋅片插入稀硫酸中,將會觀察到的現(xiàn)象是 (2) 若將銅片插入稀硫酸中,(如圖)將會觀察到的現(xiàn)象是 Cu Zn 稀硫酸 (3)現(xiàn)將鋅片與銅片用導線相連,同時浸入稀硫酸中(如圖),可觀察到銅片表面有氣體析出,可以認為銅與鋅相連以后,活潑性增強,從而可置出酸中氫嗎?為什么? (4)可以利用哪些實驗現(xiàn)象或方法來證實你的想法? Ⅳ、作業(yè) 課本 P46 EX1如右圖所示,將鋅、銅 通過導線相連,置于稀硫酸中 Cu Zn (1)鋅片上的現(xiàn)象是 電極反應為 稀硫酸 (2)銅片上的現(xiàn)象是 電極反應為 (3)電流由 經(jīng)導線流向 ,說明為 正極, 負極為 。若反應過程中有0.2摩電子發(fā)生轉移,則生成氫氣在標準狀況下的體積為 (4)若將電解質溶液換成硫酸銅溶液,能否形成原電池?若能,請寫出電極反應式;若不能,請說明理由。 新課程教學 課題 $2-2-3 化學能與電能的轉化 課時 第2教時 目標 利用原電池原理解決生活現(xiàn)象 學會以自發(fā)氧化還原反應以依據(jù)設計化學電源 重點 化學電源的設計 難點 化學電源的設計 教學用品 原電池制作相關材料 教法 探究法 教學過程 Ⅰ、檢測與評析 下列A、B、C、D四個裝置中分別具有足量的CuCl2溶液 Zn Cu C Pt Zn Cu Zn Zn A B C D (1)A、B、C、D四個裝置中屬于原電池的是 分析原因 (2)A中的Zn是 極,電極反應式 發(fā)生的反應類型 Cu是 極,電極反應式 發(fā)生的反應類型 總反應方程式: (3)指出A工作時溶液中離子的移動方向 Ⅱ、新授 $2-2-3-2化學電源 二、原電池原理的重要應用 1、通過原電池可判斷金屬單質的活潑性;進而判斷元素金屬性強弱及形成氫氧化物堿性的強弱。 [練習1]:把a 、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中,分別用導 線兩兩相連可以組成原電池,a 、b相連時,a為負極;c、d相連時,電流由d C;a、c相連時,C極上產生大量氣泡;b、d相連時,d極上發(fā)生氧化反應;這四種金屬的活潑性由強到弱的順序為---------------------------------------------( ) A、a 、b、c、d B、a 、c、d、b C、c、a 、b、d D、b、d、c、a 2、通過原電池反應可提高同一反應在同溫同濃度下的進行的速率 [練習2]、實驗室用鋅與稀硫酸反應制備氫氣,為了提高氫氣生成速率,可以使用含金屬雜質的粗鋅或者在硫酸溶液中加入少量硫酸銅溶液。試分析上述方法能加快氫氣生成速率的原因,寫出正、負極的電極反應式和原電池的總反應式 [過渡]:學生閱讀課本P41鋼鐵銹蝕 3、利用原電池原理解釋鋼鐵生銹現(xiàn)象 [練習3]學生閱讀課本P41資料卡內容,利用原電池知識回答:[學生交流與討論] (1) 鋼鐵組成:鐵 碳 (2) 鐵銹的主要成分是什么?(Fe2O3)潮濕空氣中鋼鐵表面形成水膜(電解質溶液:H+OH- O2) (3)原理: 鐵 碳-------構成正、負兩極 潮濕空氣中鋼鐵表面形成水膜(電解質溶液:H+OH- O2) 構成原電池 負極:Fe 2Fe –4e- = 2Fe2+ 正極:C O2+2H2O+4e- =4OH- 總反應:2Fe +O2+2H2O=2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 = Fe2O3+3H2O(Fe2O3是鐵銹的主要成分) [學生練習體會一遍] 指出:原電池兩半反應書寫時一定要注意兩極電子得失守恒 [教師] 像這樣,不純的金屬跟電解質溶液接觸,發(fā)生原電池反應,比較活潑金屬失電子被氧化,這種腐蝕叫電化學腐蝕。