高中化學(xué) 第二章 元素與物質(zhì)世界 第1節(jié) 元素與物質(zhì)的分類學(xué)案 魯科版必修1.doc
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第1節(jié) 元素與物質(zhì)的分類 1.元素與物質(zhì)的關(guān)系 (1)元素是物質(zhì)的基本組成成分 ①元素是物質(zhì)的基本組成成分,物質(zhì)都是由元素組成的。 ②每一種元素都能自身組成單質(zhì),如氯元素形成氯單質(zhì)(Cl2),鈉元素形成鈉單質(zhì)(Na)等等;有的元素還能形成多種單質(zhì),如氧元素可以形成氧氣(O2)和臭氧(O3)兩種單質(zhì)。 ③絕大多數(shù)元素都能與其他元素組成化合物,如氯化鈉(NaCl)、氫氧化鉀(KOH)等。 ④相同的元素也可組成不同的化合物,如CO與CO2、Na2O2與Na2O等。 所以,元素的原子可以按照一定的規(guī)律以不同的種類和不同的方式進(jìn)行組合,如含碳的物質(zhì): 其中,目前已發(fā)現(xiàn)的有機(jī)物已有三千多萬種。 (2)元素在物質(zhì)中的存在形態(tài) 根據(jù)元素存在的物質(zhì)種類不同,一般把元素分成兩種存在形態(tài): ①游離態(tài):元素在單質(zhì)中的存在形態(tài)。 ②化合態(tài):元素在化合物中的存在形態(tài)。 例如,鐵元素在金屬鐵中呈游離態(tài),在三氧化二鐵中呈化合態(tài)。同種元素在不同的化合物中可能呈現(xiàn)不同的價(jià)態(tài)。例如,鐵元素在氯化亞鐵中呈現(xiàn)+2價(jià),在三氯化鐵中呈現(xiàn)+3價(jià)。對于元素的同一價(jià)態(tài),總有一定的對應(yīng)物質(zhì)。例如,對應(yīng)+2價(jià)的碳元素,有CO;對應(yīng)+4價(jià)的碳元素,有CO2、H2CO3、CaCO3等。 【例1】 下列說法中不正確的是( ) A.一種元素可能形成兩種或多種不同的單質(zhì) B.單質(zhì)的種數(shù)一定多于元素的種數(shù) C.只含一種元素的物質(zhì)不一定是純凈物 D.只含碳元素的物質(zhì)在氧氣中燃燒只能生成一種物質(zhì) 解析:物質(zhì)是由元素構(gòu)成的,一種元素可能形成兩種或多種不同的單質(zhì),因而只含一種元素的物質(zhì)不一定是純凈物。例如,碳元素可構(gòu)成金剛石、石墨、足球烯等單質(zhì),單一的單質(zhì)為純凈物,多種單質(zhì)混在一起則為混合物。同樣的原理可推得單質(zhì)的種類一定多于元素的種數(shù)。只含碳元素的物質(zhì)(如金剛石、石墨、足球烯)在氧氣中燃燒,根據(jù)與氧氣的相對多少,可能生成二氧化碳,也可能生成一氧化碳,還可能生成二氧化碳和一氧化碳的混合物。 答案:D 理解元素與物質(zhì)的關(guān)系時(shí)要注意:將物質(zhì)分為純凈物和混合物的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)組成物質(zhì)的種類是否單一,而不是根據(jù)元素的種類多少。 2.物質(zhì)的分類 對物質(zhì)進(jìn)行有效的分類在化學(xué)學(xué)習(xí)中有著重要的意義。因?yàn)槲镔|(zhì)的種類繁多,數(shù)量巨大,不可能逐一研究。對物質(zhì)進(jìn)行科學(xué)分類再分門別類地研究它們的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途,則容易找到有關(guān)規(guī)律,把握物質(zhì)的本質(zhì)屬性和內(nèi)在聯(lián)系,最大限度地服務(wù)于人類社會(huì)。 