学案94 难溶电解质的溶解平衡.docx
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学案94难溶电解质的溶解平衡
第4节 难溶电解质的溶解平衡
明考纲
1.了解难溶电解质的沉淀溶解平衡。
2.了解难溶电解质的沉淀转化的本质。
3.了解溶度积的含义及其表达式,能进行相关的计算。
析考情
近几年来,高考对本节内容的考查一直较“热”,主要考点有三个:
一是考查溶解平衡的移动及平衡的建立;二是结合图象,考查溶度积的应用及影响因素;三是沉淀反应在生产、科研、环保中的应用。
考点
沉淀溶解平衡及其应用
1.沉淀溶解平衡
(1)概念
在一定温度下,当难溶电解质溶于水形成饱和溶液时,沉淀溶解速率和沉淀生成速率相等的状态。
(2)溶解平衡的建立
固体溶质
溶液中的溶质
(3)特点
(4)表示
AgCl在水溶液中的电离方程式为AgCl===Ag++Cl-。
AgCl的溶解平衡方程式为AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)。
2.沉淀溶解平衡的影响因素
(1)内因
难溶电解质本身的性质。
溶度积(Ksp)反映难溶电解质在水中的溶解能力。
对同类型的电解质而言,Ksp数值越大,电解质在水中溶解度越大;Ksp数值越小,难溶电解质的溶解度也越小。
(2)外因
①浓度(Ksp不变)
a.加水稀释,平衡向溶解的方向移动;
b.向平衡体系中加入难溶物相应的离子,平衡逆向移动;
c.向平衡体系中加入可与体系中某些离子反应生成更难溶或更难电离或气体的离子时,平衡向溶解的方向移动。
②温度:
绝大多数难溶盐的溶解是吸热过程,升高温度,平衡向溶解的方向移动,Ksp增大。
(3)实例
[
]
外界条件
移动方向
平衡后
c(Ag+)
平衡后
c(Cl-)
Ksp
升高温度
正向
增大
增大
增大
加水稀释
正向
不变
不变
不变
加入少量AgNO3
逆向
增大
减小
不变
通入HCl
逆向
减小
增大
不变
通入H2S
正向
减小
增大
不变
3.电解质在水中的溶解度
20℃时电解质在水中的溶解度与溶解性存在如下关系:
溶解性
难溶
微溶
可溶
易溶
S的
S<0.01g
0.01g
1g
S>10g
4.沉淀溶解平衡的应用
(1)沉淀的生成
①调节pH法
如除去CuCl2溶液中的杂质FeCl3,可以向溶液中加入CuO,调节溶液的pH,使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀而除去。
离子方程式为Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+,CuO+2H+===Cu2++H2O。
②沉淀剂法
如用H2S沉淀Hg2+的离子方程式为Hg2++H2S===HgS↓+2H+。
(2)沉淀的溶解
①酸溶解法:
如CaCO3溶于盐酸,离子方程式为CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O。
②盐溶解法:
如Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液,离子方程式为Mg(OH)2+2NH
===Mg2++2NH3·H2O。
③配位溶解法:
如Cu(OH)2溶于NH3·H2O溶液,离子方程式为Cu(OH)2+4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O。
(3)沉淀的转化
①实质:
沉淀溶解平衡的移动。
②特征
a.一般说来,溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现。
如:
AgNO3
AgCl
AgI
Ag2S。
b.沉淀的溶解度差别越大,越容易转化。
③应用
a.锅炉除垢:
将CaSO4转化为CaCO3,离子方程式为CaSO4(s)+CO
(aq)===CaCO3(s)+SO
(aq)。
b.矿物转化:
CuSO4溶液遇ZnS(闪锌矿)转化为CuS(铜蓝)的离子方程式为Cu2+(aq)+ZnS(s)===CuS(s)+Zn2+(aq)。
用饱和Na2CO3处理重晶石(BaSO4)制备可溶性钡盐的离子方程式为
;BaCO3+2H+===Ba2++H2O+CO2↑。
易错警示
(1)难溶电解质不一定是弱电解质,如BaSO4、AgCl等都是强电解质。
(2)用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部通过沉淀除去。
一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5mol·L-1时,沉淀已经完全。
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)难溶电解质达到沉淀溶解平衡时,溶液中各种离子的溶解(或沉淀)速率都相等。
( )
