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第08讲 化学反应与电能-2022-2023学年高一化学精讲精练(人教版2019必修第二册)(原卷版)
第08讲 化学反应与电能-2022-2023学年高一化学精讲精练(人教版2019必修第二册)(原卷版)
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化学反应与电能考点精讲1.火力发电(1)火力发电原理:通过燃烧时发生的氧化还原反应,使能转化为,加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机,带动发电。间接实现了转化为电能。(2)能量转换过程:能能能能。其中能量转换的关键环节是。2.化学能直接转化为电能——原电池(1)定义:把能转化为能的装置叫原电池。(2)原理:负极:发生反应,电子。正极:发生反应,电子。3.原电池的生活示例——水果电池(1)水果电池中,水果的作用是。(2)水果电池中,选择电极材料时应注意两电极不能相同,其中有一电极为活泼金属如Al、Fe等,另一电极可以是Cu片或等。4.常见的化学电源(1)锌锰干电池①结构:锌锰干电池是以锌筒作极,石墨棒作极,在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作。②原理:锌锰干电池属于电池,放电之后充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)。负极发生的电极反应为,正极发生的电极反应为2MnO2+2NH+2e-===Mn2O3+2NH3↑+H2O。(2)充电电池①充电电池属于电池。有些充电电池在放电时所进行的反应,在充电时可以 进行,生成物重新转化为反应物,使充电、放电可在一定时间内循环进行。②常见充电电池:铅酸蓄电池、、锂离子电池等。考点1:原电池的工作原理1.原电池的构成条件——“两极一液一线一反应”(1)两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属如碳棒)。(2)一液——电解质溶液(或熔融的电解质)。(3)一线——形成闭合回路。(4)一反应——能自发进行的氧化还原反应。2.原电池的工作原理思维模型(1)电子的移动方向:从负极流出,经导线流向正极。(2)离子的移动方向:阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。【注意】①电子只能在导线中定向移动,离子只能在电解质溶液或熔融电解质中定向移动。(简记为:电子不下水,离子不上岸)②负极区失电子带正电,所以带负电的阴离子移向负极,电子流向正极后正极带负电,所以溶液中带正电的阳离子移向正极。(简记为:负负、正正)【例1】(原电池的认识)下列装置能形成原电池的是( )【例2】(正负极的判断)如图所示,两电极一为碳棒,一为铁片,若电流表的指针发生偏转,且a极上有大量气泡生成,则下列叙述正确的是( ) A.a为负极,是铁片,烧杯中的溶液为稀硫酸B.b为负极,是铁片,烧杯中的溶液为硫酸铜溶液C.a为正极,是碳棒,烧杯中的溶液为稀硫酸D.b为正极,是碳棒,烧杯中的溶液为硫酸铜溶液【例3】(1)下列装置属于原电池的是________。(2)在选出的原电池中,________是负极,发生________反应,________是正极,该极的现象是________________________________________________________________________。(3)此原电池反应的化学方程式为___________________________________________。原电池正、负极判断方法(1)据电极材料——活泼的易失电子的为负极,不活泼的为正极。(2)据电子的流向——电子流出的为负极,电子流入的为正极。(3)据化学反应——失电子发生氧化反应的为负极,得电子发生还原反应的为正极。(4)据电极现象——溶解的为负极,产生气体或固体析出的为正极。(5)据阴阳离子的定向移动——阳离子流向正极,阴离子流向负极。1.“储存”在物质内部的化学能可通过原电池转化为电能,如图所示是某同学设计的几种装置,其中能构成原电池的是()A.③⑤⑦B.③④⑤C.④⑤⑦D.②⑤⑥2.下列关于原电池的叙述中,错误的是()A.原电池是将化学能转化为电能的装置B.用导线连接的两种不同金属同时插入液体中,能形成原电池 C.在原电池中,电子流出的一极是负极,发生氧化反应D.在原电池中,电子流入的一极是正极,发生还原反应3.已知空气—锌电池的电极反应为:锌片:Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O;碳棒:O2+H2O+2e-=2OH-,据此判断,锌片是()A.负极,被氧化B.正极,被氧化C.负极,被还原D.正极,被还原4.人造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池,其电池的电极反应式为Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-。据此判断氧化银是( )A.负极,并被氧化 B.正极,并被还原C.负极,并被还原D.正极,并被氧化5.下列有关原电池的说法中,正确的是( )A.铝片和镁片用导线连接后插入NaOH溶液中,镁片较活泼,作负极B.铝片和铜片用导线连接后插入浓硝酸中,铜作负极C.镀锌铁和镀锡铁的镀层破损后,前者较易被腐蚀D.将反应2Fe3++Fe===3Fe2+设计为原电池,则可用锌片作负极,铁片作正极,FeCl3溶液作电解质考点2:原电池原理的应用1.原电池原理的应用(1)比较金属活动性:作负极的金属活动性强,作正极的金属活动性弱。(2)改变化学反应速率如:在Zn和稀硫酸反应时,滴加少量CuSO4溶液,则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正、负极,从而加快Zn与稀硫酸反应的速率。