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電極方程式的書寫和常見電源知識(shí)點(diǎn)一:.電極方程式書寫知識(shí)點(diǎn)一:.電極方程式書寫電極反應(yīng)式書寫的一般步驟:負(fù)極:活潑金屬失電子,看陽離子能否在電解液中大量存在。如果金屬陽離子不能與電解液中的離子共存,則進(jìn)行進(jìn)一步的反應(yīng)。例:甲烷燃料電池中,電解液為KOH,負(fù)極甲烷失8個(gè)電子生成CO2和H2O,但CO2不能與OH-共存,要進(jìn)一步反應(yīng)生成碳酸根。正極:①當(dāng)負(fù)極材料能與電解液直接反應(yīng)時(shí),溶液中的陽離子得電子。例:鋅銅原電池中,電解液為HCl,正極H+得電子生成H2。②當(dāng)負(fù)極材料不能與電解液反應(yīng)時(shí),溶解在電解液中的O2得電子。如果電解液呈酸性,O2+4e-+4H+==2H2O;如果電解液呈中性或堿性,O2+4e-+2H2O==4OH-。特殊情況:Mg-Al-NaOH,Al作負(fù)極。負(fù)極:Al-3e-+4OH-==AlO2-+2H2O;正極:2H2O+2e-==H2↑+2OH-Cu-Al-HNO3,Cu作負(fù)極。注意:Fe作負(fù)極時(shí),氧化產(chǎn)物是Fe2+而不可能是Fe3+;肼(N2H4)和NH3的電池反應(yīng)產(chǎn)物是H2O和N2無論是總反應(yīng),還是電極反應(yīng),都必須滿足電子守恒、電荷守恒、質(zhì)量守恒。pH變化規(guī)律:電極周圍:消耗OH-(H+),則電極周圍溶液的pH減小(增大);反應(yīng)生成OH-(H+),則電極周圍溶液的pH增大(減?。?。溶液:若總反應(yīng)的結(jié)果是消耗OH-(H+),則溶液的pH減?。ㄔ龃螅?;若總反應(yīng)的結(jié)果是生成OH-(H+),則溶液的pH增大(減?。?;若總反應(yīng)消耗和生成OH-(H+)的物質(zhì)的量相等,則溶液的pH由溶液的酸堿性決定,溶液呈堿性則pH增大,溶液呈酸性則pH減小,溶液呈中性則pH不變。書寫下列原電池的電極方程式1.Cu─H2SO4─Zn原電池正極:2H++2e-→H2↑負(fù)極:Zn-2e-→Zn2+總反應(yīng)式:Zn+2H+==Zn2++H2↑2.Cu─FeCl3─C原電池正極:2Fe3++2e-→2Fe2+負(fù)極:Cu-2e-→Cu2+總反應(yīng)式:2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+3.鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕正極:O2+2H2O+4e-→4OH-負(fù)極:2Fe-4e-→2Fe2+總反應(yīng)式:2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)24.氫氧燃料電池(中性介質(zhì))正極:O2+2H2O+4e-→4OH-負(fù)極:2H2-4e-→4H+總反應(yīng)式:2H2+O2==2H2O5.氫氧燃料電池(酸性介質(zhì))正極:O2+4H++4e-→2H2O負(fù)極:2H2-4e-→4H+總反應(yīng)式:2H2+O2==2H2O6.氫氧燃料電池(堿性介質(zhì))正極:O2+2H2O+4e-→4OH-負(fù)極:2H2-4e-+4OH-→4H2O總反應(yīng)式:2H2+O2==2H2O7.鉛蓄電池(放電)正極(PbO2):PbO2+2e-+SO42-+4H+→PbSO4+2H2O負(fù)極(Pb):Pb-2e-+SO42-→PbSO4總反應(yīng)式:Pb+PbO2+4H++2SO42-==2PbSO4+2H2O8.Al─NaOH─Mg原電池正極:6H2O+6e-→3H2↑+6OH-負(fù)極:2Al-6e-+8OH-→2AlO2-+4H2O總反應(yīng)式:2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑9.CH4燃料電池(堿性介質(zhì))正極:2O2+4H2O+8e-→8OH-負(fù)極:CH4-8e-+10OH-→CO32-+7H2O總反應(yīng)式:CH4+2O2+2OH-==CO32-+3H2O10.熔融碳酸鹽燃料電池(Li2CO3和Na2CO3熔融鹽作電解液,CO作燃料):正極:O2+2CO2+4e-→2CO32-(持續(xù)補(bǔ)充CO2氣體)負(fù)極:2CO+2CO32--4e-→4CO2總反應(yīng)式:2CO+O2==2CO211.銀鋅紐扣電池(堿性介質(zhì))正極(Ag2O):Ag2O+H2O+2e-→2Ag+2OH-負(fù)極(Zn):Zn+2OH--2e-→ZnO+H2O總反應(yīng)式:Zn+Ag2O==ZnO+2Ag例1.原電池的電極名稱不僅與電極材料的性質(zhì)有關(guān),也與電解質(zhì)溶液有關(guān)。下列說法中不正確的是A.由Al、Cu、稀硫酸組成原電池,其負(fù)極反應(yīng)式為Al-3e-===Al3+B.由Mg、Al、NaOH溶液組成原電池,其負(fù)極反應(yīng)式為Al-3e-+4OH-===AlOeq\o\al(-,2)+2H2OC.