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1、文档编码 : CN7C10P1R2B7 HH7U7P6T3Z7 ZY8Q1K5T9U8学案 39 电解池 金属的电化学腐蚀与防护考纲要求 1.明白电解池的工作原理,写出电极反应和电池反 应方程式; 2.懂得金属发生电化学腐蚀的缘由、金属腐蚀的危害、防 止金属腐蚀的措施;学问点一 电解池、电解原理1电解原理1电解:使 _通过电解质溶液或熔融的电解质而在_引起 _的过程;2电解池 也叫电解槽 :把_能转化为 _能的装置;3电极名称与电极反应:与电源正极相连的为 _,发生 _反应;与电源负极相连的为 _,发生 _反应;2电解CuCl2溶液 如右图所示1 / 29 1阳极反应:_ _2阴极反应:_ _
2、3总方程式:_ _问题思考1电解质的电离和溶液的导电有什么联系?2电解池的阴、阳极与电极材料有什么关系?2 / 29 学问点二 电解原理的应用1电解饱和食盐水1电极反应阳极反应式:_ _反应 阴极反应式:_ _ _反应 2 总反应方程式:2NaCl2H 2 O 错误 . 2NaOH:2Cl2H 2 O 错误 . 2OHH2Cl2离子反应方程式H2Cl23应用:氯碱工业制 _、_和_;2电镀右图为金属表面镀银的工作示意图,据此回答以下问题:1镀件作 _极,镀层金属银作 _极;2电解质溶液是_ _ _;3电极反应:阳极:_;阴极:3 / 29 _ _;4特点: _极溶解, _极沉积,电镀液的浓度
3、_ _;3电解精炼铜1电极材料:阳极为 _;阴极为 _; 2 电解质溶液:含 Cu 2的盐溶液;3电极反应:阳极为_ _;阴极为_ _;利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属4电冶金 Na、Ca、Mg、Al 等;2NaCl熔融 错误 .1冶炼钠2NaCl2电极反应:阳极:_ _,阴极:_ _;2Al2 O 3 熔融错误 .2冶炼铝4Al3O 2电极反应:阳极:_ _,阴极:_ _;4 / 29 问题思考3如何设计试验验证电解饱和食盐水的各种产物?4电解过程中放H2生碱型和放O 2生酸型的实质是什么?5用惰性电极电解,如要使电解后的溶液复原,应怎样操作?学问点三 金属的腐蚀和防护1金属腐蚀的本质金属
4、原子 _变为_,金属发生 _;2金属腐蚀的类型1化学腐蚀与电化学腐蚀化学腐蚀 电化学腐蚀5 / 29 条件现象 本质 联系金属跟 _接触不纯金属或合金跟 _接触_电流产生_电流产生金属被 _ 较活泼金属被 _ 两者往往同时发生, _腐蚀更普遍2析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析:析氢腐蚀 吸氧腐蚀条件负电极反 极应 正极总反应式联系_更普遍题思考问6 / 29 6铁锈是怎样形成的?3金属的防护1电化学防护 牺牲阴极的阳极爱惜法_原理a_:比被爱惜金属活泼的金属;b_:被爱惜的金属设备;外加电流的阴极爱惜法_原理 a_:被爱惜的金属设备;b_:惰性金属;2转变金属的内部结构,如制成合金、
5、不锈钢等;3加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表 面钝化等方法;7 / 29 一、电解池的电极及电极产物的判定 1如何分析电解池中的两极变化?2如何判定电解池的电极产物及书写电极反应式和总反应式?典例导悟8 / 29 1将含有KCl 、CuCl2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解,且电解时间足够长;有以下结论:溶液中几乎没有Cl电解质溶液为无色最终溶液显碱性K、Na、SO错误 . 的浓度几乎没有变化D均正确正确选项 设全部气体从溶液中出 AB仅C听课记录:二、电解类型及有关运算 1用惰性电极电解电解质溶液的类型如下表所示:类型电极反应实例电解电解质pH 电解质溶特点