(3)设计原电池如:把Fe+2Fe3+===3Fe2+设计成原电池,可用Fe作负极,铜(或石墨)作正极,FeCl3溶液作电解质溶液。(4)保护金属设备如:船体是钢铁材料,在海水中易被腐蚀,在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如Zn),则构成以Zn、Fe为电极的原电池,Zn被消耗掉而Fe得到保护。2.设计原电池的一般思路(1)将已知氧化还原反应拆分成两个半反应氧化反应:还原剂-ne-===氧化产物还原反应:氧化剂+ne-===还原产物 正极反应式+负极反应式===电池总反应式(2)根据总反应式并结合两个半反应,找出正、负极材料及电解质溶液。①电极材料的选择:选活泼性较强的金属作负极,活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。②电解质溶液的选择:电解质溶液一般要能与负极发生反应,可参照总反应式选择电解质溶液。【例4】(比较金属的活动性强弱)有A、B、C、D四块金属片,进行如下实验:①A、B用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,A极为负极;②C、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,电流由D→导线→C;③A、C用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,C极产生大量气泡;④B、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,D极发生氧化反应。据此判断四种金属的活动性顺序为( )A.A>B>C>D B.A>C>D>BC.C>A>B>DD.B>D>C>A【例5】(设计原电池)利用化学反应:Fe+CuSO4===FeSO4+Cu,可以设计出一种原电池。该原电池工作时( )A.Fe为正极B.Cu为负极C.负极上发生氧化反应D.正极上发生氧化反应【例6】(改变化学反应速率)100mL2mol·L-1的盐酸与过量的锌反应,为加快速率,又不影响产生氢气的总量,可采用的方法是( )A.加入适量的6mol·L-1的盐酸B.加入数滴氯化铜溶液C.加入适量的蒸馏水D.加入适量的氯化钠溶液1.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:实验装置部分实验现象a极质量减小,b极质量增大b极有气体产生,c极无变化d极溶解,c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )A.a>b>c>d B.b>c>d>a C.d>a>b>cD.a>b>d>c2.如图所示装置,电流表指针发生偏转,同时A极逐渐变粗,B极逐渐变细,C为电解质溶液,则A、B、C应是下列各组中的( )A.A是Zn,B是Cu,C为稀硫酸B.A是Cu,B是Zn,C为稀硫酸C.A是Fe,B是Ag,C为稀AgNO3溶液D.A是Ag,B是Fe,C为稀AgNO3溶液3.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,下列叙述正确的是()A.装置甲中铜片表面产生气泡B.装置乙中向铜片移动C.装置乙中电子从铜片经导线流向锌片D.装置乙中正极的电极反应式:4.利用反应Zn+CuSO4===Cu+ZnSO4,设计一个原电池。(1)选用______为负极材料,_______为正极材料,电解质溶液为________。(2)写出电极反应式:负极________________,正极___________________________。(3)试画出上述装置图。考点3:化学电池【例7】(化学电池的分类)下列电池不属于二次电池的是( )ABCD手机用锂电池电动汽车用电池铅酸蓄电池锌锰干电池【例8】(燃料电池)氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上,其反应原理示意图如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法,正确的是( ) A.该电池工作时电能转化为化学能B.该电池中电极a是正极C.外电路中电子由电极b通过导线流向电极aD.该电池的总反应:2H2+O2===2H2O几种电池的特点比较名称干电池(一次电池)充电电池(二次电池)燃料电池特点①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后,不能再使用②电解质溶液为胶状,不流动①放电后可再充电使活性物质获得再生②可以多次充电,重复使用①电极本身不包含活性物质,只是一个催化转换元件②工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等1.下列有关电池的叙述正确的是( )A.水果电池是高效环保的家用电池B.锌锰干电池是一种常用的二次电池C.锌锰干电池中碳棒是负极,锌是正极D.锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄2.下列说法中正确的是( )A.碱性锌锰电池是二次电池B.铅酸蓄电池是一次电池C.二次电池又叫蓄电池,它放电后可以再充电使活性物质获得再生D.燃料电池的活性物质储存在电池内考点4:电极反应式的书写1.书写电极反应式时遵循的原则原电池电极反应均是氧化还原反应,因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒,两电极反应式相加得电池总反应。2.电极反应式的书写 (1)负极反应式的书写先判断负极材料,然后分析其反应特点,并注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。(2)正极反应式的书写①首先判断在正极发生反应的物质。