根據(jù)研究的需要,可以從多種角度對物質(zhì)進(jìn)行分類,并得到不同的分類結(jié)果。 (1)根據(jù)物質(zhì)由一種還是兩種以上物質(zhì)(分子)組成,將物質(zhì)分為純凈物和混合物。由同種物質(zhì)(分子)組成的物質(zhì)叫純凈物;由不同種物質(zhì)混合而成的物質(zhì)叫混合物。 (2)根據(jù)組成物質(zhì)的元素種類,把純凈物分為單質(zhì)和化合物。 (3)化合物的分類方法有很多,按性質(zhì)不同可分為氧化物、酸、堿和鹽,這是一種重要的分類方法,但并不是唯一的分類方法。如根據(jù)其在水溶液中或熔融狀態(tài)下能否導(dǎo)電,可分為電解質(zhì)和非電解質(zhì);根據(jù)其組成與結(jié)構(gòu)可分為離子化合物和共價(jià)化合物;根據(jù)其反應(yīng)過程中化合價(jià)的變化可分為氧化劑和還原劑等。 (4)根據(jù)混合物中被分散物質(zhì)的顆粒大小,可將其分為溶液、濁液和膠體。 (5)根據(jù)物質(zhì)的組成和性質(zhì)可將物質(zhì)進(jìn)行如下簡單分類: 其中把能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物稱為酸性氧化物,如二氧化碳、二氧化硫等;把能與酸反應(yīng)生成鹽和水的氧化物稱為堿性氧化物,如氧化鈉、氧化銅等。 辨誤區(qū) 物質(zhì)分類中的易錯(cuò)點(diǎn) (1)只由一種元素組成的物質(zhì),可能是純凈物,也可能是混合物。例如,O2、O3均是純凈物,而O2和O3混合后雖然只由一種元素組成,但屬于混合物。 (2)冰和水混合在一起仍是純凈物,因?yàn)槎邇H是狀態(tài)不同,但組成相同,都是H2O,是同一種物質(zhì)。 (3)并不是所有的金屬氧化物都是堿性氧化物,如Mn2O7為酸性氧化物;并不是所有的非金屬氧化物都是酸性氧化物,如CO、NO等。 相關(guān)參考:對于同樣的物質(zhì),采用不同的分類依據(jù)進(jìn)行分類時(shí),它可能屬于不同的類別。 以上分類方法叫做交叉分類法。應(yīng)用交叉分類法對物質(zhì)進(jìn)行分類,有利于從不同角度來全面地認(rèn)識(shí)物質(zhì)。 【例2】 每組中都有一種物質(zhì)與其他物質(zhì)在分類上不同。試分析每組中物質(zhì)的組成規(guī)律,將這種不同于其他物質(zhì)的物質(zhì)找出來。 (1)NaCl、KCl、NaClO、BaCl2 (2)HClO3、KClO3、Cl2、NaClO3 (3)H3PO4、H4SiO4、HCl、H2SO4 (4)濁液、溶液、膠體、水 (5)空氣、N2、HCl氣體、CuSO45H2O (6)銅、金、銀、鈉 解析:雖然從不同的角度對物質(zhì)進(jìn)行分類,會(huì)有不同的分類結(jié)果,但只要仔細(xì)分析每組中各物質(zhì)在元素組成、化合價(jià)上的特點(diǎn),找出其相似性,即可找出一種不同的物質(zhì)。 (1)只有NaClO不是無氧酸,它是HClO的鈉鹽,其中氯元素的化合價(jià)也不同于其他三種。 (2)只有Cl2中Cl元素化合價(jià)為0,其他均為+5價(jià)。 (3)只有HCl為無氧酸。 (4)濁液、溶液和膠體均是混合物,而水是純凈物。 (5)只有空氣屬混合物,其他為純凈物。 (6)只有鈉屬活潑金屬,在金屬活動(dòng)順序表中排在H的前面,其他為不活潑金屬,排在H之后。 答案:(1)NaClO (2)Cl2 (3)HCl (4)水 (5)空氣 (6)鈉 3.