6、对象浓度液复原电解NaOH H2SO4 Na2S O4阴:4H4e=2H2阳:4OH水型4e=2H2O电解O2HCl电解质电离出的电解阴、阳离CuCl2质型子分别在两极放电放 H2阴极:NaCl 生碱H2O 放型H2生碱9 / 29 阳极:电解质阴离子放电阴极:电解质阳离 放 O2 生酸 子放电 CuSO 阳极:4 型 H2O 放 O2生酸2.电解池中有关量的运算或判定 电解池中有关量的运算或判定主要包括以下方面:依据直流电源 供应的电量求产物的量 析出固体的质量、产愤慨体的体积等 、溶液的 pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等;解题依据是得 失电子守恒;典例导悟2 1用惰性电极电解
7、400 mL 一10 / 29 定浓度的硫酸铜溶液 不考虑电解过程中溶液体积的变化 ,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1 mol CuO 后,使溶液恰好复原到电解前的浓度和 pH,电解过程中转移的电子为 _ mol;2假如向所得的溶液中加入 0.1 mol CuOH 2后,使溶液恰好恢复到电解前的浓度和 pH,电解过程中转移的电子为 _ mol;3假如向所得的溶液中加入 0.1 mol Cu2OH2CO3后,使溶液恰好复原到电解前的浓度和 pH不考虑 CO2 的溶解 ,电解过程中转移的电子为 _ mol;3比较金属腐蚀快慢判定金属腐蚀快慢的规律1电解池原理引起的腐蚀 蚀有防护措施的腐蚀;
8、_引起的腐蚀 _腐2对同一种金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液 弱电解质溶液非电解质溶液;3活泼性不同的两金属,活泼性差别越大,活泼性强的金属腐 蚀越_;4对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度 _ _,腐蚀越快;典例导悟11 / 29 3下面各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的次序是 B DA C12 / 29 题组一电解原理及其应用12022 上海, 16用电解法提取氯化铜废液中的铜,方案正确 的是 A用铜片连接电源的正极,另一电极用铂片 B用碳棒连接电源的正极,另一电极用铜片 C用氢氧化钠溶液吸取阴极产物 D用带火星的木条检验阳极产物22022 海南, 9 改编 利用电解法可将含
9、有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,以下表达正确选项A电解时以精铜作阳极 B电解时阴极发生氧化反应 C粗铜连接电源负极,其电极反应是 Cu2e= = Cu 2D电解后,电解槽底部会形成含少量 Ag、Pt 等金属的阳极泥3.2022 全国理综, 2913 / 29 右图是一个用铂丝作电极,电解稀的MgSO4溶液的装置,电解液中加有中性红指示剂,此时溶液呈红色;指示剂的pH 变色范围:6.88.0,酸色 红色,碱色 黄色回答以下问题:1以下关于电解过程中电极邻近溶液颜色变化的表达正确选项A 管溶液由红变黄 B 管溶液由红变黄_填编号 ;A 管溶液不变色B 管溶液不变色2写出 A 管中发生反应
10、的反应式:_ _;3写出 B 管中发生反应的反应式:_ _;4检验 a管中气体的方法是 _ _ _ _;5检验 b 管中气体的方法是 _ _ _ _;6电解一段时间后,切断电源,将电解液倒入烧杯内观看到的是现象_14 / 29 _;题组二金属的电化学腐蚀和防护4 2022 北京理综,8结合下图判定,以下表达正确选项C和A和中正极均被爱惜B 和 中负极反应均是 Fe2 e= = Fe 2 中正极反应均是 O 22H 2 O4e = = 4OHD和中分别加入少量K3FeCN6 溶液,均有蓝色沉淀52022山东理综,15 以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌,以下说法正确选项A未通电前上