由Fe、Cu、FeCl3溶液組成原電池,其負(fù)極反應(yīng)式為Cu-2e-===Cu2+D.由Al、Cu、濃硝酸組成原電池,其負(fù)極反應(yīng)式為Cu-2e-===Cu2+答案:C例2.鋅銅原電池(如圖)工作時(shí),下列敘述正確的是A.正極反應(yīng)為Zn-2e-===Zn2+B.電池反應(yīng)為Zn+Cu2+===Zn2++CuC.在外電路中,電流從負(fù)極流向正極D.鹽橋中的K+移向ZnSO4溶液【答案】B例3.甲醇、空氣(含CO2),與碳酸鋰熔融鹽燃料電池。甲醇被氧化,因此通甲醇的一極是負(fù)極,CO32-參與反應(yīng)。負(fù)極反應(yīng):正極反應(yīng):總反應(yīng):例4.判斷下列原電池的正負(fù)極?并寫出正負(fù)極電極方程式例5.固體氧化物燃料電池是由美國西屋(Westinghouse)公司研制開發(fā)的。它以固體氧化鋯—氧化釔為電解質(zhì),這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2-)在其間通過。該電池的工作原理如圖所示,其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。下列判斷正確的是()A.有O2放電的a極為電池的負(fù)極B.有H2放電的b極為電池的負(fù)極C.a(chǎn)極對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-===4OH-D.該電池的總反應(yīng)方程式為2H2+O22H2O答案:BD知識(shí)點(diǎn)二、發(fā)展中的電源知識(shí)點(diǎn)二、發(fā)展中的電源1.鋅錳干電池(1)結(jié)構(gòu):鋅錳干電池是以鋅筒為負(fù)極,石墨棒為正極,在石墨棒周圍填充糊狀的MnO2和NH4Cl作電解質(zhì)。(2)原理:鋅錳電池是一次性電池,放電之后不能充電,內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)是不可逆的。負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)為Zn-2e-=Zn2+,正極發(fā)生的電極反應(yīng)為2MnO2+2NHeq\o\al(+,4)+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O。(3)缺陷與改進(jìn):鋅錳干電池電量小,而且在放電過程中容易發(fā)生氣漲或漏液,會(huì)導(dǎo)致電器設(shè)備的腐蝕。改進(jìn)措施:①在外殼套上防腐金屬筒或塑料筒制成防漏電池;②將電池內(nèi)的電解質(zhì)NH4Cl換成濕的KOH,并在構(gòu)造上進(jìn)行改進(jìn),制成堿性鋅錳電池。2.充電電池(1)充電電池又稱二次電池。充電電池在放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),在充電時(shí)又逆向進(jìn)行,生成物重新轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物,使充電、放電可在一定時(shí)間內(nèi)循環(huán)進(jìn)行。充電電池中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系是化學(xué)能eq\o(,\s\up11(放電),\s\do4(充電))電能。(2)常見的充電電池①鉛蓄電池負(fù)極是Pb,正極是PbO2,電解質(zhì)溶液是硫酸溶液,常作汽車電瓶,電壓穩(wěn)定,使用方便安全。②鎳鎘電池以Cd為負(fù)極,NiO(OH)為正極,以KOH為電解質(zhì),壽命比鉛蓄電池長(zhǎng),但鎘是致癌物質(zhì),廢棄鎳鎘電池如不回收,會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。③堿金屬中的Li是最輕的金屬,活潑性極強(qiáng),是制造電池的理想物質(zhì)。鋰離子電池是新一代可充電的綠色電池。3.燃料電池(1)燃料電池是通過燃料與氧化劑分別在兩個(gè)電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng),將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。(2)燃料電池與火力發(fā)電相比,其燃料的利用率高、能量轉(zhuǎn)化率高。與干電池或者蓄電池的主要差別在于反應(yīng)物不是儲(chǔ)存在電池內(nèi)部,而是由外設(shè)裝備提供燃料和氧化劑等。(3)以30%的KOH溶液為電解質(zhì)溶液的氫氧燃料電池的電極反應(yīng)如下:負(fù)極:2H2+4OH--4e-=4H2O(氧化反應(yīng));正極:O2+2H2O+4e-=4OH-(還原反應(yīng));總反應(yīng):2H2+O2=2H2O。例6.燃料電池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧氣(或空氣)起反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置,若電解質(zhì)溶液是強(qiáng)堿溶液,下面關(guān)于甲烷燃料電池的說法正確的是()A.