化学反应中热效应和化学能雨电能转化全部总结,详细点加些例子最好
来源:学生作业帮助网 编辑:六六作业网 时间:2024/11/24 03:29:40
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化学反应与能量
一、化学能与热能
1、化学反应中能量变化的主要原因:化学键的断裂和形成.
2、化学反应吸收能量或放出能量的决定因素:反应物和生成物的总能量的相对大小
a.吸热反应:反应物的总能量小于生成物的总能量
b.放热反应:反应物的总能量大于生成物的总能量
3、化学反应的一大特征:化学反应的过程中总是伴随着能量变化,通常表现为热量变化
4、常见的放热反应:
A.所有燃烧反应;B.中和反应;C.大多数化合反应;D.活泼金属跟水或酸反应E.物质的缓慢氧化
5、常见的吸热反应:
A.大多数分解反应;
B.C、H2|CO与金属氧化物的反应
C.氯化铵与八水合氢氧化钡的反应.
6、中和热:A.概念:稀的强酸与强碱发生中和反应生成1mol H2O(液态)时所释放的热量.B、中和热测定实验.
二、化学能与电能
1、原电池:
(1)_概念:
(2) 工作原理:a.负极:失电子(化合价升高),发生氧化反应b.正极:得电子(化合价降低),发生还原反应
(3)原电池的构成条件 :关键是能自发进行的氧化还原反应能形成原电池.
a.有两种活泼性不同的金属或金属与非金属导体作电极
b.电极均插入同一电解质溶液
c.两电极相连(直接或间接)形成闭合回路
(4)原电池正、负极的判断:
a.负极:电子流出的电极(较活泼的金属),金属化合价升高
b.正极:电子流入的电极(较不活泼的金属、石墨等):元素化合价降低
(5)金属活泼性的判断:
a.金属活动性顺序表
b.原电池的负极(电子流出的电极,质量减少的电极)的金属更活泼 ;
c.原电池的正极(电子流入的电极,质量不变或增加的电极,冒气泡的电极)为较不活泼金属
(6)原电池的电极反应:a.负极反应:X-ne=Xn-;b.正极反应:溶液中的阳离子得电子的还原反应
2、原电池的设计:根据电池反应设计原电池:(三部分+导线)
A.负极为失电子的金属(即化合价升高的物质)
B.正极为比负极不活泼的金属或石墨
C.电解质溶液含有反应中得电子的阳离子(即化合价降低的物质)
3、金属的电化学腐蚀
(1)不纯的金属(或合金)在电解质溶液中的腐蚀,关键形成了原电池,加速了金属腐蚀
(2)金属腐蚀的防护:
a.改变金属内部组成结构,可以增强金属耐腐蚀的能力.如:不锈钢.
b.在金属表面覆盖一层保护层,以断绝金属与外界物质接触,达到耐腐蚀的效果.(油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的氧化膜)
c.电化学保护法:牺牲活泼金属保护法,外加电流保护法
4、发展中的化学电源
(1)干电池(锌锰电池)
a.负极:Zn -2e - = Zn 2+
b.参与正极反应的是MnO2和NH4+
(2)充电电池
a.铅蓄电池:铅蓄电池充电和放电的总化学方程式
放电时电极反应:
负极:Pb + SO42--2e-=PbSO4
正极:PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-= PbSO4 + 2H2O
b.氢氧燃料电池:它是一种高效、不污染环境的发电装置.它的电极材料一般为活性电极,具有很强的催化活性,如铂电极,活性炭电极等.
总反应:2H2 + O2=2H2O
电极反应为(电解质溶液为KOH溶液)
负极:2H2 + 4OH- - 4e- → 4H2O
正极:O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
当然不能,因为这不是一个单纯的化学反应比如因为热效应,一部分转换为热能;等等 不能bu len 不能。有损耗。。任何反应反应率都不可能为1
1、化学反应中能量变化的主要原因:化学键的断裂和形成.
2、化学反应吸收能量或放出能量的决定因素:反应物和生成物的总能量的相对大小
a. 吸热反应: 反应物的总能量小于生成物的总能量
b. 放热反应: 反应物的总能量大于生成物的总能量
3、化学反应的一大特征:化学反应的过程中总是伴随着能量变化,通常表现为热量变化
4、常见的放热反应:
...
