加载中…溶液中离子浓度大小比较归类解析
(2011-03-09 09:26:55)
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高考化学 |
溶液中离子浓度大小比较归类解析
一、电离平衡理论和水解平衡理论
1.电离理论：
⑴弱电解质的电离是微弱的，电离消耗的电解质及产生的微粒都是少量的，同时注意考虑水的电离的存在；例如NH3·H2O溶液中微粒浓度大小关系。
【分析】由于在NH3·H2O溶液中存在下列电离平衡：NH3·H2O NH4++OH-，H2O H++OH-，所以溶液中微粒浓度关系为：c(NH3·H2O)＞c(OH-)＞c(NH4+)＞c(H+)。
⑵多元弱酸的电离是分步的，主要以第一步电离为主；例如H2S溶液中微粒浓度大小关系。
【分析】由于H2S溶液中存在下列平衡：H2S HS-+H+，HS- S2-+H+，H2O H++OH-，所以溶液中微粒浓度关系为：c(H2S )＞c(H+)＞c(HS-)＞c(OH-)。
2.水解理论：
⑴弱酸的阴离子和弱碱的阳离子因水解而损耗；如NaHCO3溶液中有：c(Na+)＞c(HCO3-)。
⑵弱酸的阴离子和弱碱的阳离子的水解是微量的（双水解除外），因此水解生成的弱电解质及产生H+的（或OH-）也是微量，但由于水的电离平衡和盐类水解平衡的存在，所以水解后的酸性溶液中c(H+)（或碱性溶液中的c(OH-)）总是大于水解产生的弱电解质的浓度；例如（NH4）2SO4溶液中微粒浓度关系：
c(NH4+)＞c(SO42-)＞c(H+)＞c(NH3·H2O)＞c(OH-)。
(3)多元弱酸的酸根离子的水解是分步进行的，主要以第一步水解为主。
例如:
二、电荷守恒和物料守恒
1．电荷守恒：电解质溶液中所有阳离子所带有的正电荷数与所有的阴离子所带的负电荷数相等。如NaHCO3溶液中：n(Na+)＋n(H+)＝n(HCO3-)＋2n(CO32-)＋n(OH-)推出：
c(Na+)＋c(H+)＝c(HCO3-)＋2c(CO32-)＋c(OH-)
2．物料守恒：电解质溶液中由于电离或水解因素，离子会发生变化变成其它离子或分子等，但离子或分子中某种特定元素的原子的总数是不会改变的。如NaHCO3溶液中n(Na+)：n(c)＝1：1，推出：c(Na+)＝c(HCO3-)＋c(CO32-)＋c(H2CO3)
3．导出式——质子守恒：
如碳酸钠溶液中由电荷守恒和物料守恒将Na+离子消掉可得：c(OH-)=c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)。
如醋酸钠溶液中由电荷守恒和物料守恒将钠离子消掉可:c(OH-)=c(H+)+c(CH3COOH)。
［规律总结］正确的思路：
【常见题型】
一、溶质单一型
1.弱酸溶液：
【例1】在0.1mol/L的H2S溶液中，下列关系错误的是（
A.c(H+)=c(HS-)+c(S2-)+c(OH-)
C.c(H+)＞[c(HS-)+c(S2-)+c(OH-)]
分析：由于H2S溶液中存在下列平衡：H2S H++HS-，HS- H++S2-，H2O H++OH-，根据电荷守恒得c(H+)=c(HS-)+2c(S2-)+c(OH-)，由物料守恒得c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)=0.1mol/L，所以关系式错误的是A项。
（注意：解答这类题目主要抓住弱酸的电离平衡。）
2.弱碱溶液：
【例2】室温下，0.1mol/L的氨水溶液中，下列关系式中不正确的是（
A.
