易错点18 化学实验方案的设计与评价模拟题训练领.docx

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易错点18化学实验方案的设计与评价模拟题训练领

易错点十八化学实验方案的设计与评价

模拟题训练

大题冲关

1.(2018届内蒙古集宁一中高三上学期期末)硫酰氯(SO2Cl2)可用作有机化学的氯化剂,在药物和染料的制取中也有重要作用。

某化学学习小组拟用干燥的Cl2和SO2在活性炭催化下制取硫酰氯。

反应的化学方程式为:

SO2(g)+Cl2(g)=SO2Cl2(l)ΔH=−97.3kJ·mol−1,实验装置如图所示(部分夹持装置未画出)。

已知:

硫酰氯通常条件下为无色液体,熔点−54.1℃,沸点69.1℃。

在潮湿空气中“发烟”;100°C以上开始分解,生成二氧化硫和氯气,长期放置也会发生分解。

回答下列问题:

(1)装置甲中作为反应容器的仪器的名称为________,装置己的作用是________;如何控制两种反应物体积相等:

________。

(2)装置戊上方分液漏斗中最好选用下列试剂:

(_______)(选填字母)。

A.蒸馏水B.饱和食盐水C.浓氢氧化钠溶液D.6.0mol·L−1盐酸

(3)若缺少装置乙和丁(均盛放浓硫酸),潮湿氯气和二氧化硫发生反应的化学方程式是________________________________________。

(4)氯磺酸(ClSO3H)加热分解,也能制得硫酰氯:

2ClSO3H=SO2Cl2+H2SO4,分离两种产物的方法是(_______)(选填字母)。

A.重结晶B.过滤C.蒸馏D.萃取

(5)长期储存的硫酰氯会发黄,可能的原因是________(用化学方程式和必要的文字加以解释)。

(6)若反应中消耗的氯气体积为896mL(标准状况下),最后经过分离提纯得到4.05g纯净的硫酰氯,则硫酰氯的产率为________。

为提高本实验中硫酰氯的产率,在实验操作中需要注意的事项有________________________________________________________(写两条即可)。

【答案】蒸馏烧瓶吸收尾气并防止空气中的水蒸气进入装置丙中通过调节旋塞或滴液的快慢控制气流的流速,使装置乙和丁导管口产生的气泡的速率相等BCl2+SO2+2H2O=2HCl+H2SO4CSO2Cl2=Cl2+SO2分解产生的少量氯气溶解在其中75%①先通冷凝水,再通气。

控制气体流速,宜慢不宜快

若三颈烧瓶发烫,可适当降温。

保证装置的气密性良好。

(3)潮湿氯气和二氧化硫发生反应生成硫酸和盐酸,化学方程式是Cl2+SO2+2H2O=2HCl+H2SO4;正确选项:

Cl2+SO2+2H2O=2HCl+H2SO4。

(4)根据题给信息,硫酰氯与硫酸互溶,且硫酰氯的沸点较低,可以采用蒸馏的方法进行分离;正确选项C。

(5)根据题给信息,SO2Cl2长期放置分解生成二氧化硫和氯气,分解产生的少量氯气溶解在其中,导致长期储存的硫酰氯会发黄,反应方程式SO2Cl2=Cl2+SO2;正确答案:

SO2Cl2=Cl2+SO2,分解产生的少量氯气溶解在其中。

(6)根据氯元素守恒规律,理论上制得硫酰氯的量为n(Cl2)=n(SO2Cl2)=0.896/22.4=0.04mol,SO2Cl2质量为m(SO2Cl2)=0.04×135=5.4g,硫酰氯的产率为4.05/5.4×100%=75%;为提高本实验中硫酰氯的产率,①先通冷凝水,再通气;

控制气体流速,宜慢不宜快;正确答案:

75%;①先通冷凝水,再通气;

控制气体流速,宜慢不宜快。

2.(2018届北京市石景山区高三第一学期期末)某实验小组欲探究浓硝酸的性质。

Ⅰ.木炭与浓硝酸反应:

(1)甲同学设计了图1装置,认为若有红棕色气体产生就说明木炭与浓硝酸发生了反应。

写出木炭与浓硝酸反应的化学方程式________________________。

(2)乙同学认为红棕色气体不能作为木炭与浓硝酸反应的证据,其理由是____。

(3)乙同学设计了图2装置实验,木炭能燃烧,并产生红棕色气体。

针对该实验现象,乙同学做出如下假设:

假设a:

_____________________________;

假设b:

红热木炭使HNO3分解产生NO2,NO2可能具有助燃性,木炭燃烧;

假设c:

红热木炭使HNO3分解产生O2,木炭与O2反应燃烧;

假设d:

红热木炭使HNO3分解产生NO2和O2,共同影响木炭的燃烧;

……

(4)设计实验证明假设b成立,请将实验方案补充完整。

①实验方法:

_________________。

实验现象:

木炭在该气体中持续燃烧,火焰迅速变亮,集气瓶中气体颜色变浅直至无色,产生的气体能使澄清石灰水变浑浊,且遇空气不变色。

②根据实验现象写出木炭与此气体反应的化学方程式________________。

Ⅱ.设计硝酸在不同条件下分解实验,方案见下表:

装置

操作

现象

先点燃ⅰ处酒精灯,溶液沸腾后没有观察到红棕色气体产生。

然后撤走ⅰ处酒精灯,点燃ⅱ处酒精灯并加热试管中部,很快看到大量红棕色气体产生

光照8小时,溶液不变黄

光照几分钟后看到液面上方出现红棕色,溶液变黄

(5)分析上述现象,得出使硝酸成功分解的关键是_____________。

【答案】C+4HNO3(浓)

CO2↑+4NO2↑+2H2O硝酸分解也能产生红棕色NO2气体红热木炭直接和硝酸蒸气反应将红热的木炭伸入盛有NO2气体的集气瓶中2NO2+2C

N2+2CO2光照或加热硝酸蒸气(或硝酸分子)分解

【解析】

(1)木炭与浓硝酸反应产生红棕色气体二氧化氮,同时碳被氧化生成二氧化碳,反应的化学方程式为:

C+4HNO3(浓)

CO2↑+4NO2↑+2H2O;

(2)硝酸分解也能产生红棕色NO2气体,故红棕色气体不能作为木炭与浓硝酸反应的证据;(3)加热浓硝酸,硝酸上面的红热木炭能燃烧,并产生红棕色气体。

故可能为:

红热木炭直接和硝酸蒸气反应;红热木炭使HNO3分解产生NO2,NO2可能具有助燃性,木炭燃烧;红热木炭使HNO3分解产生O2,木炭与O2反应燃烧;红热木炭使HNO3分解产生NO2和O2,共同影响木炭的燃烧;(4)①实验方法:

将红热的木炭伸入盛有NO2气体的集气瓶中;实验现象:

木炭在该气体中持续燃烧,火焰迅速变亮,集气瓶中气体颜色变浅直至无色,产生的气体能使澄清石灰水变浑浊,且遇空气不变色。

据此,反应的化学方程式为:

2NO2+2C

N2+2CO2;(5)根据设计实验加热硝酸溶液沸腾后,点燃ⅱ处酒精灯并加热试管中部,很快看到大量红棕色气体产生,应该是加热硝酸蒸气或硝酸分子分解;光照一段时间,试管充满硝酸蒸气,再光照几分钟后看到看到液面上方出现红棕色,溶液变黄,综上得光照或加热硝酸蒸气(或硝酸分子)分解。

3.(2018届北京市朝阳区第一学期高三年级期末)某实验小组研究溶液中AgNO3和Na2S的反应。

实验

试剂

现象

试管

滴管

AgNO3溶液(pH=4)

Na2S溶液(pH=9)

出现黑色沉淀

(1)用离子方程式解释Na2S溶液pH>7的原因:

________。

(2)实验小组同学认为黑色沉淀中可能含有Ag2O、Ag2S或Ag,设计实验验证。

已知:

i.浓硝酸能将Ag2S转化为

ii.Ag2O能溶解在浓氨水中形成银氨溶液,而Ag2S和Ag均不能。

①设计并实施如下实验,证实沉淀中含有Ag2S。

试剂1和试剂2分别是_________、_________。

现象1和现象2分别是_________、_________。

②设计并实施如下实验,证实沉淀中不含有Ag2O,将实验操作和现象补充完整。

实验操作

实验现象

步骤i

取少量银氨溶液,向其中滴加盐酸

出现白色沉淀

步骤ii

取少量洗涤后的黑色沉淀,____________

____________

③经检验,沉淀不含有Ag。

(3)实验小组同学认为AgNO3溶液具有氧化性,在一定条件下能够氧化Na2S,设计实验进行研究(实验装置如右图所示),测得电压为a(

)。

对AgNO3溶液中氧化

的物质进行推测:

假设1:

的AgNO3溶液中

氧化了

假设2:

的AgNO3溶液中

氧化了

利用右图装置继续研究(已知:

电压大小反映了物质氧化还原性强弱的差异;物质氧化性与还原性强弱差异越大,电压越大)。

①将

的AgNO3溶液替换为_______溶液,记录电压为b(

)。

②上述实验证实了氧化

的物质中一定包含

,其证据是______。

实验结论:

AgNO3溶液与Na2S溶液的反应类型与反应条件有关。

【答案】S2-+H2O

HS-+OH-浓硝酸Ba(NO3)2溶液黑色沉淀溶解,有红棕色气体生成生成白色沉淀加入浓氨水,过滤后,向滤液中滴加盐酸滴加盐酸后,无明显现象pH=4的

NaNO3溶液a>b

②根据题中信息可知,Ag2O能溶解在浓氨水中形成银氨溶液,而Ag2S和Ag均不能。

因此,可以设计并实施如下对比实验,证实沉淀中不含有Ag2O,实验操作和现象如下表:

实验操作

实验现象

步骤i

取少量银氨溶液,向其中滴加盐酸

出现白色沉淀

步骤ii

取少量洗涤后的黑色沉淀,加入浓氨水,过滤后,向滤液中滴加盐酸

滴加盐酸后,无明显现象 

③经检验,沉淀不含有Ag。

(3)①根据控制变量法的原理,将

的AgNO3溶液替换为pH=4的

NaNO3溶液,记录电压为b(

)。

②由题意知,若a>b,说明

的AgNO3溶液的氧化性强于pH=4的

NaNO3溶液。

因此,上述实验证实了氧化

的物质中一定包含

,其证据是a>b。

4.(2018届重庆市巴蜀中学高三上学期第五次月考)中学化学社某学习小组通过如图17所示装置探究MnO2与FeCl2·6H2O能否反应产生Cl2.实验操作和现象如下表:

操作

现象

点燃酒精灯,加热

Ⅰ.A中部分固体溶解,上方出现白雾

Ⅱ.稍后,产生黄色气体,管壁附着黄色液滴

Ⅲ.B中溶液变蓝

(1)实验前要首先进行的操作是___________.

(2)现象I中白雾的成分是_____(填名称),形成白雾的原因是___________.

(3)将现象I中得到的黄色气体通入KSCN溶液,溶液变红。

则现象Ⅱ中黄色气体除了Cl2还含有_______(填化学式);该物质能使B中KI-淀粉溶液变蓝,发生反应的离子方程式是_____________.

(4)为了确认现象Ⅱ中黄色气体中含有Cl2,小组提出如下方案:

方案:

将B中KI-淀粉溶液替换为NaBr溶液。

现象:

B中溶液呈浅橙红色;未检出Fe2+。

a.写出用铁氰化钾溶液检验Fe2+原理的离子方程式:

_____________

b.方案中检验Fe2+的原因是________________

【答案】检查装置的气密性盐酸或氯化氢加热时FeCl3·6H2O发生水解反应产生HCl,挥发出来遇到水蒸气形成白雾FeCl32Fe3++2I-=I2+2Fe2+3Fe2++2[Fe(CN)6]3-=Fe3[Fe(CN)6]2↓通过未检测出Fe2+,说明Cl2将Br-氧化为Br2,而Fe3+不能,证明黄色气体中一定含有Cl2

【解析】

(1)凡是制备气体的实验,在实验开始之前,首先进行装置气密性的检验;正确答案:

检查装置的气密性;

(2)氯化氢气体遇到空气中水蒸气形成盐酸小液滴,出现白雾;来源就是加热时,FeCl3·6H2O发生水解反应产生HCl;正确答案:

盐酸或氯化氢;加热时FeCl3·6H2O发生水解反应产生HCl,挥发出来遇到水蒸气形成白雾;

(3)FeCl3·溶液显黄色,附着在管壁上;Fe3+具有氧化性,把I-氧化为I2,正确答案:

FeCl3;2Fe3++2I-=I2+2Fe2+;

(4)a铁氰化钾溶液与Fe2+反应生成蓝色沉淀,可以检验Fe2+的存在;正确答案:

3Fe2++2[Fe(CN)6]3-=Fe3[Fe(CN)6]2↓;

b.氯气的氧化性大于Fe3+,而Fe3+的氧化性小于Br2;通过实验现象未检测出Fe2+,说明:

Cl2将Br-氧化为Br2,溶液呈浅橙红色;因为实验结果未检验出Fe2+说明Fe3+没有被还原出Fe2+;这样就证明了黄色气体中一定含有Cl2;正确答案:

3Fe2++2[Fe(CN)6]3-=Fe3[Fe(CN)6]2↓;通过未检测出Fe2+,说明Cl2将Br-氧化为Br2,而Fe3+不能,证明黄色气体中一定含有Cl2。

5.(2018届北京市西城区高三上学期期末)某小组同学进行实验研究FeCl3溶液和Na2S溶液的反应。

【实验一】

已知:

FeS、Fe2S3均为黑色固体,均能溶于盐酸。

H2S气体有臭鸡蛋气味。

同学们对黑色沉淀的成分提出两种假设:

ⅰ.Fe3+与S2−反应直接生成沉淀Fe2S3。

ⅱ.Fe3+被S2−还原,生成沉淀FeS和S。

甲同学进行如下实验:

操作

现象

取少量FeS固体,加入稀盐酸

固体溶解,有臭鸡蛋气味气体生成

取少量Fe2S3固体,加入稀盐酸

固体溶解,出现淡黄色浑浊,有臭鸡蛋气味气体生成

根据上述实验现象和资料,甲得出结论:

黑色沉淀是Fe2S3。

(1)0.1mol·L−1Na2S溶液的pH为12.5。

用离子方程式表示其显碱性的原因:

_______。

(2)乙认为甲的结论不严谨,理由是________。

(3)进一步研究证实,黑色沉淀的主要成分是Fe2S3。

Na2S溶液呈碱性,FeCl3溶液与其反应不生成Fe(OH)3而生成Fe2S3的可能原因是________。

【实验二】

步骤

操作

现象

I

开始时,局部产生少量的黑色沉淀,振荡,黑色沉淀立即消失,同时溶液中产生淡黄色浑浊和臭鸡蛋气味的气体 

II

继续滴加Na2S溶液

一段时间后,产生大量的黑色沉淀,振荡,沉淀不消失

(4)进一步实验证实,步骤I中局部产生少量的黑色沉淀是Fe2S3,黑色沉淀溶解的主要原因不是Fe2S3与溶液中Fe3+发生氧化还原反应。

步骤I中黑色沉淀溶解的反应的离子方程式是________。

(5)根据以上研究,FeCl3溶液和Na2S溶液反应的产物与________相关。

【答案】S2−+H2O

HS−+OH−黑色沉淀还可能是FeS和S,或Fe2S3、FeS和S的混合物,与稀盐酸反应也有相同现象Fe2S3的溶解度比Fe(OH)3更小Fe2S3+4H+==2Fe2++S↓+2H2S↑试剂的相对用量、反应体系的酸碱性

(4)进一步实验证实,步骤I中局部产生少量的黑色沉淀是Fe2S3,黑色沉淀溶解的主要原因不是Fe2S3与溶液中Fe3+发生氧化还原反应,而是Fe2S3被酸溶解生成Fe3+和H2S,然后Fe3+被H2S还原为S,所以步骤I中黑色沉淀溶解的离子方程式是Fe2S3+4H+==2Fe2++S↓+2H2S↑。

(5)根据以上研究,FeCl3溶液和Na2S溶液反应的产物与试剂的相对用量、反应体系的酸碱性相关。

6.(2018届北京市东城区高三第一学期期末)某小组研究Na2S溶液与KMnO4溶液反应,探究过程如下。

资料:

ⅰ.