根據(jù)物質(zhì)類別研究物質(zhì)性質(zhì) 對物質(zhì)進(jìn)行分類后,可以認(rèn)識(shí)某類物質(zhì)的一般性質(zhì),并據(jù)此對屬于該類別的具體物質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測。 單質(zhì)、氧化物、酸、堿和鹽的關(guān)系: (1)金屬單質(zhì)的化學(xué)通性 金屬+非金屬―→無氧酸鹽 金屬+氧氣―→金屬氧化物 較活潑金屬+酸―→鹽+氫氣 較活潑金屬+較不活潑金屬的鹽溶液―→較不活潑金屬+較活潑金屬的鹽溶液 (2)氧化物的化學(xué)通性 酸性氧化物+水―→含氧酸 酸性氧化物+堿―→鹽+水 酸性氧化物+堿性氧化物―→鹽 堿性氧化物+水―→堿 堿性氧化物+酸―→鹽+水 (3)酸的化學(xué)通性 酸+酸堿指示劑:使紫色石蕊溶液變紅色 酸+活潑金屬―→鹽+氫氣 酸+金屬氧化物―→鹽+水 酸+堿―→鹽+水 酸+鹽―→新酸+新鹽 (4)堿的化學(xué)通性 堿+酸堿指示劑:使紫色石蕊溶液變藍(lán)色,無色酚酞溶液變紅色 堿+酸性氧化物―→鹽+水 堿+酸―→鹽+水 堿+鹽―→新堿+新鹽 (5)鹽的化學(xué)通性 鹽+酸―→新鹽+新酸 鹽+堿―→新鹽+新堿 鹽+鹽―→新鹽+新鹽 析規(guī)律 類比法分析物質(zhì)的性質(zhì) 研究單質(zhì)、氧化物、酸、堿和鹽之間的相互關(guān)系時(shí),首先要選定一類物質(zhì),預(yù)測它可能與哪些類別的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),然后選出各類物質(zhì)的代表物,探究它們之間能否發(fā)生反應(yīng)。 【例3】 下表有三組物質(zhì),每組均有甲、乙、丙三種物質(zhì)(酸、堿、鹽均為溶液)。 第Ⅰ組 第Ⅱ組 第Ⅲ組 甲 BaCl2 Fe Cu(NO3)2 乙 Fe2O3 K2SO4 H2SO4 丙 Zn NaOH MgCl2 根據(jù)該表回答問題: (1)第Ⅲ組中有一種物質(zhì)能與第________組中的所有物質(zhì)反應(yīng),這種物質(zhì)是________。 (2)不跟第Ⅰ組所有物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),但能與第Ⅲ組中所有物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的是第________組中的物質(zhì)________。其化學(xué)方程式分別為______________________________________。 解析:第Ⅱ組中的K2SO4與第Ⅲ組中的H2SO4含有相同的酸根離子,不能反應(yīng),與另外兩種物質(zhì)也不具備復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件,故排除第Ⅱ組。第Ⅰ組物質(zhì)分別是金屬、堿性氧化物、鹽三類,只有酸類物質(zhì)能與其都發(fā)生反應(yīng)。因而第Ⅲ組中的H2SO4符合(1)的要求。 剩下的第Ⅱ組中的K2SO4不能與第Ⅲ組所有物質(zhì)反應(yīng),F(xiàn)e和MgCl2之間也不能發(fā)生反應(yīng),只有NaOH與Cu(NO3)2、H2SO4、MgCl2都可以發(fā)生反應(yīng),且NaOH與第Ⅰ組中所有物質(zhì)不反應(yīng),符合題意。 答案:(1)Ⅰ H2SO4 (2)Ⅱ NaOH 2NaOH+Cu(NO3)2===Cu(OH)2↓+2NaNO3 2NaOH+H2SO4===Na2SO4+2H2O 2NaOH+MgCl2===Mg(OH)2↓+2NaCl 4.