当负极材料与电解质溶液能自发地发生化学反应时,在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒;当负极材料与电解质溶液不能自发地发生化学反应时,在正极上发生电极反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。②然后根据具体情况写出正极反应式,在书写正极反应式时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题,若参加反应要书写叠加式。3.书写电极反应式的基本类型(1)题目给定原电池的装置图,未给总反应式。①首先找出原电池的正、负极,即分别找出氧化剂和还原剂。②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。③写出电极反应式,将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得总反应式。(2)题目中给出原电池的总反应式。①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况,找出氧化剂及其对应的还原产物,氧化剂发生的反应即为正极反应;找出还原剂及其对应的氧化产物,还原剂发生的反应即为负极反应。②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时,还应考虑电解质是否参与了反应。③若有一个电极反应式较难写出,可先写出较易写出的电极反应式,然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。【例9】铅酸蓄电池是化学电源,其电极材料分别是Pb和PbO2,电解液为稀硫酸。工作时该电池总反应式为Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。根据上述情况判断:(1)工作时,电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)工作时,电解质溶液中的阴离子移向________极。(3)电流方向从______极流向______极。(4)写出负极的电极反应式:___________________________________________________。(5)当铅酸蓄电池向外电路提供1mol电子时,理论上负极板的质量增加________g。【例10】如图所示,可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。 试回答下列问题:(1)酸式电池的电极反应:负极:_______________________________________________,正极:__________________________________________________________;电池总反应:___________________________________________________;电解质溶液pH的变化为________(填“变大”“变小”或“不变”)。(2)碱式电池的电极反应:负极:_______________________________________________,正极:_______________________________________________________________;电池总反应:______________________________________________________;电解质溶液pH的变化为__________(填“变大”“变小”或“不变”)。1.氢氧燃料电池中电极反应氢氧燃料电池在不同的介质中的总反应式相同,均为2H2+O2===2H2O。但正、负极反应式与电解质溶液有关,正、负极反应式归纳如下:电解质溶液负极正极酸性(H+)H2-2e-===2H+O2+4H++4e-===2H2O中性(Na2SO4)H2-2e-===2H+O2+2H2O+4e-===4OH-碱性(OH-)H2-2e-+2OH-===2H2OO2+2H2O+4e-===4OH-2.甲烷燃料电池中电极反应甲烷燃料电池在不同的介质中的总反应式不相同,在酸性条件下,总反应为CH4+2O2===CO2+2H2O;在碱性条件下,总反应为CH4+2O2+2OH-===CO+3H2O。在不同电解质中正负极反应式归纳如下:电解质溶液负极正极酸性(H+)CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+2O2+8e-+8H+===4H2O 碱性(OH-)CH4-8e-+10OH-===CO+7H2O2O2+8e-+4H2O===8OH-1.汽车的启动电源常用铅酸蓄电池,放电时的电池反应如下:PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4↓+2H2O,根据此反应判断下列叙述中正确的是( )A.PbO2是电池的负极B.负极反应式为Pb+SO-2e-===PbSO4↓C.PbO2得电子,被氧化D.电池放电时,溶液酸性增强2.一种燃料电池中发生的化学反应为酸性溶液中甲醇(CH3OH)与氧反应生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是( )A.CH3OH+O2-2e-===H2O+CO2+2H+B.O2+4H++4e-===2H2OC.CH3OH+H2O-6e-===CO2+6H+D.O2+2H2O+4e-===4OH-3.日常所用干电池的电极分别为石墨棒(上面有铜帽)和锌皮,以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2),电极反应式可简化为Zn-2e-=Zn2+,2NH4++2e-=2NH3↑+H2↑(NH3与Zn2+能反应生成一种稳定的物质)。根据上述判断,下列结论正确的是()①锌为负极,石墨为正极;②干电池可以实现化学能向电能的转化和电能向化学能的转化;③工作时,电子由石墨极经过外电路流向锌极;④长时间连续使用时,内装糊状物可能流出而腐蚀用电器A.①③B.②③C.