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1、化学反应中能量变化的主要原因:化学键的断裂和形成.
2、化学反应吸收能量或放出能量的决定因素:反应物和生成物的总能量的相对大小
a. 吸热反应: 反应物的总能量小于生成物的总能量
b. 放热反应: 反应物的总能量大于生成物的总能量
3、化学反应的一大特征:化学反应的过程中总是伴随着能量变化,通常表现为热量变化
4、常见的放热反应:
A. 所有燃烧反应;B. 中和反应;C. 大多数化合反应;D. 活泼金属跟水或酸反应E. 物质的缓慢氧化
5、常见的吸热反应:
A. 大多数分解反应;
B. C、H2|CO与金属氧化物的反应
C. 氯化铵与八水合氢氧化钡的反应
收起
化学反应热效应
反应的热效应
当系统发生了化学变化之后,系统的温度回到反应前始态的温度,系统放出或吸收的热量,称为该反应的热效应。研究化学反应中热与其他能量变化的定量关系的学科叫做热化学。 热效应可以如下测定:使物质在热量计中作绝热变化,从热量计的温度改变,可以计算出应从热量计中取出或加多少热才能恢复到始态的温度,所得结果就是等温变化中的热效应。 任何物质总是和它周围的...
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化学反应热效应
反应的热效应
当系统发生了化学变化之后,系统的温度回到反应前始态的温度,系统放出或吸收的热量,称为该反应的热效应。研究化学反应中热与其他能量变化的定量关系的学科叫做热化学。 热效应可以如下测定:使物质在热量计中作绝热变化,从热量计的温度改变,可以计算出应从热量计中取出或加多少热才能恢复到始态的温度,所得结果就是等温变化中的热效应。 任何物质总是和它周围的其他物质相联系着的,为了科学研究的需要,尤其在考虑诸如热化学这方面的内容时,必须规定待研究物质的范围,也就是要把被研究的对象和周围的物质隔离开来。这种被研究的对象叫做系统,系统以外的周围物质叫做环境。 系统可以通过一个边界(范围)与它的环境区分开来;这个边界可以是具体的,也可以是假想的。例如,在一只容器里研究硫酸与氢氧化钠在水溶液中的反应,通常就把含有硫酸和氢氧化钠的水溶液作为系统,而溶液以外的周围物质如容器、溶液上方的空气等作为环境。显然,这系统与环境是通过溶液的界面这个具体的边界区分开来的,如果用锌来代替氢氧化钠,锌将会与稀硫酸反应产生氢气,逸出液面而扩散到空气中。若该容器是完全密闭的,则可以将密闭在容器中的空气以及产生的氢气包括在系统内,该系统还是可以有具体的边界与环境区分开。若该容器不是密闭的,则系统与环境的边界只能是假想的。
反应热的测量
硫酸与氢氧化钠在水溶液中发生中和反应,会放出热,使水溶液的温度升高。如果该容器是完全密闭且绝热的,又假设在容器中只有此水溶液而无空气,则一定量的硫酸和氢氧化钠将会由于反应而放出一定的热量,将被溶液所吸收而使溶液的温度升高至某一定值,即反应所放出的热量等于溶液所吸收的热量。可用下式表示: Q=-cs·ms·(T2 -T1) =-cs·ms·△T=-Cs·△T(1.1) 式中,q表示一定量反应物在给定条件下的反应热效应;cs表示溶液的比热容;ms表示溶液的质量;Cs表示溶液的热容,Cs=cs·ms;△T表示溶液终态温度T2与始态温度T1之差。对于反应热q,负号表示放热,正号表示吸热。 比热容c的定义是热容C除以质量,即c=C/m,国际单位制(简称SI)基本单位为J· Kg-1·K-1,常用单位为J·g-1·K-1。热容C的定义是系统吸收的微小热量δq除以温度升高dT,即C=δq/dT,热容的SI基本单位为J·K-1。
测量时的注意事项