分散系 (1)定義:分散系是一種(或幾種)物質(zhì)(分散質(zhì))分散到另一種物質(zhì)(分散劑)里形成的混合物。 (2)組成 分散質(zhì):被分散成微粒的物質(zhì)。 分散劑:微粒分散在其中的物質(zhì)。 如NaCl溶液就是一種分散系,其中分散質(zhì)為溶質(zhì)NaCl,分散劑為溶劑H2O。 (3)分類 分散系根據(jù)分散質(zhì)微粒直徑大小可分為溶液、膠體、濁液。 溶液:分散質(zhì)微粒直徑小于1 nm的分散系。 膠體:分散質(zhì)微粒直徑介于1~100 nm之間的分散系。 濁液:分散質(zhì)微粒直徑大于100 nm的分散系。 形象地可用下圖表示: 談重點(diǎn) 三種分散系的本質(zhì)區(qū)別 溶液、膠體、濁液三種分散系的本質(zhì)區(qū)別是分散質(zhì)微粒直徑大小。 【例4】 下列關(guān)于溶液的說法正確的是( ) A.凡是均一、穩(wěn)定的液體,就是溶液 B.長期放置后不會(huì)分層的液體,就是溶液 C.一種物質(zhì)里分散著另一種物質(zhì)的液體是溶液 D.溶液一定是均一、穩(wěn)定的混合物 解析:溶液一定是均一、穩(wěn)定的分散系,是混合物。由于膠體也是均一、穩(wěn)定的分散系,因而說凡是均一、穩(wěn)定的液體是溶液或靜置不分層的液體是溶液都是不正確的;溶液、膠體、濁液都是由一種物質(zhì)分散到另一種物質(zhì)中形成的分散系。 答案:D 5.膠體 (1)膠體的定義、分類 ①定義 分散質(zhì)微粒直徑大小介于1~100 nm之間的分散系。 ②分類 膠體 (2)膠體的性質(zhì) 膠體的性質(zhì)是由膠體中分散質(zhì)微粒的直徑大小決定的,由于膠體中的分散質(zhì)微粒的直徑介于溶液和濁液之間,膠體具有獨(dú)特的性質(zhì)。 ①丁達(dá)爾現(xiàn)象 當(dāng)可見光束通過膠體時(shí),在入射光側(cè)面可觀察到光亮的通路,這種現(xiàn)象稱為丁達(dá)爾現(xiàn)象或丁達(dá)爾效應(yīng)。 產(chǎn)生原因:產(chǎn)生丁達(dá)爾現(xiàn)象的原因并不是由于膠體微粒本身發(fā)光,而是因?yàn)榭梢姽獾牟ㄩL在400~700 nm之間,膠體微粒在1~100 nm之間,小于可見光的波長,從而使光波發(fā)生散射(光波偏離原來方向而分散傳播)形成的。而溶液也發(fā)生光的散射,但由于溶液中微粒的粒度小于1 nm,散射極其微弱,所以當(dāng)光束通過溶液時(shí),看不到丁達(dá)爾現(xiàn)象。 談重點(diǎn) 辨析丁達(dá)爾現(xiàn)象 a.丁達(dá)爾現(xiàn)象是物理變化。 b.丁達(dá)爾現(xiàn)象可用來鑒別膠體和溶液。 c.丁達(dá)爾現(xiàn)象能說明膠體微粒直徑的大小范圍。 ②電泳 膠體分散質(zhì)粒子在外加電場的作用下會(huì)發(fā)生定向移動(dòng),這種現(xiàn)象稱為電泳。 產(chǎn)生原因:膠體分散質(zhì)微粒細(xì)小,有巨大的比表面積(單位質(zhì)量具有的表面積),能較強(qiáng)地吸附電性相同的離子,從而形成帶電微粒。這些微粒在外電場的作用下會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)。 辨誤區(qū) 膠體帶電嗎? 膠體不帶電,帶電的是膠體中的分散質(zhì)微粒,并且有的膠體膠粒不帶電荷,如淀粉膠體。 ③聚沉 當(dāng)向膠體中加入可溶性鹽時(shí),可溶鹽產(chǎn)生的陽離子或陰離子能中和膠體微粒所帶的電荷,從而使膠體微粒聚集成較大的粒子,在重力作用下形成沉淀析出。這種膠體形成沉淀析出的現(xiàn)象稱為聚沉。 使膠體聚沉的方法: a.加入可溶性電解質(zhì)。