在强酸性条件下被还原为Mn2+,在近中性条件下被还原为MnO2。

ⅱ.单质硫可溶于硫化钠溶液,溶液呈淡黄色。

(1)根据实验可知,Na2S具有________性。

(2)甲同学预测实验I中S2–被氧化成

①根据实验现象,乙同学认为甲的预测不合理,理由是________。

②乙同学取实验I中少量溶液进行实验,检测到有

,得出S2–被氧化成

的结论,丙同学否定了该结论,理由是________。

③同学们经讨论后,设计了如下实验,证实该条件下

的确可以将S2–氧化成

a.右侧烧杯中的溶液是________。

b.连通后电流计指针偏转,一段时间后,________(填操作和现象)。

(3)实验I的现象与资料i存在差异,其原因是新生成的产物(Mn2+)与过量的反应物(

)发生反应,该反应的离子方程式是________。

(4)实验II的现象与资料也不完全相符,丁同学猜想其原因与(3)相似,经验证猜想成立,他的实验方案是______。

(5)反思该实验,反应物相同,而现象不同,体现了物质变化不仅与其自身的性质有关,还与________因素有关。

【答案】还原溶液呈紫色,说明酸性KMnO4溶液过量,

能被其继续氧化因KMnO4溶液是用H2SO4酸化的,故溶液中出

不一定是氧化新生成的0.01mol/LKMnO4溶液(H2SO4酸化至pH=0)取左侧烧杯中的溶液,用盐酸酸化后,滴加BaCl2溶液,观察到有白色沉淀生成2Mn

+3Mn2+-+2H2O=5MnO2↓+4H+将实验I中生成的MnO2分离洗涤后,加入0.1mol/LNa2S溶液,观察到有浅粉色沉淀,且溶液呈黄色,证明新生成的MnO2与过量的S2-反应,故没得到MnO2沉淀浓度、用量、溶液中的酸碱性

【解析】

(1)实验I中KMnO4反应生成MnO2,Mn元素由+7降到+4价,KMnO4被还原,体现了Na2S的还原性。

实验II中KMnO4反应生成MnS,Mn元素由+7降到+2价,KMnO4被还原,体现Na2S的还原性。

故答案为:

还原性。

(2)①反应I,溶液紫色变浅,但紫色并未褪去,说明酸性KMnO4过量,KMnO4能与SO32-反应,则甲的预测不合理。

故答案为:

溶液呈紫色,说明酸性KMnO4溶液过量,SO32-能被其继续氧化。

②检验到溶液中存在SO42-,也不能说明S2-被氧化为SO42-,因KMnO4溶液是用H2SO4酸化的,溶液中本身就存在SO42-。

③要证明实验I中MnO4-的确将S2-氧化为SO42-,则要先排除酸性高锰酸钾溶液中SO42-的干扰。

可以将MnO4-与S2-的氧化还原反应设计成带盐桥的原电池,将Na2S和酸性高锰酸钾分开反应。

如图,如果能在左侧烧杯中检验到SO42-,说明S2-被氧化为SO42-。

a、由图可知,右侧烧杯中应放0.01mol/LKMnO4溶液(H2SO4酸化至pH=0);

b、根据上述分析,取左侧烧杯中的溶液,用盐酸酸化后,滴加BaCl2溶液,观察到有白色沉淀生成。

(3)根据资料i可知,在强酸性条件下MnO4-被还原为Mn2+,实验I结束后溶液依然呈强酸性,但事实上了生成了MnO2。

原因是高锰酸钾过量与生成的Mn2+可以反应生成MnO2,反应离子方程式:

2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+。

(4)根据资料i可知,MnO4-在近中性条件下被还原为MnO2,实验II中反应结束后溶液pH≈8,接近中性,但生成了MnS。

可猜测是因为过量的Na2S与一开始生成的MnO2继续反应。

根据资料ⅱ,单质硫可溶于硫化钠溶液,溶液呈淡黄色,则Na2S与MnO2反应时,S2-被氧化为S单质,MnO2被还原为Mn2+。

若要验证猜想,只需向MnO2中加入过量Na2S溶液,若溶液呈淡黄色,且生成浅粉色的MnS,即可证明猜想。

故可设计实验方案:

将实验I中生成的MnO2分离洗涤后,加入0.1mol/LNa2S溶液,观察到有浅粉色沉淀,且溶液呈黄色,证明新生成的MnO2与过量的S2-反应,故没得到MnO2沉淀。

(5)物质变化还与反应物的浓度或用量有关,反应I中KMnO4溶液过量,浓度较大,反应II中Na2S过量,浓度较大;也与溶液中的酸碱性有关,强酸性溶液时和中性时产物不同。

故答案为:

浓度、用量、溶液中的酸碱性。

7.(2018届天津市河西区上学期期末)某实验小组同学在探究Fe、Fe3+、Ag+相互间的反应时,设计了如下系列实验。

已知:

Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN。

请按要求回答下列问题。

他们先向硝酸酸化的0.05mol/LAgNO3溶液(pH≈2)中加入稍过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色;经检验未生成其他含氮物质.

(1)由“黑色固体”,甲猜测固体中含有Ag;他取出少量黑色固体,洗涤后放入试管中,后续操作是_______,发现有白色沉淀产生。

(2)乙取上层清液于试管中,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀。

由此得出Fe与Ag+间发生的离子反应之一为___________。

(3)由“溶液呈黄色”,丙猜测溶液中有Fe3+;而丁认为在铁粉稍过量充分反应后的溶液中不可能合有Fe3+,其理由是(用离子方程式表示):

________。

丙为证实自己的猜测,取上层清液,滴加_______,溶液变红,同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:

序号

取样时间/min

现象

3

产生大量白色沉淀;溶液呈红色

30

产生白色沉淀;较3min时量少;溶液红色较3min时加深

120

产生白色沉淀;较30min时量少;溶液红色较30min时变浅

①“白色沉淀”是_________。

②丙对Fe3+产生的原因分析:

因“未生成其他含氮物质”,故认为Fe2+不是被________氧化的。

随后又提出了如下假设:

假设a:

可能是铁粉表面有氧化层,与H+反应生成Fe3+;

假设b:

Fe2+被O2氧化,而产生Fe3+;其对应的高子反应方程式为_________

假设c:

__________氧化了Fe2+,而产生Fe3+

③丙为证实假设a、b不是主要原因,又补充了对比实验:

向硝酸酸化的(pH=2)_____中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液清加KSCN溶液,3min时溶液呈浅红色,30min后溶液几乎无色。

④戊为证实上述假设c成立,设计了如右图所示装置:

分别取此电池工作前与工作-段时间电源计指针回至“0”时左池中的溶液,同时分别滴加K3[FeCN)6]溶液,后者蓝色沉淀较少;左池再滴加X的浓溶液,指针又有偏转。

则X为________溶液;该电池总反应的离子方程式为:

__________。

【答案】加硝酸,微热,溶解固体,再滴加稀盐酸Fe+2Ag+=Fe2++2AgFe+2Fe3+=3Fe2+KSCN溶液AgSCN酸性溶液(pH≈2)中NO3-Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2OAg+0.05mol/LNaNO3溶液FeCl2溶液或FeSO4溶液Fe2++Ag+

Fe3++Ag

【解析】

(1)银与足量硝酸反应生成硝酸银溶液,再滴加盐酸,有白色沉淀氯化银产生;正确答案:

加硝酸,微热,溶解固体,再滴加稀盐酸;

③满足相同条件下,向硝酸酸化的(pH=2)0.05mol/L硝酸钠溶液中加入过量铁粉,铁先被硝酸氧化为铁离子,取上层清液清加KSCN溶液,3min时溶液呈浅红色,然后生成的铁离子又被过量的铁还原为亚铁离子,30min后溶液几乎无色。

正确答案:

0.05mol/L硝酸钠溶液;

④根据题给信息,左池蓝色沉淀较少,说明亚铁离子浓度减少了;再向左池再滴加的FeCl2浓溶液,指针偏转,说明反应向生成铁离子方向进行,证明了银离子氧化亚铁离子:

Fe2++Ag+

Fe3++Ag;正确答案:

FeCl2浓溶液或FeSO4浓溶液;Fe2++Ag+

Fe3++Ag。

8.(2018届吉林省普通中学

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