11、述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池 的充电过程 B因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无 确定关系 C电镀时保持电流恒定,上升温度不转变电解反应速率 D镀锌层破旧后即对铁制品失去爱惜作用 62022 浙江理综, 10将 NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板 表面上,一段时间后发觉液滴掩盖的圆圈中心区 a已被腐蚀而变 暗,15 / 29 在液滴外沿形成棕色铁锈环b,如右图所示;导致该现象的主要缘由是液滴之下氧气含量比边缘处少;以下说法正确选项 A液滴中的 Cl 由 a 区向 b 区迁移B液滴边缘是正极区,发生的电极反应为 O 22H 2 O4e= = 4OHC液滴下的 Fe
12、 因发生仍原反应而被腐蚀,生成的 Fe 2由 a 区向 b 区迁移,与 b 区的 OH 形成 Fe OH 2,进一步氧化、脱水形成铁锈D如改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁接触处滴加 NaCl 溶液,就负极发生的电极反应为 Cu2e= = Cu 272022 北京理综, 6以下有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是 A钢管与电源正极连接,钢管可被爱惜B铁遇冷浓硝酸表面钝化,可爱惜内部不被腐蚀题号DC钢管与铜管露天堆放在一起时,钢管不易被腐蚀钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应是 Fe3e= = Fe 3124567答案题组三 电解的规律及有关运算82022 全国理综, 28下图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依
13、次分别盛放100g5.00% 的NaOH溶液、足量的CuSO 4溶液和100g10.00% 的K2SO 4溶液,电极均为石墨电极;16 / 29 1 接通电源,经过一段时间后,测得丙中K2SO 4质量分数为10.47%,乙中 c电极质量增加;据此回答疑题:电源的 N 端为_极;电极 b 上发生的电极反应为_ _;列式运算电极 b 上生成的气体在标准状况下的体积;电极 c 的质量变化是 _g;电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化,简述其缘由:甲溶液_ _;乙溶液 _ _;丙溶液_ _;2假如电解过程中铜全部析出,此时电解能否连续进行,为什么?17 / 29 题组一电解原理及其应用12022
14、大同质检 如图 a、b、c、d 均为石墨电极,通电进行 电解电解液足量 ;以下说法正确选项 A甲中a的电极反应式为4OH4e= =O 22H2 OB电解时向乙中滴入酚酞溶液,c 电极邻近变红C向乙中加入适量盐酸,溶液组成可以复原D当 b 极有 64 g Cu析出时, c 电极产生 2 g 气体题组二 电解的规律及有关运算2500 mL NaNO 3 和 Cu NO 3 2 的混合溶液中 c NO 错误. 6molL1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到气体 22.4 L 标准状况下 ,假定电解后溶液体积仍为 500 mL,以下说法正确选项 A原混合溶液中 c Na6 mol
15、L1B电解后溶液中 c H4 molL118 / 29 3C上述电解过程中共转移8 mol 电子D电解后得到的Cu 的物质的量为 2 mol用石墨电极电解CuSO 4溶液一段时间后,向所得溶液中加入0.2molCu OH2后,恰好使溶液复原到电解前的浓度;就电解过程中转移的电子的物质的量为B0.5 molA0.4 mol D0.8 molC0.6 mol 题组三金属的电化学腐蚀与防护4铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如以下图,以下有关说法 中,不正确A正极的电极反应式为:2H的是 22e = = HB此过程中仍涉及到反应:4Fe OH22H2OO 2 = =4Fe OH 3C此过程中铜并不被腐蚀题