例如:做豆腐時(shí),在一定溫度下,向豆?jié){中加入CaSO4等電解質(zhì)溶液,就能使豆?jié){中的蛋白質(zhì)很快聚集而形成豆腐。一般說來,加入電解質(zhì)時(shí),帶電離子的濃度越大,電荷數(shù)越高,使膠體的聚沉效果越好。如:Fe3+>Ca2+>Na+;PO>SO>Cl-(濃度相同)。 b.加入帶相反電荷膠粒的膠體。如:把Fe(OH)3膠體加入硅酸膠體中,兩種膠體均會(huì)發(fā)生凝聚,說明兩種膠體的膠粒帶相反的電荷。 c.加熱攪拌,使膠粒運(yùn)動(dòng)加快,碰撞機(jī)會(huì)增多,也能導(dǎo)致膠體凝聚。 (3)膠體與滲析 膠體的分散質(zhì)微粒直徑介于1~100 nm之間,這樣的微粒能夠透過濾紙,而不能穿過半透膜。 滲析:利用半透膜分離膠體中的雜質(zhì)分子或離子,從而提純、精制膠體的操作稱為滲析。 半透膜具有比濾紙更小的孔隙,允許小分子、離子透過,不允許膠粒通過。這樣膠體中的小分子、離子等雜質(zhì)微粒與膠粒分開,達(dá)到提純膠體的目的。 (4)膠體的制備方法和原理 ①機(jī)械法:用特殊的機(jī)械加工方法將固體物質(zhì)直接加工到納米級(1 nm=10-9 m)的超細(xì)粉末粒子,如碳素墨水等。目前納米材料的生產(chǎn)原理就在于此。 ②反應(yīng)法:如氫氧化鐵膠體的制備,向燒杯中加入少量蒸餾水,加熱至沸騰,然后逐滴向沸水中滴加1 molL-1(或飽和)的FeCl3溶液,并繼續(xù)煮沸至液體呈透明的紅褐色即得氫氧化鐵膠體。FeCl3+3H2OFe(OH)3(膠體)+3HCl。 ③溶解法:如淀粉、蛋白質(zhì)溶解于水直接得到膠體(又叫高分子溶液)。 【例5】 將某溶液逐滴加入Fe(OH)3膠體內(nèi),開始時(shí)產(chǎn)生沉淀,繼續(xù)滴加時(shí)沉淀又溶解,該溶液是( ) A.2 molL-1 NaOH溶液 B.2 molL-1 H2SO4溶液 C.2 molL-1 MgSO4溶液 D.硅酸溶膠 解析:Fe(OH)3膠體中加入H2SO4溶液后,硫酸可以電離出氫離子和硫酸根離子;而Fe(OH)3膠體也表現(xiàn)出“雙重性”,作為膠體,其分散質(zhì)微粒帶少量正電荷,很快被硫酸根離子“中和”,從而沉淀析出;作為一種弱堿,F(xiàn)e(OH)3又與過量的氫離子反應(yīng)而逐漸溶解。其他選項(xiàng)只能使Fe(OH)3溶膠發(fā)生聚沉作用。 答案:B 6.各種分散系的辨析、比較 分散系 溶液 膠體 濁液 分散質(zhì)微粒直徑大小 <1 nm (10-9 m) 1~100 nm >100 nm 分散質(zhì)微粒成分 離子或小分子 分子或離子的集合體 大量分子或離子的集合體 外觀特征 均勻、透明 均勻、透明或半透明 渾濁、不均勻、不透明 穩(wěn)定性 穩(wěn)定、靜置無沉淀 較穩(wěn)定 不穩(wěn)定、靜置有沉淀或分層 分散質(zhì)能否透過濾紙 能 能 不能 分散質(zhì)能否透過半透膜 能 不能 不能 分類 飽和溶液、不飽和溶液 固溶膠、液溶膠、氣溶膠 懸濁液、乳濁液 實(shí)例 食鹽水、蔗糖溶液 果凍、豆?jié){、肥皂水、血液、霧、云、煙 泥水 【例6-1】下列有關(guān)膠體和溶液的比較中不正確的是( ) A.溶液呈電中性,膠體帶有電荷 B.分散質(zhì)微粒均可通過濾紙 C.溶液中通過光束沒有特殊現(xiàn)象,膠體中通過光束有丁達(dá)爾現(xiàn)象 D.溶液中的分散質(zhì)微粒能透過半透膜,而膠體中的分散質(zhì)微粒不能 解析:膠體和溶液的本質(zhì)區(qū)別是分散質(zhì)微粒大小不同,從而引起性質(zhì)的差別,根據(jù)膠體的性質(zhì)逐項(xiàng)分析。