③④D.①④4.银锌纽扣电池,其电池的电池反应式为:Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag下列说法不正确的是A.锌作负极 B.正极发生还原反应C.电池工作时,电流从Ag2O经导线流向ZnD.负极的电极方程式为:Zn-2e-=Zn2+5.(1)Cu、Fe作两极,稀硫酸作电解质溶液的原电池中:①Cu作______极,②Fe作_______极。③电极反应式是:负极:___________;正极_________________④总反应式是_________________。(2)技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种,它们放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O。酸式电池中电解质是酸,其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+,则其正极反应式为___________________。碱式电池的电解质是碱,其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-,则其负极反应可表示为___________________。(3)氢气是燃料电池最简单的燃料,虽然使用方便,却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物,如:甲烷、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式:_______________,此时电池内总的反应式:_________ 1.下列关于原电池的叙述正确的是( )A.构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属B.原电池是将化学能转变为电能的装置C.在原电池中,电子流出的一极是负极,该电极被还原D.原电池放电时,电流的方向是从负极到正极2.下面是四个化学反应,你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是( )A.2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑B.2H2+O22H2OC.Mg3N2+6H2O===3Mg(OH)2+2NH3↑D.CH4+2O2CO2+2H2O3.科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机酸转化为氢气,氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电,电池负极反应式为( )A.H2+2OH--2e-===2H2OB.O2+4H++4e-===2H2OC.H2-2e-===2H+D.O2+2H2O+4e-===4OH-4.如图为某原电池的示意图,下列说法正确的是( )A.铜片作负极B.溶液的颜色逐渐变浅C.电子由铜棒流出D.锌片上发生还原反应5.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是( )A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极C.两烧杯中溶液的pH均增大 D.产生气泡的速率甲比乙慢6.“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极,向极板上滴加食盐水后电池便可工作,电池反应为2Mg+O2+2H2O===2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是( )A.镁片作为正极B.食盐水作为电解质溶液C.电池工作时镁片逐渐被消耗D.电池工作时实现了化学能向电能的转化7.最早使用的化学电池是锌锰电池,即大家熟悉的干电池,其结构如图所示。尽管这种电池的历史悠久,但对于它的化学过程人们尚未完全了解。一般认为,放电时,电池中的反应如下:E极:2MnO2+2e-+2NH===Mn2O3+H2O+2NH3↑F极:Zn-2e-===Zn2+总反应式:2MnO2+Zn+2NH===Mn2O3+Zn2++2NH3↑+H2O下列说法正确的是( )A.E极是电池的正极,发生的是氧化反应B.F极是电池的负极,发生的是氧化反应C.从结构上分析,锌锰电池应属于可充电电池D.锌锰电池内部发生的氧化还原反应是可逆的8.如图所示进行实验,下列说法不正确的是( )A.装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生B.甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能C.装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转 D.装置乙中负极的电极反应式:Zn-2e-===Zn2+6.MgH2O2电池是一种化学电源,以Mg和石墨为电极,海水为电解质溶液,示意图如图。下列说法不正确的是( )A.石墨电极是该电池的正极B.石墨电极上发生还原反应C.Mg电极的电极反应式:Mg-2e-===Mg2+D.电池工作时,电子从Mg电极经导线流向石墨电极,再从石墨电极经电解质溶液流向Mg电极10.金属(M)空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )A.金属M作电池负极B.电解质是熔融的MOC.正极的电极反应:O2+4e-+2H2O===4OH-D.电池反应:2M+O2+2H2O===2M(OH)211.某原电池的离子方程式是Zn+Cu2+===Zn2++Cu,该原电池正确的组成是( )选项正极负极电解质溶液ACuZnHClBZnCuCuSO4CCuZnCuSO4DCuZnZnCl212.据报道,锌电池可能会取代目前广泛使用的铅蓄电池,因为锌电池容量更大,而且没有铅污染。