(2)难溶电解质达到沉淀溶解平衡时,增加难溶电解质的量,平衡向溶解方向移动。
( )
(3)向Na2SO4溶液中加入过量的BaCl2溶液,则SO
沉淀完全,溶液中只含Ba2+、Na+和Cl-,不含SO
。
( )
(4)Ksp小的物质其溶解能力一定比Ksp大的物质的溶解能力小。
( )
(5)为减少洗涤过程中固体的损耗,最好选用稀H2SO4代替H2O来洗涤BaSO4沉淀。
( )
(6)洗涤沉淀时,洗涤次数越多越好。
( )
提示
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
题组一沉淀溶解平衡及其影响因素
1.[2015·景德镇调研]已知Ca(OH)2溶液中存在平衡:
Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq)(ΔH<0),下列有关该平衡体系的说法正确的是( )
①升高温度,平衡逆向移动 ②向溶液中加入少量碳酸钠粉末能增大钙离子浓度 ③除去氯化钠溶液中混有的少量钙离子,可以向溶液中加入适量的NaOH溶液 ④恒温下向溶液中加入CaO,溶液的pH升高 ⑤给溶液加热,溶液的pH升高 ⑥向溶液中加入Na2CO3溶液,其中固体质量增加 ⑦向溶液中加入少量NaOH固体,Ca(OH)2固体质量不变
A.①⑥ B.①⑥⑦
C.②③④⑥D.①②⑥⑦
答案 A
解析 ②会生成CaCO3,使Ca2+浓度减小,错误;加入氢氧化钠溶液,有Ca(OH)2沉淀生成,但Ca(OH)2的溶度积较大,要除去Ca2+,应把Ca2+转化为更难溶的CaCO3,③错误;恒温下Ksp不变,加入CaO后,溶液仍为Ca(OH)2的饱和溶液,pH不变,④错;加热,Ca(OH)2的溶解度减小,溶液的pH降低,⑤错;加入Na2CO3溶液,沉淀溶解平衡向右移动,Ca(OH)2固体转化为CaCO3固体,固体质量增加,⑥正确;加入NaOH固体平衡向左移动,Ca(OH)2固体质量增加,⑦错。
2.已知25℃时BaSO4饱和溶液中存在BaSO4(s)Ba2+(aq)+SO
(aq),Ksp=1.1025×10-10,下列有关BaSO4的溶度积和溶解平衡的叙述正确的是( )
A.25℃时,向c(SO
)=1.05×10-5mol·L-1的BaSO4溶液中,加入BaSO4固体,c(SO
)增大
B.向该饱和溶液中加入Ba(NO3)2固体,则BaSO4的溶度积常数增大
C.向该饱和溶液中加入Na2SO4固体,则该溶液中c(Ba2+)>c(SO
)
D.向该饱和溶液中加入BaCl2固体,则该溶液中c(SO
)减小
答案 D
解析 BaSO4的溶度积等于c(Ba2+)和c(SO
)的乘积,故饱和溶液中c(SO
)=1.05×10-5mol·L-1,再加入BaSO4固体不溶解,c(SO
)不变,A项错误;溶度积常数只与温度有关,B项错误;加入Na2SO4固体,BaSO4的溶解平衡向左移动,c(Ba2+)减小,应为c(SO
)>c(Ba2+),C项错误;加入BaCl2固体,BaSO4的溶解平衡向左移动,c(SO
)减小。
题组二沉淀溶解平衡的应用
3.在25℃时,AgCl的白色悬浊液中,依次加入等浓度的KI溶液和Na2S溶液,观察到的现象是先出现黄色沉淀,最后出现黑色沉淀。
已知有关物质的溶度积Ksp(25℃)如表所示:
AgCl
AgI
Ag2S
Ksp
1.8×10-10
8.3×10-17
6.3×10-50
下列叙述错误的是( )
A.沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动
B.溶解度小的沉淀可以转化为溶解度更小的沉淀
C.AgCl固体在等物质的量浓度的NaCl、CaCl2溶液中的溶解度相同
D.25℃时,在饱和AgCl、AgI、Ag2S溶液中,所含Ag+的浓度不同
答案 C
解析 由表中数据可知,AgCl、AgI、Ag2S的溶解能力依次减弱,则25℃时,饱和AgCl、AgI、Ag2S溶液中,所含Ag+的浓度依次减小,故D正确;根据现象,AgCl的白色悬浊液中加入KI溶液,出现黄色沉淀,说明AgCl转化成了溶解度更小的AgI;继续加入Na2S溶液,又出现黑色沉淀,说明AgI转化成了溶解度更小的Ag2S,故A、B正确;等物质的量浓度的NaCl、CaCl2溶液相比较,后者中c(Cl-)更大,AgCl的溶解度更小,故C错。
4.[2015·武昌统考]以下是25℃时几种难溶电解质的溶解度:
难溶电解质
Mg(OH)2
Cu(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
溶解度/g
9×10-4
1.7×10-6
1.5×10-4
3.0×10-9
在无机化合物的提纯中,常利用难溶电解质的溶解平衡原理除去某些离子。
例如:
①为了除去氯化铵中的杂质Fe3+,先将混合物溶于水,再加入一定量的试剂反应,过滤,结晶即可;
②为了除去氯化镁晶体中的杂质Fe3+,先将混合物溶于水,加入足量的氢氧化镁,充分反应,过滤,结晶即可;