負(fù)極反應(yīng)式:O2+2H2O+4e-===4OH-B.負(fù)極反應(yīng)式:CH4+8OH--8e-===CO2+6H2OC.隨著放電的進(jìn)行,溶液的氫氧根濃度不變D.放電時(shí)溶液中的陰離子向負(fù)極移動(dòng)解析O2+2H2O+4e-===4OH-應(yīng)為正極反應(yīng)式。燃料氧化生成的二氧化碳不可能從強(qiáng)堿溶液中逸出,它將進(jìn)一步反應(yīng)轉(zhuǎn)化成碳酸根。所以負(fù)極反應(yīng)式為CH4+10OH--8e-===COeq\o\al(2-,3)+7H2O。由于部分堿液和二氧化碳反應(yīng),所以溶液的c(OH-)將減小。答案D例7.燃料電池是目前電池研究的熱點(diǎn)之一?,F(xiàn)有某課外小組自制的氫氧燃料電池,如圖所示a、b均為惰性電極。下列敘述不正確的是()A.a(chǎn)極是負(fù)極,該電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B.b極反應(yīng)是O2+4OH--4e-===2H2OC.總反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H2+O2===2H2OD.氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源答案B解析a極通H2為負(fù)極,電極反應(yīng)式為2H2+4OH--4e-===4H2O發(fā)生氧化反應(yīng),A正確;b極通O2為正極,電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-===4OH-,B不正確;正負(fù)極電極反應(yīng)式相加得總反應(yīng)為2H2+O2===2H2O,C正確;氫氧燃料電池的能量高,且產(chǎn)物為水,對(duì)環(huán)境無污染,故是具有應(yīng)用前景的綠色電源,D正確。例8..對(duì)化學(xué)電源的敘述正確的是()A.化學(xué)電源比火力發(fā)電對(duì)化學(xué)能的利用率高B.化學(xué)電源所提供的電能居于人類社會(huì)現(xiàn)階段總耗電量的首位C.化學(xué)電源均是安全、無污染的D.化學(xué)電源即為可充電電池答案A解析由于是化學(xué)能與電能的直接轉(zhuǎn)化,節(jié)省了許多中間環(huán)節(jié),所以化學(xué)電源對(duì)化學(xué)能的利用率比火力發(fā)電高得多,但火力發(fā)電仍居世界耗電量的首位;化學(xué)電源一般較安全,但含重金屬的電源如果隨意丟棄,將會(huì)給環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染;有些化學(xué)電源是可充電電源(如鎳鎘電池),有些是不可充電的(如干電池)。例9.廢電池處理不當(dāng)不僅造成浪費(fèi),還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染,對(duì)人體健康也存在極大的危害。有同學(xué)想變廢為寶,他的以下想法你認(rèn)為不正確的是()A.把鋅皮取下洗凈用于實(shí)驗(yàn)室制取氫氣B.碳棒取出洗凈用作電極C.把銅帽取下洗凈回收利用D.電池內(nèi)部填有NH4Cl等化學(xué)物質(zhì),將廢電池中的黑色糊狀物作化肥施用答案D解析雖然氯化銨是一種化學(xué)肥料,但電池內(nèi)部還有其他有害物質(zhì),如果用作化肥,會(huì)污染土壤,進(jìn)入生物鏈后,影響人體健康。隨堂練習(xí):隨堂練習(xí):一、選擇題1.固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯-氧化釔為電解質(zhì),這種固體電解質(zhì)在高溫下允許O2-在其間通過。該電池的工作原理如下圖所示,其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。下列判斷正確的是()①多孔電極a為負(fù)極②a極對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-==4OH-③b極的電極反應(yīng)式為H2-2e-+O2-==H2O④該電池的總反應(yīng)式為2H2+O22H2OA.①②B.②④C.②③D.③④2.下列關(guān)于反應(yīng)4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2↑的敘述中,正確的是A.SOCl2既是氧化劑又是還原劑,Li是還原劑B.若2molSOCl2參加反應(yīng),則轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為8NA(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)C.