上述反应热的测量较简单,因为反应在水溶液中进行,反应本身不涉及气体,而且放出的热量不怎么大,可以全部被溶液所吸收。对于涉及气体的反应,或者对于反应热很大,会使系统达到高温的反应,例如燃料的燃烧,情况就较复杂。这不仅需要特制的能够耐高压的密闭容器,而且还要另有能够吸收热量的介质,如水等。常用的有弹式热量计,其主要仪器系一厚壁钢制可密闭的容器叫做钢弹。 测量反应热时,将已知质量的反应物(固态或液态,若需通入氧气使其氧化或燃烧,氧气按仪器说明书充到一定的压力)全部装入该钢弹内,密封后将钢弹安放在一金属(钢质)容器中,然后往此金属容器内加入足够的已知质量的水,将钢弹淹没在金属容器的水中,并应与环境绝热(图1.1中在金属容器与环境之间有一绝热外套)。精确测定系统的起始温度T1后,用电火花引发反应,反应放出的热,能使系统(包括钢弹及内部物质、水和金属容器等)的温度升高。温度计所示最高读数即为系统的终态温度T2。
弹式热量计测量反应热
弹式热量计所吸收的热可分为两个部分:一部分是加入的水所吸收的,另一部分是钢弹及内部物质和金属容器等(简称钢弹组件)所吸收的。前一部分的热,以 q(H2O)表示,仍可按式(1.1)计算,只是溶液换成了水,且由于是吸热,用正号表示,即 q(H2O)=c(H2O)·m(H2O)· △T=C(H2O)·△T 后一部分的热以qb表示,钢弹及内部物质和金属容器等的热容的总和简称钢弹组件的总热容,以符号Cb表示,则 qb=Cb·△T 显然,反应所放出的热等于水所吸收的热和钢弹组件所吸收的热,从而可得: q=-{q(H2O)+qb} =-{C(H2O)△T+Cb·△T}=-ΣC·△T(1.2) 常用燃料如煤、天然气、汽油等的燃烧反应热均可按此法测得(见1.4节)。这里介绍一种火箭燃料联氨(又称为肼,N2H4)燃烧反应热的测量。
编辑本段例题
将0.500gN2H4(l)①2t000048_0007_0在盛有1210gH2O的弹式热量计的钢弹内(通入氧气)完全燃烧尽。系统的热力学温度由293.18K上升至294.82K。已知钢弹组件在实验温度时的总热容Cb为848J·K-1。试计算在此条件下联氨完全燃烧所放出的热量。 联氨在空气或氧气中完全燃烧的反应为 N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) 已知水的比热容为4.18J·g-1·K-1,根据式(1.2),对于 0.500gN2H4来说, q=-{C(H2O)△T+Cb△T}=-{C(H2O) +Cb}△T =-(4.18J·g-1·K-1× 1210g+848J·K-1)(294.82K-293.18K) =-9690J=-9.69kJ②2t000048_0007_1 注意:式(1.2)中的q是指一定量反应物在给定条件下的反应热;显然,此热量与所用反应物的质量有关。上例所测得的热量-9.69kJ是对0.500 gN2H4而言的,也可用-9.69kJ/0.500g(N2H4)表示。若要以1molN2H4计,则可乘以N2H4的摩尔质量M(N2H4)=32.0g·mol-1,即 化学反应与热效应的关系常用热化学方程式表示之。由于反应的热效应与反应时的温度、压力以及反应物、生成物的量和聚集状态有关,所以在写热化学方程式时,通常应标明反应的温度、压力以及反应物、生成物的量和聚集状态。应当指出,同一反应可以在定容或定压条件下进行;前者如在上述弹式热量计内进行,后者如在敞口容器中进行,此时反应的热效应可分为等容(或定容)热效应与等压(或定压)热效应,分别以qv与qp表示。例如,上述联氨在弹式热量计内完全燃烧的热化学方程式为 N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l); qv=-620kJ·mol-1 它表明在实验温度和定容条件下,联氨完全燃烧时每摩尔[N2H2(1)+O2(g)→N2(g)+2H2O(1)]①放出620kJ的热。
编辑本段各种热效应
生成热