A項(xiàng),膠體中的膠粒帶電荷,而膠體呈電中性,錯(cuò)誤;B項(xiàng),膠體和溶液的組成微粒均可通過濾紙,正確;C項(xiàng),丁達(dá)爾現(xiàn)象是膠體特有的性質(zhì),溶液中無此現(xiàn)象,正確;D項(xiàng),半透膜允許溶液中的分散質(zhì)微粒透過,但膠體中的分散質(zhì)微粒不能透過半透膜,正確。 答案:A 【例6-2】“納米材料”是當(dāng)今材料科學(xué)研究的前沿,其研究成果廣泛用于催化及軍事科學(xué)中。所謂“納米材料”是指研究、開發(fā)出的直徑從幾納米至幾十納米的材料,如將納米材料分散到分散劑中,所得混合物可能具有的性質(zhì)是( ) A.能全部透過半透膜 B.有丁達(dá)爾現(xiàn)象 C.所得液體呈膠狀 D.所得物質(zhì)一定是懸濁液 解析:通過閱讀題目信息知:納米材料粒子直徑為幾納米至幾十納米,符合膠體分散質(zhì)微粒直徑范圍1 nm~100 nm,所以納米材料分散到分散劑中形成的分散系屬于膠體,而不是呈膠狀,應(yīng)具有膠體的性質(zhì),不能透過半透膜,能產(chǎn)生丁達(dá)爾現(xiàn)象,故選B。 答案:B 7.膠體的性質(zhì)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用 膠體在自然界中尤其是生物界中普遍存在,與人類的生活及環(huán)境有著密切的聯(lián)系。其主要應(yīng)用場合如下: (1)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn):土壤的保肥作用。土壤里許多物質(zhì)如黏土、腐殖質(zhì)等常以膠體形式存在;制有色玻璃固溶膠,冶金工業(yè)利用電泳原理選礦,原油脫水等。 (2)在醫(yī)學(xué)上:血液透析,血清紙上電泳,利用電泳分離各種氨基酸和蛋白質(zhì)。高度分散的膠體越來越多地被用來檢驗(yàn)或治療疾病。 (3)在日常生活里的膠體知識(shí):制豆腐、明礬凈水。 (4)自然地理:江河入??谔幮纬扇侵?,形成原理是海水中的電解質(zhì)使江河中的土壤膠體粒子發(fā)生聚沉。 (5)在高科技領(lǐng)域,納米材料有著更進(jìn)一步地發(fā)展和應(yīng)用。 【例7-1】 不能用膠體的性質(zhì)解釋的現(xiàn)象是( ) A.在河流入??谔幰仔纬扇侵? B.由豆?jié){制成豆腐 C.在NaCl溶液中滴入KNO3溶液看不到沉淀 D.同一鋼筆同時(shí)使用不同牌號的墨水可能發(fā)生堵塞 解析:河流中夾帶的泥沙膠粒,遇海水中電解質(zhì)發(fā)生聚沉而形成三角洲。由豆?jié){制豆腐時(shí),需向豆?jié){中加入電解質(zhì)(用鹽鹵MgCl26H2O或石膏CaSO42H2O),使蛋白質(zhì)發(fā)生聚沉。C中不反應(yīng),與膠體知識(shí)無關(guān)。墨水屬膠體,不同牌號的墨水中膠粒吸附的電荷不同,若同一鋼筆使用不同牌號的墨水,膠??赡軙?huì)相互中和所帶電荷而聚沉,使鋼筆堵塞。 答案:C 【例7-2】 在水泥、冶金工廠,常用高壓電對氣溶膠作用以除去大量煙塵,減少對空氣的污染,這種做法應(yīng)用的原理是( ) A.丁達(dá)爾現(xiàn)象 B.電泳 C.滲析 D.聚沉 解析:由題給條件可知:該煙塵為氣溶膠,在高壓電場作用下,帶電的膠體粒子向某一電極運(yùn)動(dòng),減少了大氣污染,它應(yīng)用了電泳原理。 答案:B- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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