若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)成電池,則SOCl2在正極發(fā)生反應(yīng)D.若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)成電池,則可用稀硫酸作電解質(zhì)溶液3.一種新型燃料電池,一極通入空氣,另一極通入丁烷氣體,電解質(zhì)是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體,在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2-。對(duì)該燃料的說法正確的是A.在熔融電解質(zhì)中,O2-由負(fù)極移向正極B.電池的總反應(yīng)是:2C4H10+13O28CO2+10H2OC.通入空氣的一極是正極,電極反應(yīng)為:O2+4e-=2O2-D.通入丁烷的一極是正極,電極反應(yīng)為:C4H10+26e-+13O2-=4CO2↑+5H2O4.科學(xué)家模仿植物的光合作用,開發(fā)出了利用太陽光、水及二氧化碳(CO2)合成甲烷(CH4)的人工光合系統(tǒng),其工作原理如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A.GaN為負(fù)極,Cu為正極B.該裝置中只存在兩種能量的轉(zhuǎn)化C.GaN電極的電極反應(yīng)式為2H2O-4e-=4H++O2↑D.該裝置工作時(shí),H+向Cu電極移動(dòng)5.科學(xué)家近年來研制出一種新型細(xì)菌燃料電池,利用細(xì)菌將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為氫氣,氫氣進(jìn)入以磷酸為電解質(zhì)的燃料電池發(fā)電。電池正極反應(yīng)為:A.O2+4H++4e-=2H2OB.H2=2H++2e-C.O2+2H2O+4e-=4OH-D.H2+2OH-=2H2O+2e-6.如圖所示的原電池裝置中,X,Y為兩電極,電解質(zhì)溶液為稀硫酸,外電路中的電子流向如圖所示,對(duì)此裝置的下列說法正確的是()A.外電路的電流方向?yàn)椋篨→外電路→YB.若兩電極分別為Zn和碳棒,則X為碳棒,Y為ZnC.若兩電極都是金屬,則它們的活動(dòng)性強(qiáng)弱為X>YD.X極上發(fā)生的是還原反應(yīng),Y極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)7.據(jù)報(bào)道,美國正在研究的鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池。鋅電池具有容量大、污染少等優(yōu)點(diǎn)。電池反應(yīng)為2Zn+O2=2ZnO,原料為鋅粒、電解液和空氣。下列敘述正確的是()A.鋅為正極,空氣進(jìn)入負(fù)極反應(yīng)B.負(fù)極反應(yīng)為Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O[Z.X.X.K]C.正極發(fā)生氧化反應(yīng)D.電解液肯定是強(qiáng)酸8.某MCFC型燃料電池可同時(shí)供應(yīng)電和水蒸汽,其工作溫度為600℃~700℃,所用燃料為氫氣,電解質(zhì)為熔融的K2CO3。該電池的總反應(yīng)為:2H2+O2=2H2O,負(fù)極電極反應(yīng)式為:H2+CO32——2e—H2O+CO2。則下列判斷中正確的是()A.放電時(shí)CO32—向負(fù)極移動(dòng)B.放電時(shí)CO32—向正極移動(dòng)C.正極反應(yīng):4OH——4e—=2H2O+O2↑D.當(dāng)電池中生成1mol水時(shí),轉(zhuǎn)移4mol電子9.氫氧燃料電池是一種新能源。下圖為氫氧燃料電池示意圖。下列說法不正確的是()A.電子由B極通過導(dǎo)線流向A極B.A極是負(fù)極,B極是正極C.該裝置能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D.產(chǎn)物為無污染的水,屬于環(huán)境友好電池10.二甲醚(CH3OCH3)是一種綠色、可再生的新能源。下圖是綠色電源“燃料電池”的工作原理示意圖(a、b均為多孔性Pt電極)。該電池工作時(shí),下列說法錯(cuò)誤的是()A.a(chǎn)電極為該電池負(fù)極B.O2在b電極上得電子,被氧化C.電池工作時(shí),a電極反應(yīng)式:CH3OCH3—12e-+3H2O=2CO2↑+12H+D.電池工作時(shí),燃料電池內(nèi)部H+從a電極移向b電極二、非選擇題11.鉛蓄電池是常用的化學(xué)電源,其電極材料分別是Pb和PbO2,電解液為稀硫酸。放電時(shí),該電池總反應(yīng)式為:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。請(qǐng)根據(jù)上述情況判斷:(1)該蓄電池的負(fù)極材料是_________,放電時(shí)發(fā)生_________(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)。