電化學腐蝕在我們生活中隨處可見,金屬的腐蝕給我們帶頭來了很多不變,必須進行金屬的防護,請回憶我們學過哪些金屬的防護方法? [學生回答] 制成合金 、覆蓋保護層 、電化學防護 [ 學生練習1]、下列現(xiàn)象與電化學腐蝕無關的是-------( D ) A、黃銅(銅鋅合金)制作銅鑼不易產生銅綠 B、生鐵比軟鐵芯(幾乎是純鐵)容易生銹 C、鐵質器件附有銅質配件,在接觸處易生鐵銹 D、銀質獎牌在空氣中久置后表面變暗 [ 學生練習2]、、埋在地下的鑄鐵輸油管道,是下列各種情況下被腐蝕過程速率最慢的是-------------------( C ) A、在含鐵元素較多的酸性土壤中, B、在潮濕疏松的堿性土壤中 C、在干燥致密不透氣的土壤中 D、在含碳粒較多,潮消極透氣的中性土壤中 [ 學生練習3]、下列敘述中正確---------------( A C ) A、鋅跟稀硫酸反應制取氫氣,加少量硫酸銅溶液能加快反應速率 B、鍍層破損后白鐵(鍍鋅的鐵)比馬口鐵(鍍錫的鐵)更易腐蝕 C、鋼鐵表面常易腐蝕生成氧化鐵 D、電化學腐蝕中作為正極的金屬材料更易被腐蝕 4、利用氧化還原反應設計成原電池 [方法]:按原電池原理把還原劑作負極;用另一較不活潑金屬或導體作正極,把氧化劑溶液作電解質溶液(或把作氧化劑的氧化物涂在正極上),將兩極浸在電解質溶液中,再用導線將兩電極相連,便可構成一個原電池。 例如:以Cu + 2Ag+ == Cu2+ + 2Ag Cu C 硝酸銀溶液 [練習1]、同步練習P44EX7一個原電池總反應的離子方程式是:Zn+Cu2+=Zn2++Cu 該原電池材料及電解質可能是-----------------( D ) A B C D 正極 Zn Cu Zn Fe 負極 Cu Zn Zn Zn 電解質溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 CuCl2 [練習2]、同步練習P44EX8、有M、N兩種金屬,分別與鹽酸反應,產生H2的速率相近,試設計一個實驗,證明M、N兩種金屬的活潑性。 [練習3]、下列反應不可能設計成原電池的是----( D ) A 、Fe+2H+ =Fe2+ +H2↑ B、2Fe3+ +Cu=2Fe2++Cu2+ C、2H2 +O2 = 2H2O D、H+ +OH- = H2O [練習4]、[學生設計一] 利用橙子或葡萄等水果、鐵釘、銅絲、靈敏檢流計制作一個水果電池。 (也可用舌尖感覺電流) 歸納原電池設計條件:必須是氧化還原反應、通常反應能自發(fā)進行如:鋅與稀硫酸。 [練習5]、[學生設計二] P42圖2-9 設計一個燃料電池 S1 S2 多孔碳棒 多孔碳棒 + - 發(fā)光二極管 硫酸鈉溶液 操作(1)打開S2 閉合S1 電解半分鐘(用3---6V直流電源) (2)打開S1閉合S2 接通二極管二極管發(fā)光 原理(1)打開S2 閉合S1 電解半分鐘 電解水 外接電源負極的碳棒:生成氫氣 外接電源正極的碳棒:生成氧氣 電解 2H2O ====2 H2+O2 (2)打開S1閉合S2 接通二極管二極管發(fā)光 有氧氣的碳棒:正極(得電子) O2+4e-+4H+=2H2O 有氫氣的碳棒:負極(失電子) 2 H2 – 4e- ==4H+ 總反應 O2+2 H2 = 2H2O 指出:上述電池叫氫氧燃料電池。很多時候氫氧燃料電池使用氫氧化鉀溶液作為電解質溶液 正極(得電子) O2+4e-+2H2O =4OH- 負極(失電子)2 H2 – 4e- +4OH-==4 H2O 總反應 O2+2 H2 = 2H2O [思考1] 為什么飛船上要用氫氧燃料電池? 燃料電池有何優(yōu)點?(可循環(huán)使用、可通過太陽能電板提供電能電解水氫氣和氧氣;氫氣和氧氣生成無污染的水) [指 出] 該類燃料電池由于發(fā)生反應的是可燃物與O2的反應通常需加熱或點燃,但構成原電池之后就可自發(fā)進行,故兩電極僅作導體,不參與反應(均可用石墨 C作電極)。 [練習]:甲烷燃料電池(電解質溶液KOH溶液) 負極: (C棒) CH4 +10OH- -8e- == CO32-+7H2O[記住] 正極: (C棒) 2O2 +4H2O+8e- == 8OH-[記住] 總反應式:CH4 + 2O2 +2OH-== CO32-+3H2O[記住] Ⅲ、小結 學習了原電池原理的幾個重要應用 通過原電池可判斷金屬單質的活潑性; 通過原電池反應可提高同一反應在同溫同濃度下的進行的速率; 原電池的設計 Ⅳ、作業(yè) 試寫出有關鋼鐵生銹的電極反應式及化學反應方程式 課題 $2-2-3 化學能與電能的轉化 課時 第3教時 目標 了解幾種常見的原電池的化學原理 會準確書寫電極反應式及總原電池反應式 掌握一些書寫要點 重點 會準確書寫電極反應式及總原電池反應式 難點 會準確書寫電極反應式及總原電池反應式 教學用品 查閱一些資料 教法 探究法 教學過程 Ⅰ、檢測與評析 1、金屬A不純,混有金屬C,發(fā)生銹蝕時,A先腐蝕;A與金屬B組成原電池時,A為電池的正極。A、B、C三種金屬的活動性順序為------------------------------------------------------( C ) A、A>C>B B、A>B>C C、B>A>C D、B>C>A 2、下列各變化中屬于原電池反應的是---------------------( BD ) A、在空氣中金屬鋁表面迅速氧化形成保護膜 B、白鐵(鍍鋅)表面有破損時,也能阻止鐵被氧化 C、紅熱的鐵絲與水接觸表面形成黑色的保護層 D、鐵與稀硫酸反應時,加入少量硫酸銅溶液可使反應加快 3、把一小塊鎂鋁合金放入6mol/lNaOH溶液中,可以形成原電池,可以形成微型電池,則該電池負極的電極反應為-------------( B ) A、Mg -2e- = Mg2+ B、2Al+8OH - -6e- =2AlO2-+4H2O C、4OH--4e- = 2H2O + O2↑ D、2H2O +2e- =2OH -+H2↑ Ⅱ、新授 $2-2-3-2化學電源 二、原電池原理的重要應用 請閱讀下列資料 資料1:在日常生活中非常多的場合使用了化學電源如手機;數(shù)碼攝像機;筆記本電腦;心臟起搏器;鉛蓄電池;干電池等; 資料2:人們根據(jù)原電池原理,發(fā)明并制造了多種多樣的化學電源見課本P42拓展視野 請根據(jù)上述資料了解下列幾種常見原電池的化學原理 5、幾種常見的原電池 (1) 干電池 (學生剝開一廢舊干電池,了解內部結構) 碳棒 封蠟 鋅筒 多孔紙 NH4Cl +ZnCl2+MnO2+C+淀粉糊 鋅片 原理:(-) Zn –2e - = Zn2+ 氧化反應[記住] (+)2NH4++2e- = 2NH3 +H2 還原反應[記住] 總反應:Zn +2NH4+= Zn2++2NH3 +H2[記住] 或Zn +2NH4Cl+2MnO2= Zn(NH3) 2Cl2+2MnO(OH) [記住] 注: 其中:MnO2作去氫劑 即與新生的氫反應生成水[了解] MnO2+ H2+2H+ =Mn2++2H2O Zn2++4NH3 == Zn(NH3)42+ (2) 鉛蓄電池 Pb(-) PbO2(+) 濃硫酸 (-) Pb + SO42- -2e- == PbSO4[記住] (+)PbO2 + SO42- -2e-+4H+ == PbSO4 +2H2O[記住] 總反應: Pb + PbO2 +2H2SO4 == 2PbSO4 +2H2O[記住] 指 出:最終產物應以實際形式存在,寫出相應的半反應 或總反應式 (3)氫氧燃料電池(電解質:KOH溶液) 電極材料:Pt 負極: (Pt/C棒) 2H2 +4OH- -4e- == 12OH-[記住] 正極: (Pt/C棒) O2 +2H2O+4e- == 4OH-[記住] 總反應式:2H2 + O2 ==2 H2O[記住] 燃料電池把燃料燃燒反應的化學能直接轉化為電能 C (H2) C(O2) KOH溶液 (4)銀鋅電池是一種紐扣式的容量較大的電池,常用于電子計算器、電子表等電器中。銀鋅電池的電極分別是Ag2O 和Zn。