③为了除去硫酸铜晶体中的杂质Fe2+,先将混合物溶于水,加入一定量的H2O2,将Fe2+氧化成Fe3+,调节溶液的pH=4,过滤结晶即可。
请回答下列问题:
(1)上述三个除杂方案都能够达到很好效果,Fe2+、Fe3+都被转化为________(填名称)而除去。
(2)①中加入的试剂应选择________________为宜,其原因是____________________。
(3)②中除去Fe3+所发生的总反应的离子方程式为__________________________________。
(4)下列关于方案③相关的叙述中,正确的是________(填字母)。
A.H2O2是绿色氧化剂,在氧化过程中不引进杂质,不产生污染
B.将Fe2+氧化为Fe3+的主要原因是Fe(OH)2沉淀比Fe(OH)3沉淀较难过滤
C.调节溶液pH=4可选择的试剂是氢氧化铜或碱式碳酸铜
D.Cu2+可以大量存在于pH=4的溶液中
E.在pH>4的溶液中Fe3+一定不能大量存在
答案
(1)氢氧化铁
(2)氨水 不会引入新的杂质
(3)2Fe3+(aq)+3Mg(OH)2(s)===3Mg2+(aq)+2Fe(OH)3(s) (4)ACDE
解析 ①中为了不引入杂质离子,应加入氨水使Fe3+沉淀,而不能用NaOH溶液。
②中根据溶解度表可知Mg(OH)2易转化为Fe(OH)3,因此在MgCl2溶液中加入足量Mg(OH)2除去Fe3+,然后将沉淀一并过滤。
③中利用高价阳离子Fe3+极易水解的特点,据题意可知调节溶液的pH=4可使Fe3+沉淀完全,为了不引入杂质离子,可使用CuO、Cu(OH)2、CuCO3等。
考点
溶度积常数及应用
溶度积和浓度商
以AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)为例:
易错警示
(1)Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,与沉淀的量无关。
(2)溶解平衡一般是吸热的,温度升高平衡右移,Ksp增大,但Ca(OH)2相反。
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)Ksp(AB2)小于Ksp(CD),则AB2的溶解度小于CD的溶解度。
( )
(2)不可能使要除去的离子全部通过沉淀除去。
一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1.0×10-5mol·L-1时,沉淀已经完全。
( )
(3)在一定条件下,溶解度较小的沉淀也可以转化成溶解度较大的沉淀。
( )
(4)常温下,向BaCO3饱和溶液中加入Na2CO3固体,BaCO3的Ksp减小。
( )
(5)溶度积常数Ksp只受温度影响,温度升高,Ksp增大。
( )
(6)常温下,向Mg(OH)2饱和溶液中加入NaOH固体,Mg(OH)2的Ksp不变。
( )
提示
(1)×
(2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)√
题组一溶度积常数的有关计算及应用
1.[2015·南昌零模]化工生产中常用MnS作沉淀剂除去工业废水中的Cu2+:
Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq)
下列有关叙述中正确的是( )
①MnS的Ksp大于CuS的Ksp
②达到平衡时c(Mn2+)=c(Cu2+)
③溶液中加入少量Na2S固体后,溶液中c(Cu2+)、c(Mn2+)保持不变
④该反应平衡常数K=
A.①④B.②③
C.①②③D.②③④
答案 A
解析 化学式相似的物质,溶度积大的物质容易转化为溶度积小的物质,所以MnS的Ksp比CuS的Ksp大,故①正确;该反应达到平衡时各离子的浓度保持不变,但不一定相等,故②错误;溶液中加入少量Na2S固体后,溶液中c(S2-)增大,由于温度不变,溶度积不变,故c(Cu2+)、c(Mn2+)均减小,③错误;反应的平衡常数K=
=
=
,故④正确。
本题选A。
2.[2015·太原一模]关于沉淀溶解平衡和溶度积常数,下列说法不正确的是( )
A.Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,而与溶液中的离子浓度无关
B.将饱和Na2SO4溶液加入到饱和石灰水中,有白色沉淀产生,说明Ksp[Ca(OH)2]大于Ksp(CaSO4)
C.已知25℃时Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,则该温度下反应Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O的平衡常数K=4.0×104
D.已知25℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,在MgCl2溶液中加入氨水调混合液的pH=11,产生沉淀,则此时溶液中的c(Mg2+)=1.8×10-5mol·L-1