1. 化合物的生成热:由稳定单质化合生成 1mol 化合物的恒压反应热效应,称为该化合物的生成热,又称生成焓。规定所有温度下最稳定的单质的焓值为零,所以由稳定单质生成化合物的反应焓变 即为该化合物的相对焓值 - 生成热。为了进行统一的计算和比较,往往用标准生成热,即在指定温度时, 101325Pa 下,由稳定单质生成 1mol 化合物时的反应热,就是该温度时化合物的标准生成热,以符号 表示。使用时注意:习惯上用 25 o C 时的数值,用符号 表示。有时也直接用 表示 25oC 时的标准生成热。 2. 化学反应的热效应:恒温恒压下化学反应的热效应等于产物的生成热之和减去反应物生成热之和, 即 产物 — 反应物 (3-21) 或者 产物 — 反应物 (3-22)
燃烧热
1 mol 物质在指定条件下完全燃烧时的热效应称为该物质的燃烧热。所谓完全燃烧是指产物处于稳定的聚集状态,如 C 变为 CO 2 ( g ), H 变为 H 2 O (l) , S 变为 SO 2 (g) , N 变为 N 2 (g) , Cl 变为 HCl 水溶液等。物质的燃烧热可以由热力学手册查得,大多数手册所列为 25 o C 、 101325Pa 下物质的燃烧热,称为该物质的标准燃烧热,用 表示 。 根据燃烧热同样可计算反应热: 反应物 — 产物 (3-23) 即任一反应的反应热等于反应物的燃烧热之和减去产物的燃烧热之和。目前,人们对燃烧热的利用已非常广泛,最常见的为利用生活垃圾的燃烧热来发电。随着人类对已知能源的不断开采利用,全球将面临能源危机,但是今年发现的新资源 - 海底可燃冰将为人类解决这一难题。
离子的生成热
对于有离子参加的反应,如果能够知道离子的生成热,则离子反应热也可按照(3-22)、(3-23 )求出。所谓离子生成热是指在 101325Pa 和指定温度下,由最稳定的单质生成 1 mol 溶于无限大量水溶液中的相应离子所产生的热效应。但是,在一个反应里正负离子总是同时存在,无法直接计算一种离子的生成热,为此,必须建立一个相对标准,习惯上规定 H + ( ∞, aq) 的标准摩尔生成热为零。即: 1/2H 2 ( g ) = H + ( ∞, aq) + e ( H + ( ∞, aq)) = 0 将其他离子与其比较,从而得到各离子的标准生成热。 例如已知 H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) = H 2 O (l) = - 285.83 kJ. mol - 1 H 2 O (l) = H + ( ∞, aq) + OH - ( ∞, aq) = 55.84 kJ. mol - 1 则以上两方程相加,得 H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) = H + ( ∞, aq) + OH - ( ∞, aq) = - 285.83 kJ. mol - 1 + 55.84 kJ. mol -1 = - 229.99 kJ. mol - 1 由于 ( H + ( ∞, aq)) = 0 所以 1/2 H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) = OH - ( ∞, aq) = - 229.99 kJ. mol - 1 这就是 OH - 离子的标准摩尔生成热。
溶解热
物质溶解过程通常也伴随着热效应,如硫酸、苛性钠等物质溶解于水中,产生放热现象;而硝酸铵溶于水中则发生吸热现象。这是由于形成溶液时,粒子间相互作用力与纯物质不同,发生能量变化,并以热的形式与环境交换之故。物质溶解过程所放出或吸收热量的多少,与温度、压力等条件有关,如果不加注明,常常指 25 o C 及 101325 Pa 的条件。 1 mol 溶质溶解于一定量溶剂中,形成某一浓度的溶液时所产生的热效应称为该浓度溶液的积分溶解热。由于溶解过程中溶液浓度不断变化,因而积分溶解热称为变浓溶解热。符号Δ H in t 。而 1 mol 溶质溶解于一定浓度的无限大量溶液中,所产生的热效应称为该溶质在此浓度下的微分溶解热,也叫定浓溶解热,符号Δ H diff 。溶解热单位 J. mol - 1 或 kJ.mol - 1 。