(2)該蓄電池放電時(shí),電解質(zhì)溶液的酸性_________(填“增大”、“減小”或“不變”),電解質(zhì)溶液中陰離子移向_________(填“正”或“負(fù)”)極。(3)已知硫酸鉛為不溶于水的白色固體,生成時(shí)附著在電極上。試寫出該電池放電時(shí),正極的電極反應(yīng)_______________________________________(用離子方程式表示)。(4)氫氧燃料電池具有啟動(dòng)快、效率高等優(yōu)點(diǎn),其能量密度高于鉛蓄電池。若電解質(zhì)為KOH溶液,則氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為____________________。該電池工作時(shí),外電路每流過1×103mole-,消耗標(biāo)況下氧氣_________m3。12.依據(jù)氧化還原反應(yīng):2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。請(qǐng)回答下列問題:(1)電極X的材料是______;電解質(zhì)溶液Y是________;(2)銀電極為電池的極,發(fā)生的電極反應(yīng)為;X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為_______反應(yīng);(填“氧化”或“還原”)(3)外電路中的電子(填“流出”或“流向”)Ag電極。(4)當(dāng)有1.6g銅溶解時(shí),銀棒增重______g。
課后作業(yè):課后作業(yè):一、選擇題1.下圖是氫氧燃料電池構(gòu)造示意圖。關(guān)于該電池的說法,不正確的是()A.a(chǎn)極是負(fù)極B.該電池總反應(yīng)為2H2+O22H2OC.電子由b通過燈泡流向aD.氫氧燃料電池是環(huán)保電池2.下列說法中正確的是()①燃料電池的反應(yīng)物可不儲(chǔ)存在電池的內(nèi)部②鋅錳干電池是一次電池,鉛蓄電池是二次電池③鋰電池是新一代可充電電池④燃料電池作為汽車驅(qū)動(dòng)能源已研發(fā)成功A.②③④ B.①②③④C.①②③ D.①③④3.下列有關(guān)電池的說法不正確的是()A.手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池B.銅鋅原電池工作時(shí),電子沿外電路從銅電極流向鋅電極C.甲醇燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D.鋅錳電池中,鋅電極是負(fù)極4.如下圖所示為普通鋅錳電池(即“干電池”)的組成和結(jié)構(gòu)示意圖,其中MnO2的作用是吸收正極放出的H2,下列說法正確的是()A.鋅是正極,MnO2是負(fù)極B.鋅是負(fù)極,MnO2是正極C.鋅是正極,石墨是負(fù)極D.鋅是負(fù)極,石墨是正極5.我國首創(chuàng)的海洋電池以鋁板為負(fù)極,鉑網(wǎng)為正極,海水為電解質(zhì)溶液,空氣中的氧氣與鋁反應(yīng)產(chǎn)生電流,電池總反應(yīng):4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3。下列說法不正確的是()A.正極反應(yīng)式:2H2O+O2+4e-===4OH-B.電池工作時(shí),電流由鋁電極沿導(dǎo)線流向鉑電極C.以網(wǎng)狀的鉑為正極,可增大與氧氣的接觸面積D.該電池通常只需要更換鋁板就可繼續(xù)使用6.燃燒電池是利用燃燒(如H2、CO、CH4等)跟氧氣或空氣反應(yīng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。電解質(zhì)溶液是強(qiáng)堿溶液。下列關(guān)于甲烷的燃料電池說法中正確的為()
A.負(fù)極反應(yīng):O2+2H2O+4e-=4OH-
B.負(fù)極反應(yīng):CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O
C.隨著放電進(jìn)行,溶液的OH-濃度
D.放電時(shí)溶液中的陰離子向正極移動(dòng)7.關(guān)于化學(xué)電源的敘述,錯(cuò)誤的是()A.化學(xué)電源均是根據(jù)原電池的工作原理設(shè)計(jì)的B.在干電池中,碳棒只起導(dǎo)電作用,并不參與化學(xué)反應(yīng)C.鎳鎘電池不能隨意丟棄的主要原因是鎳、鎘的資源有限,價(jià)格昂貴D.燃料電池是一種高效、環(huán)保的新型化學(xué)電源8.制造地球衛(wèi)星用到的一種高能電池—銀鋅蓄電池,其電池的電極反應(yīng)式為:2Zn+2OH--2e-2ZnO+H2↑,Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。據(jù)此判斷氧化銀是()A.負(fù)極,并被氧化 B.正極,并被還原C.負(fù)極,并被還原 D.正極,并被氧化9.有人預(yù)言:H2是21世
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