答案 B
解析 B项的实质是发生了沉淀的转化:
Ca(OH)2(s)+SO
(aq)CaSO4(s)+2OH-(aq),这与Ksp[Ca(OH)2]和Ksp(CaSO4)的相对大小没有必然联系,B选项错误;Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-),K=
=
=
=
=4.0×104,C选项正确;c(Mg2+)=
=
mol·L-1=1.8×10-5mol·L-1,D选项正确。
★总结提升
溶度积Ksp的计算
(1)已知溶度积求溶液中的某种离子的浓度,如Ksp=a的饱和AgCl溶液中c(Ag+)=
mol·L-1。
(2)已知溶度积、溶液中某离子的浓度,求溶液中的另一种离子的浓度,如某温度下AgCl的Ksp=a,在0.1mol·L-1的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体,达到平衡后c(Ag+)=10amol·L-1。
(3)计算反应的平衡常数,如对于反应Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq),Ksp(MnS)=c(Mn2+)·c(S2-),Ksp(CuS)=c(Cu2+)·c(S2-),而平衡常数K=
=
。
题组二溶度积与溶解平衡曲线
3.[2013·江苏高考](双选)一定温度下,三种碳酸盐MCO3(M:
Mg2+、Ca2+、Mn2+)的沉淀溶解平衡曲线如下图所示。
已知:
pM=-lgc(M),p(CO
)=-lgc(CO
)。
下列说法正确的是( )
A.MgCO3、CaCO3、MnCO3的Ksp依次增大
B.a点可表示MnCO3的饱和溶液,且c(Mn2+)=c(CO
)
C.b点可表示CaCO3的饱和溶液,且c(Ca2+) ) D.c点可表示MgCO3的不饱和溶液,且c(Mg2+) ) 答案 BD 解析 因为c(M)=10-pM、c(CO )=10-p(CO ),而Ksp=c(M)·c(CO ),由图象可知MgCO3、CaCO3、MnCO3的Ksp依次减小,A错;由图象可知,在斜线上的都是饱和溶液,点a在对角线上,B正确;点b也是饱和溶液,但c(Ca2+)>c(CO ),C错;通过c点作坐标轴的垂线后可看出,c(Mg2+)·c(CO ) ),D正确。 4.[2015·衡水中学三模]在T℃时,铬酸银(Ag2CrO4)在水溶液中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。 下列说法不正确的是( ) A.T℃时,Y点和Z点Ag2CrO4的Ksp相等 B.在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4不能使溶液由Y点变为X点 C.T℃时,Ag2CrO4的Ksp为1×10-8 D.图中a的值为 ×10-4 答案 C 解析 Ksp只与温度有关,故温度不变,Y、Z两点的Ksp相等,A项正确;在饱和Ag2CrO4溶液中加入K2CrO4,所得溶液仍为饱和Ag2CrO4溶液,点仍在曲线上,B项正确;T℃时Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(CrO )=(1×10-3)2×1×10-5=1×10-11,C项错误;a点的值为 = ×10-4,D项正确。 ★思维建模 有关沉淀溶解平衡图象问题的思维模板 ―→ ―→ (1)曲线上的任意一点,都代表指定温度下的饱和溶液,由对应的离子浓度可求Ksp。 (2)可通过比较、观察得出溶液是否达到饱和状态,是否有沉淀析出。 处于曲线上方的点表明溶液处于过饱和状态,一定会有沉淀析出,处于曲线下方的点,则表明溶液处于未饱和状态,不会有沉淀析出。 (3)比较溶液的Qc与Ksp的大小,判断溶液中有无沉淀析出。 (4)涉及Qc的计算时,所代入的离子浓度一定是混合溶液中的离子浓度,因此计算离子浓度时,所代入的溶液体积也必须是混合溶液的体积。 题组三涉及溶度积Ksp的综合实验探究 5.海水中含有丰富的镁资源。 某同学设计了从模拟海水中制备MgO的实验方案: 注: 溶液中某种离子的浓度小于1.0×10-5mol·L-1,可认为该离子不存在;实验过程中,假设溶液体积不变。 Ksp(CaCO3)=4.96×10-9 Ksp(MgCO3)=6.82×10-6 Ksp[Ca(OH)2]=4.68×10-6 Ksp[Mg(OH)2]=5.61×10-12 下列说法正确的是( ) A.沉淀物X为CaCO3 B.滤液M中存在Mg2+,不存在Ca2+ C.滤液N中存在Mg2+、Ca2+ D.