由键焓估算反应热
概述
一切化学反应实际上都是原子或原子团的重新排列组合,在旧键破裂和新键形成过程中就会有能量变化,这就是化学反应的热效应。 C70 键的分解能 :将化合物气态分子的某一个键拆散成气态原子所需的能量,称为键的分解能即键能,可以用光谱方法测定。显然同一个分子中相同的键拆散的次序不同,所需的能量也不同,拆散第一个键花的能量较多。
键焓
在双原子分子中,键焓与键能数值相等。在含有若干个相同键的多原子分子中,键焓是若干个相同键键能的平均值。 美国化学家 L · Pauling 假定一个分子的总键焓是分子中所有键的键焓之和,这些单独的键焓值只由键的类型决定,从而促进了 化学键理论的发展 。这样,只要从表上查得各键的键焓就可以估算化合物的生成焓以及化学反应的焓变。显然,这个方法是很粗略的,一则所有单键键焓的数据尚不完全,二则单键键焓与分子中实际的键能会有出入。
等压热效应与等容热效应
前已述及,热量不仅与过程的始、终态有关,且与过程所取的途径有关。然而,在某些特殊条件下过程的热则仅取决于过程的始终态。 常定义在体系与环境之间无非膨胀功发生而反应物与产物的温度相同时,化学反应过程中所吸收或放出的热量,称为 “ 化学反应热效应 ” ,简称 “ 反应热 ” 。 等容热效应: Q v = ΔU ( 或 Δ r U ) (3-24) 等压热效应: Q p = ΔH (3-25) U 和 H 均为状态函数, Δ r U (等容反应热)和 Δ r H (等压反应热)的数值均只与始终态有关而与过程所取途径无关。因此,只要过程同是在等容或同是在等压条件下进行,则反应热效应也仅取决于始终态而与过程所取途径无关。当反应进度 ξ =1mol ,即反应按所给反应式的计量系数比例进行时,则 Δ r H = Δ r U m ,称 “ 摩尔反应热力学能变 ” ,而 Δ r H = Δ r H m ,称 “ 摩尔反应焓变 ” ,其中下标符号 γ 意反应, m 示摩尔,量纲单位为 J·mol -1 。现以 A 、 D 代表反应物而 G 、 H 代表产物,按下式进行: aA+dD→gG+hH 式中 a 、 d 、 g 、 h 分别为 A 、 D 、 G 、 H 等物质的计量系数,则热效应意义结论分别可用下式 表示: ( U i 及 U f 分别为反应物及产物的热力学能) ( H i 及 H f 分别为反应物及产物的焓) 对应同一反应,等容和等压热效应 Δ γ U m 和 Δ γ H m 之间有如下近似关系: Δ γ H m = Δ γ U m + ΔnRT (3-26) 式中 Δn (或示为 )为反应过程中气体物质的量的增量。式 (3-26) 的导出可参考图 2-15 。 由图,等容热效应: Q v = Δ γ U m =ΔU 1 (3-27) 显然 ΔU 1 + ΔU 2 = ΔU 3 (3-28) 而 ΔH 3 = ΔU 3 + p 1 ΔV = ΔU 3 + p 1 ( V 2 -V 1 ) (3-29) ΔU 2 相当于产物 ( g G+ h H) 在恒温(温度保持 T 1 )条件下由状态 ( p 2 、 v 1 、 T 1 ) 所吸收或放出的热量与等容反应热效应 ΔU 1 或 ΔU 3 对比其值甚小,可以略去不计,可令: ΔU 1 ≈ ΔU 3 ≈ ΔγU m (3-210) 而 ΔγH m = ΔH 3 = ΔU 3 + p 1 ΔV = Δ γ U m + p 1 ΔV (3-211) 式中 n 2 和 n 1 分别为计量方程式中产物气体的物质的量和反应物气体的物质的量。 或 p 1 ΔV ≈ ΔnRT (3-212) 以式 (3-212) 结果代入式 (3-211) ,即得式 (3-213) : Δ γ H m = Δ γ U m + ΔnRT (3-213) 上式在 Δ γ H m 和 Δ γ U m 之间的相互算甚为有用,某些反应 Δ γ H m 难以直接测定,另一些反应则 Δ γ U m 难以直接测定,均可利用上式以换算 Δ γ U M 或 Δ γ H m 精确计算时,则应将 ΔU 2 的贡献计算在内。