其电池反应为2Zn+O2===2ZnO,原料为锌粒、电解液和空气。则下列叙述正确的是( )A.锌为正极,空气进入负极反应B.负极反应为Zn-2e-===Zn2+C.正极发生氧化反应D.电解液为强酸溶液13.如图所示的装置中,M为活动性顺序位于氢之前的金属,N为石墨棒。下列关于此装置的叙述中,不正确的是( )A.N上有气体放出B.M为负极,N为正极 C.化学能转变为电能的装置D.导线中有电流通过,电流方向由M到N14.微型钮扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池,其电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH,电极反应为Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O;Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-。根据上述反应式,判断下列叙述中正确的是( )A.使用过程中,溶液中的OH-向Ag2O极移动B.使用过程中,电子由Ag2O极经外电路流向Zn极C.Zn是负极,Ag2O是正极D.Zn电极发生还原反应,Ag2O电极发生氧化反应15.根据下列实验事实:①X+Y2+===X2++Y;②Z+2H2OZ(OH)2+H2↑;③Z2+的氧化性比X2+弱;④由Y、W电极组成原电池,电极反应为W2++2e-===W,Y-2e-===Y2+,可知X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是( )A.X>Z>Y>WB.Z>W>X>YC.Z>X>Y>WD.Z>Y>X>W16.有A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。装置现象二价金属A不断溶解C的质量增加A上有气体产生根据实验现象回答下列问题:(1)装置甲中负极的电极反应式是________________________________________。(2)装置乙中正极的电极反应式是________________________________________。(3)装置丙中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是____________________________________。17.锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。回答下列问题:(1)外电路的电流方向是由________(填字母,下同)极流向________极。 (2)电池正极反应式为__________________________________________________。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂?________(填“是”或“否”),原因是____________________________________________________________________________________________。18.铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式:________________________________________________________________________。(2)若将(1)中的反应设计成原电池,请画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应式。正极反应:______________________________________________________________;负极反应:______________________________________________________________。19.现有如下两个反应:(A)NaOH+HCl===NaCl+H2O (B)Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+(1)根据两反应本质,判断能否设计成原电池?________。(2)如果不能,说明其原因:____________。(3)如果可以,则写出正、负极材料,其电极反应式及反应类型(“氧化”或“还原”),电解质溶液名称:负极:________,____________,________。正极:________,____________,________。电解质溶液:___________________________________________________________。若导线上转移电子1mol,则正极质量增加________g。20.为了探究原电池的工作原理,某化学学习小组设计了一组实验,其装置如图所示:回答下列问题:(1)根据原电池原理填写下表:装置序号正极负极反应式阳离子移动方向甲乙 丙丁戊(2)电极类型除与电极材料的性质有关外,还与___________有关。(3)根据上述电池分析,负极材料是否一定参加电极反应?______(填“一定”或“不一定”),用上述电池说明:______________________________________________。(4)上述电池放电过程中,电解质溶液酸碱性的变化:甲________,丙________,戊________(填“酸性减弱”或“碱性减弱”)。
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高中 - 化学
发布时间:2023-08-04 13:18:01
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文章作者:王贵娥
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