步骤②中若改为加入4.2gNaOH固体,沉淀物Y为Ca(OH)2和Mg(OH)2的混合物 答案 A 解析 ①步加1.0mL1.0mol·L-1NaOH溶液即n(NaOH)=0.001mol,由于Ksp(CaCO3) +Ca2++OH-===CaCO3↓+H2O,而n(HCO )=0.001mol,n(Ca2+)=0.011mol,故剩n(Ca2+)=0.01mol,所以沉淀物X为CaCO3,A项正确;M中存在Mg2+和Ca2+,B项错误;pH=11.0,c(OH-)=1×10-3mol·L-1代入Ksp[Mg(OH)2],得c(Mg2+)= = mol·L-1=5.61×10-6mol·L-1<1.0×10-5mol·L-1,所以N中无Mg2+,c(Ca2+)=0.01mol·L-1,Q[Ca(OH)2]=0.01×(1.0×10-3)2=1×10-8<4.68×10-6,所以N中有Ca2+,C项错误;若改为加4.2gNaOH,n(NaOH)= =0.105mol,Mg2+消耗OH-为n(OH-)=2n(Mg2+)=0.1mol,剩n(OH-)=0.005mol,c(OH-)= =0.005mol·L-1,Q[Ca(OH)2]=0.01×(0.005)2=2.5×10-7<4.68×10-6,故无Ca(OH)2沉淀,D项错误。 6.[2015·大庆模拟] (1)用于电解的食盐水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、SO 等杂质。 除杂操作时,往粗盐水中先加入过量的________(填化学式),至沉淀不再产生后,再加入过量的Na2CO3和NaOH,充分反应后将沉淀一并滤去。 经检测发现滤液中仍含有一定量的SO ,其原因是______________________________________________________。 [已知: Ksp(BaSO4)=1.1×10-10,Ksp(BaCO3)=5.1×10-9] (2)为分析某铜合金的成分,用酸将其完全溶解后,用NaOH溶液调节pH,当pH=3.4时开始出现沉淀,分别在pH为7.0、8.0时过滤沉淀。 结合下图信息推断该合金中除铜外一定含有________。 (3)已知25℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20。 在25℃下,向浓度均为0.1mol·L-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成________沉淀(填化学式),生成该沉淀的离子方程式为____________________________________。 答案 (1)BaCl2 根据所给Ksp(BaSO4)=1.1×10-10和Ksp(BaCO3)=5.1×10-9,二者相差不大,又由于溶液中存在大量的CO ,所以会导致BaSO4(s)转化为BaCO3(s),这时溶液中就出现了SO (2)Al、Ni (3)Cu(OH)2 Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NH 解析 (1)根据提纯的流程可知,先加入的试剂是除去杂质SO ,在不引入新的杂质的前提下,滴加的试剂是BaCl2。 根据所给Ksp(BaSO4)=1.1×10-10和Ksp(BaCO3)=5.1×10-9,二者相差不大,又由于溶液中存在大量的CO ,所以会导致BaSO4(s)转化为BaCO3(s),这时溶液中就出现了SO 。 (2)用酸完全溶解某铜合金,此处所用酸应是稀硝酸,所得溶液用NaOH溶液调节pH,当pH=3.4时才开始出现沉淀,从图中信息可知该合金中一定含有Al,不含Fe;分别在pH为7.0、8.0时过滤沉淀,从图中信息来看,该合金还含有Ni。 (3)因为Ksp[Cu(OH)2] 考点 四大平衡常数的重要应用 四大平衡常数的比较 在高中阶段化学中所涉及的平衡理论主要包括: 化学平衡、电离平衡、水解平衡和难溶电解质溶解平衡四种,均符合勒夏特列原理,它们在工农业生产中都有广泛的应用。 请回答下列问题: Ⅰ. (1)工业生产尿素的原理是以NH3和CO2为原料合成尿素[CO(NH2)2],反应的化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)。 已知该反应的平衡常数K195℃ (2)一定温度和压强下,若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比(氨碳比)n(NH3)/n(CO2)=x,图1是氨碳比(x)与CO2平衡转化率(α)的关系。 α随着x增大的原因是________;B点处,NH3的转化率为________%(保留小数点后一位)。 (3)取一定量的NH3和CO2放在一个密闭真空容器中,在一定温度下反应达平衡,若在恒温、恒容下充入气体He,CO(NH2)2(l)的质量________(填“增加”“减小”或“不变”)。 Ⅱ. (1)某温度下,纯水中c(H+)=2.
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- 学案94 难溶电解质的溶解平衡 94 电解质 溶解 平衡