电解池与原电池有什么区别?(正负极、阴阳极;氧化反应、还原反应;电荷移动规律)`(1)能量转化形式: (2)电极材料名称:(3) 电极反应:(4) 反应的异同点:氧化还原反应(自发与非自发) 板书 酸碱盐溶液的电解规律 酸碱盐 电极反应式 电解反应式 PH变化 (A)硫酸溶液 阳:阴: 减小 (B)盐酸 阳:阴: 增大 (C)氢氧化钠 阳:阴: 增大 (D)硫酸钠 阳:阴: 不变 (E)氯化钠 阳:阴: 增大 (F)硫酸铜 阳:阴: 减小 (G)氯化铜 阳:阴: ----- 从以上表可以看出,用惰性电极电解酸、碱、盐的水溶液时,其基本规律是:1. 电解无氧酸或无氧酸的中等或不活泼金属盐溶液时,相当与溶质本身被分解。如(B)、(F)、(G)。2. 电解强碱、含氧酸或含氧酸的强碱盐溶液,相当与电解水。如(A)、(C)、(D)。3. 电解不活泼金属或中等活泼金属的含氧酸盐溶液,生成金属、含氧酸和氧气。如:(F)。4. 电解活泼金属的无氧酸盐溶液,生成氢气、碱和金属单质。如(E)。 PH值的变化:(1) 析氢吸氧(2) 电(一)阴极出氢气,阳极不出氧气(二)阴极不出氢气,阳极出氧气(三)阴极出氢气,阳极出氧气,电解水。 板书 二.电解原理的应用(一) 电解饱和食盐水 (-) (+) 阴极(Fe) 阳极(C)NaCl === Na+ + Cl-H2O=== H+ + OH-阳极:Cl- 、OH-阴极:Na+、H+放电能力:Cl->OH-;H+>Na+阳极:2Cl- -2e === Cl2(氧化反应)阴极:2H+ + 2e == H2(还原反应)现象:两极均产生气体,阳极气体有刺激性气味,能使淀粉碘化钾试纸变蓝,两极滴加酚酞,发现阴极区酚酞变红。 解释 阴极:由于氢气的产生而破坏了阴极区水的电离平衡,使氢氧根离子浓度增大,生成氢氧化钠,所以滴加酚酞显红色。 板书 总反应方程式:2NaCl + 2H2O === 2NaOH + H2 + Cl2 (阴极区)(阴极)(阳极) 简介 设备:立式隔膜电解槽 阳极:金属钛或石墨 阴极:铁丝网(附在一层石棉绒)阳极室 阴极室隔膜作用:氢氯混合易爆炸、氯气与碱发生反应。氢氧化钠、氯化钠的分离:加热蒸发,析出氯化钠晶体(重结晶)流程:溶盐、精制、电解、提纯。 板书 (二)铝的冶炼 介绍 铝是地壳含量最多的金属元素,又是用途很广的金属,但是由于他是较活泼的金属,自然界没有单质铝存在,很难制取他。用钠还原氧化铝,成本很高,不能大量生产,1886年,青年科学家霍尔发明了用电解法制铝以后,才大量生产铝。 板书 基本原料:铝土矿(Al2O3)纯氧化铝 熔点: 2045 难熔化助熔剂:Na3AlF6电解槽:长方形,外面是钢壳。内村耐火砖 碳作槽池(阴极)、两碳快作阳极。阴极:4Al3+ + 12e === 4Al阳极:6O2- - 12e ==== 3O2总反应方程式:2Al2O3=== 4Al + 3O2C + O2 === CO2液态铝的密度大于熔融冰晶石-氧化铝的密度,沉于槽底,定期取出。 板书 (三)电镀:应用电解的原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的过程。 目的:使金属增强抗腐蚀的能力,增加美观和表面硬度。 实验 (-) (+) 阳极:Zn -2e === Zn2+ Fe Zn阴极: Zn2+ + 2e === Zn ZnCl2 ZnCl2 电镀的结果:阳极的锌不断溶解,阴极的锌不断析出,且减少和增加锌的质量相等。电解质溶液氯化锌的浓度不变。阴极:待镀物件阳极:镀层金属电解质:镀层金属盐特点:阳极本身也参加了电极反应(失电子溶解) 介绍 铜的精炼。
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