16、号1D此过程中电子从Fe移向 Cu234答案 5.19 / 29 如图水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观看;1 如 试 管 内 液 面 上 升 , 就 原 溶 液 呈 _性 , 发 生_腐蚀,电极反应:负极:_;正极:_;2如试管内液面下降,就原溶液呈 _性,发生 _腐 蚀,电 极 反 应:负 极:_;正极:_;题组四 试验探究6以下四种装置中, 盛 200 mL 0.005 molL1 硫酸铜溶液 盛 200 mL 0.01 molL1 硫酸 盛 200 mL 氯化锌溶液 盛 200mL 氯化钾溶液20 / 29 1上述四种装置中,为电解池的是 _用编号回答 ,装置中两电极的电极反应式分别是
17、_注明电极名称 ;2用离子方程式回答:通电时装置中的总反应式是_,溶液中可能发生的副反应是_;3工作一段时间后,测得导线上均通过 0.002 mol 电子,就上述四种装置中溶液 pH 最小的是 _用编号回答,溶液体积变化忽视不计 ;4如将装置中的外加电源拆去,用导线将两个电极连接,就Fe 极 上 发 生 的 反 应 是_,C 极上发生的反应是_;学案 39 电解池 金属的电化学腐蚀与防护【课前预备区】学问点一11电流阴、阳两极氧化仍原反应21 / 29 1 12Cl2电化学3阳极 氧化 阴极 仍原2 1 2Cl2e = = Cl 2 2 Cu 22e= = Cu3CuCl2 错误 .CuCl2
18、学问点二2e = =Cl2氧化2H2e= = H2仍原3烧碱氯气氢气21阴阳 2 AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的溶液 3Age = = Age = = AgAg4阳阴不变26O31粗铜 纯铜3 Cu2e= = Cu 2Cu 22e= = Cu4 1 2Cl2e = = Cl 22Na2e = = 2Na12e= = 3O 24Al 312e= = 4Al2学问点三1失去电子金属阳离子氧化反应21条件现象 本质 联系 2 条件化学腐蚀电化学腐蚀金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质 溶液接触无电流产生有脆弱电流产生金属被氧化较活泼金属被氧化两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍析氢腐蚀吸
19、氧腐蚀水膜酸性较强 pH4.3 水膜酸性很弱或中性电负Fe2e=Fe2极极反 应正极2H2e=H2O22H2O4e=4OH总反应式 联系Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2FeOH2吸氧腐蚀更普遍22 / 29 3.1原电池a负极b正极电解a阴极b阳极问题摸索 1溶液的导电,第一要有电解质的电离,大家知道,非电解质 的水溶液并不导电,就是由于溶液中没有自由离子;因此,电解质溶于水就发生电离,产生了自由离子,该溶液就可以导电;电解质的导电过程就是其电解过程;2电解池的阴、阳极取决于外接电源的正负极,与电极材料的 金属活动性无关;3向饱和食盐水中滴加几滴酚酞,电解后阴极区域溶液变红,证明有
20、NaOH 生成;用两支试管分别收集两极气体,阳极产物用湿 润的淀粉 KI 试纸验证,阴极产物用爆鸣试验验证;4放 H2 生碱型的实质是水电离出的 H放电,破坏了水的电离平稳,使 OH浓度增大,放 O2 生酸型的实质是水电离出的 OH放电,破坏了水的电离平稳,使 H浓度增大;5用惰性电极电解时,如要使电解后的溶液复原到原状态,应 遵循“ 缺什么加什么,缺多少加多少” 的原就,一般加入阴极产物与阳极产物形成的化合物;6铁被腐蚀后,一般会生成铁锈,其缘由是:随着析氢腐蚀进 行,溶液中 cH降到确定浓度后,就发生吸氧腐蚀,发生的反应为 2Fe4e=2Fe2,2H2OO24e=4OH,Fe22OH=Fe