電解質溶液為KOH溶液, 電極反應為: (-)Zn+2OH- -2e- = Zn(0H)2[記住] (+)Ag2O +H2O+2e-==2Ag +2OH-[記住] 總反應為:Ag2O +H2O+ Zn == 2Ag + Zn(0H)2[記住] (6)鎳氫電池 正極(NiO) 負極 MH 電解質溶液 KOH溶液 負極 MH MH-e- +OH-=M +H2O[記住] 正極(NiO(OH)) NiO(OH)+e-= NiO+ OH-[記住] 總反應為:NiO(OH)+ MH= NiO+ H2O +M [記住] (7)甲醇空氣燃料電池 正極(Pt-Ni) 負極(Pd-C) 電解質溶液 KOH溶液 負極(Pd-C) 2CH3OH+8OH—-12e- =2CO32-+12H2O[記住] 正極(Pt-Ni) 空氣 3O2 +12e- +6H2O = 12OH-[記住] 總反應為:2CH3OH+3O2 +4 OH-=2CO32-+6 H2O[記住] (8)鋁----空氣燃料電池(海水為電解質溶液) 負極: (鋁) 4Al –12e- == 4Al3+[記住] 正極: (C棒:空氣) 3O2 +6H2O+12e- == 12OH-[記住] 總反應式: 4Al+3O2 +6H2O == 4Al(OH)3[記住] (9)有人設計以Pt和Zn為電極材料,埋入人體內作為某種心臟病人起博的能源,它依靠人體內體液中含有一定濃度的溶解氧,H+、Zn2+進行工作,兩極反應式: 負極:2Z n –4e- ==2Zn2+ 正極:O2 +2H2O+4e- == 4OH- 總反應式:2Z n+ O2 +2H2O ==2Zn(OH)2 Ⅲ、結課 原電池原理的重要應用 掌握已介紹的一些原電池的化學原理 Ⅳ、鞏固練習 1、電子表和電子計算器的電源是用像小紐扣的微型銀-鋅原電池,其電極分別是Ag2O , Zn. 電解質溶液為KOH溶液。工作時原電池總反應是Ag2O+Zn+H2O==2Ag+2OH-:根據(jù)上述變化判斷: (1) 原電池的正極是 (2)工作時原電池的兩極反應: A負極 B正極 (3)工作時原電池的PH值 (增大、不變、或減小) 2、有一新型燃料電池,是用兩根金屬做電極插入KOH溶液中,然后向X極通入CH4,向Y極通入O2,關于此燃料電池的說法是-----------------------------------------------( ) A 通甲烷的X極是負極,通 O2Y極是正極 B放電一段時間后電解質溶液中氫氧化鉀的物質的量不變 C在標況下通過5.6升O2完全反應時有1.0摩電子轉移 D放電時甲烷一極附近的PH升高 3、一種新型燃料電池,它以多孔鎳板為電極插入氫氧化鉀溶液中,然后分別向兩極上通入乙烷和氧氣,其電極反應式為: C2H6 +18OH- -14e- ==2CO32-+12H2O 7H2O +7/2O2 +14e- ==14OH-, 有關電池的推斷正確的是-----( ) A電解質溶液中碳酸根向正極移動 B放電一段時間后KOH的物質的量濃度不變 C通乙烷電極為負極 D參加反應的O2和乙烷物質的量比為7:1 4、將Zn片和銅片用導線連接置 于同理一稀硫酸中,下列敘述中正確的是 -----------------------------------------------( AB ) A、見到銅片上大量氣泡冒出同時,鋅片若也見少量氣泡冒出,則說明鋅片不純 B、正極附近硫酸根離子濃度逐漸增大,負極附近硫酸根離子濃度逐漸減小。 C、正極附近硫酸根離子濃度逐漸減小,負極附近硫酸根離子濃度逐漸增大。 D、正負極附近硫酸根離子濃度基本不變。 Ⅴ、作業(yè) 鉛蓄電池在放電時電極反應為正極 負極為 原電池反應為 當溶解20.7克鉛時消耗硫酸的物質的量為-----( B ) A、0.1mol B、0.2mol C、0.05mol D、0.4mol- 配套講稿:
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