21、OH2,4FeOH2O22H2O=4FeOH3,2FeOH3=Fe2O3xH 2O铁锈3xH2O;【课堂活动区】一、1.分析电解池中两极的变化,第一要看清楚电解池的电极,一般 Pt、Au、石墨为惰性电极,其他的金属电极均为非惰性电极;与电源正极相连的是电解池的阳极,金属电极或电解质供应的自由移动的阴离子将在该极上失电子发生氧化反应;与电源负极相连的是电解池的阴极,电解质供应的自由移动的阳离子在该极上得电子发生仍原反应;2第一要看清楚电解池的电极;在阳极:假如阳极是活泼金属 除金、铂外 形成的活性电极,就电解时,阳极是电极放电,即电极 溶解变为金属阳离子;假如是惰性电极,可以按以下步骤分析电极反
22、应:1分析电解质水溶液的组成,找全离子并分为阴、阳两组;2分别对阴、阳离子排出放电次序,写出各电极的电极反应23 / 29 式;阳极电极式的书写:溶液中,阴离子放电次序为;按此次序依次放电,如溶液中有应为 2Cl2e=Cl2 ,只有当4e=O2 2H2O;阴极电极式的书写:S2 IBrClOH含氧酸根 FCl和 OH,就 Cl先放电,反Cl反应完了才发生反应: 4OH直接依据阳离子放电次序进行判定,阳离子放电次序与金属活动;性次序相反,其中AgFe3Cu2HFe2Zn 2Al 3Mg 2Na其电极反应式为 Mnne=M;3分析各电极反应,找出放电物质 应方程式;二、1. 或离子 的来源,写出总
23、反类型电极反应特点实例电解电解pH 电解质溶液质浓对象复原度阴:4H4eNaOH 水增大加水增大电解水型=2H2阳:4OH4eH2SO4水增大减小加水水增大不变加水Na2SO4=2H2OO2电解质电离出的HCl 电解减小增大通氯化氢质电解电解质型阴、阳离子分别CuCl2电解减小加氯化铜在两极放电质阴极: H2O 放 H2NaCl 电解生成增大通氯化氢放 H2生碱型生碱 阳极:电解质阴质和新电水解质离子放电阴极:电解质阳CuSO4电解生成减小加氧化铜放 O2生酸型离子放电阳极:质和新电H2O 放 O2生酸水解质3.1原电池原理化学3快 4越大 典例导悟1A 210.220.430.6 24 /
24、29 解读1电解硫酸铜溶液的反应方程式为2CuSO42H2O错误 .2Cu2H2SO4O2 ,从方程式可以看出,电解硫酸铜过程中只析出铜和释放出氧气,加入0.1 mol CuO 可以使溶液复原至原先状态,说明参与反应的硫酸铜只有0.1 mol,转移的电子为0.2 mol;2加入0.1 mol CuOH2 可以使溶液复原至原先状态,说明电解过程中不仅硫酸铜被电解,而且有水被电解;0.1 mol CuOH2 可以看作是0.1 mol CuO 和 0.1 mol H2O,就转移的电子为0.4 mol;3加入 0.1 mol Cu2OH 2CO3 可以看作 0.2 mol CuO、0.1 mol H2
25、O 和 0.1 mol CO2,相当于有 0.2 mol 的硫酸铜和 0.6 mol;0.1 mol 的水被电解,因此转移的电子为3A 在原电池中,活泼金属为负极,该金属被氧化,不活泼金属便被爱惜起来,其被腐蚀的速率大大减小,所以装置 中的铁被腐蚀的速率比 中的慢;反之,当铁与比它不活泼的金属,如 Sn、Cu 等连接起来,就被腐蚀的速率增大,所以在容器 中铁比容器 中的铁腐蚀得快;容器是一个电镀池,在这里铁是阳极,不断以Fe2的形式进入容器中,从而加速了铁的腐蚀,在上述四种容器中,容器中的铁被腐蚀速率是最快的;综上分析,铁被腐蚀的快慢次序为;【课后练习区】高考集训1B电解氯化铜溶液的总反应式为
26、CuCl2错误 . CuCl2 ,阴极产物为 Cu,阳极产物为Cl2,所以 C、D 错误;如将铜片连接到电源正极上,就发生反应 Cu2e=Cu2,明显与从废液中提取铜 的主旨是相违反的,故 A 错,B 正确; 2D 电解时粗铜作阳极,与电源正极相连,失电子发生氧化 反应;精铜作阴极,与电源负极相连,得电子发生仍原反应,A、B、C 均错误;由于在金属活动性次序表中Ag、Pt 排在 Cu 的后面,所以电解时 Ag、Pt 不会失电子, D 正确; 31Mg222H2e=H2 或 2H2O2e=2OHH2 25 / 29 2OH=MgOH 234OH4e=2H2OO2 写 2H2O4e=4HO2 同样
27、给分 4用拇指按住管口,取出试管,靠近火焰,放开拇指,有爆鸣声,管口有蓝色火焰5用拇指按住管口,取出试管,放开拇指,将带有火星的木条伸入试管内会复燃6溶液呈红色,白色沉淀溶解或大部分溶解 解读 该电解池 A 为阴极,反应式为 2H2e=H2 ,B 为阳极,电极反应式为 4OH4e=O2 2H2O,A 管邻近产生 OH,故溶液由红变黄, B 管邻近产生H溶液仍呈红色, A 管邻近产生的 OH与 Mg2结合生成 MgOH 2 沉淀;但停止电解后,生成的 MgOH 2与 H反应,白色沉淀溶解,溶液仍呈红色;检验 a 管中产生的 H2 的方法是:用拇指按住管口,取出试管,靠近火焰,放开拇指,有爆鸣声,
28、管口有蓝色火焰,证明是H2;检测 b 管中产生的 O2的方法是:用拇指按住管口,取出试管,放开拇指,将带火星的木条伸入试管内复燃,证明是 O2;4A A 项两个装置都是原电池,负极都是活泼金属,依据原电池原理可知,原电池对正极起到了爱惜作用,故 A 正确; B 项中的负极反应为 Zn2e=Zn2,故 B 错误; C 项中的正极反应为 2H2e=H2,故 C 错误; D 项中不能生成蓝色沉淀; 5C A 项,未通电时是原电池,但电镀过程并不是原电池的充电过程,故 A 错误; B 项,消耗锌时转移的电子与通过的电量有确定的关系,故锌的析出量与通过的电量有确定关系,故 B 错误; C项,电镀时保持电
29、流恒定,有利于保证电镀的质量,温度不影响电解的速率,故 C 正确; D 项,镀锌层破旧后与铁构成了原电池,锌作负极被腐蚀,爱惜了铁,故 D 错误; 6B Cl由 b 区向 a 区迁移, A 错;正极反应为 O22H2O4e=4OH,B 正确;由题干知铁板发生吸氧腐蚀,铁作负极,发生氧化反应,因此 C 项错;铜镙丝钉作正极,因此 D 错;7B 钢管与电源正极连接,作电解池的阳极,被氧化而腐26 / 29 蚀,A 项错;铁在冷浓硝酸中表面生成一层致密的氧化物爱惜膜,从而爱惜内部不被腐蚀, B 项正确;钢管与铜管堆放在一起时,构成原电池,钢管作负极而易被腐蚀,C 项错;钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应:
30、 Fe2e=Fe2,D 项错; 81正 4OH4e=2H2O O2水削减的质量: 100 g 1错误 . 4.5 g,生成 O2的体积:错误 . 错误 . 22.4 L mol12.8 L16 碱性增大,由于相当于电解水 酸性增大,因 OH放电, H增多 酸碱性不变,相当于电解水2能连续进行,由于 CuSO4 溶液已转变为 H2SO4 溶液,反应也就变为水的电解反应;解读 1乙中 c 电极质量增加,就 c 处发生的反应为 Cu22e=Cu,即 c 处为阴极,由此可推出b 为阳极, a为阴极, M 为负极,N 为正极;丙中为 K 2SO4,相当于电解水,设电解的水的质量为x g;由电解前后溶质质
31、量相等有,100 10%100 x 10.47%,得 x4.5 g,故为 0.25 mol;由方程式 2H2O2=2H2O 可知,生成2 mol H 2O,转移 4 mol 电子,所以整个反应中转化 0.5 mol 电子,而整个电路是串联的,故每个烧杯中的电极上转移电子数是相等的;甲中为 NaOH,相当于电解 H2O,阳极 b 处为阴离子 OH放电,即4OH4e=2H2O O2 ;转移 0.5 mol 电子,就生成 O2 为0.5/40.125 mol,标况下的体积为0.125 mol 22.4 L mol 12.8 L;Cu22e=Cu,转移 0.5 mol 电子,就生成的 mCu0.5/2 mol 64 gmol116 g;甲中相当于电解水,故 NaOH 的浓度增大,pH 变大;乙中阴极为 Cu2放电,阳极为 OH放电,所以 H增多,故 pH 减小;丙中为电解水,对于 K 2SO4 而言,其 pH 几乎不变;2铜全部析出,可以连续电解 考点集训
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