c(OH-)＞c(H+)
C.c(NH4+)＞c(NH3·H2O)＞c(OH-)＞c(H+)
分析：由于氨水溶液中存在一水合氨的电离平衡和水的电离平衡，所以所得溶液呈碱性，根据电荷守恒和物料守恒知BD正确，而一水合氨的电离是微量的，所以C项错误，即答案为C项。
3.强酸弱碱盐溶液：
【例3】在氯化铵溶液中，下列关系正确的是（
A.c(Cl-)＞c(NH4+)＞c(H+)＞c(OH-)
C.c(NH4+)＝c(Cl-)＞c(H+)＝c(OH-)
分析：由于氯化铵溶液中存在下列电离过程：NH4Cl=NH4++Cl-，H2O H++OH-和水解过程：NH4++H2O H++NH3·H2O，由于NH4+水解被消耗，所以c(Cl-)＞c(NH4+)，又因水解后溶液显酸性，所以c(H+)＞c(OH-)，且水解是微量的，所以正确的是A项。
（注意：解答这类题时主要抓住弱碱阳离子的水解，且水解是微量的，水解后溶液呈酸性。）
4.强碱弱酸盐溶液：
【例4】在Na2S溶液中下列关系不正确的是
A．
C．c(Na+)＞c(S2－)＞c(OH－)＞c(HS－)
解析：电荷守恒：c(Na+) +c(H+)=c(OH－)+c(HS－)+2c(S2－)；
物料守恒：c(Na+) =2c(HS－) +2c(S2－) +2c(H2S)；
质子守恒：c(OH－)=c(HS－)+c(H+)+2c(H2S)，选A D
5.强碱弱酸的酸式盐溶液：
【例5】（2004年江苏卷）草酸是二元弱酸，草酸氢钾溶液呈酸性，在0.1mol/LKHC2O4溶液中，下列关系正确的是（CD）
A．c(K+)+c(H+)=c(HC2O4-)+c(OH-)+
c(C2O42-)
C．c(C2O42-)＞c(H2C2O4)
分析：因为草酸氢钾呈酸性，所以HC2O4-电离程度大于水解程度，故c(C2O42-)＞c(H2C2O4)。又依据物料平衡，所以D．c(K+)= c(H2C2O4)+ c(HC2O4-)+ c(C2O42-)正确，又根据电荷守恒：c(K+)+c(H+)=c(HC2O4-)+c(OH-)+2c(C2O42-)，所以综合上述C、D正确。
练习：
1、(2001年全国春招题)在0.1mol·L-1
Na2CO3溶液中，下列关系正确的是(
A．c(Na+)＝2c(CO32-
C．c(HCO3-)＞c(H2CO3)
2、在0.1mol/L的NaHCO3溶液中，下列关系式正确的是（）
A.c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(H+)＞c(OH-)
C.c(Na+)+c(H+)＝c(HCO3-)+c(OH-)+2c(CO32-)
3、
①HB－的水解程度小于HB－的电离程度；②c(Na+)=0.1mol·L－1 ≥c(B2－)；
③溶液的pH=1；④c(Na+)=c(HB－)+2c(B2－)+c(OH－)。
A．①②
4、（2006江苏）1、下列叙述正确的是（ ）
A．0.1mol·L－1氨水中，c(OH-)=c(NH4+)
B．10 mL 0.02mol·L－1HCl溶液与10 mL 0.02mol·L－1Ba(OH)2溶液充分混合,若混合后溶液的体积为20 mL，则溶液的pH=12
C．在0.1mol·L－1CH3COONa溶液中，c(OH-)=c(CH3COOH)＋c(H+)
D．0.1mol·L－1某二元弱酸强碱盐NaHA溶液中，c(Na+)=2c(A2-)＋c(HA-)＋c(H2A)
5、(05上海)14、叠氮酸（HN3）与醋酸酸性相似，下列叙述中错误的是（
A、HN3水溶液中微粒浓度大小顺序为：c(HN3)>c(H+)>c(N3¯)>c(OH¯)
B、HN3与NH3作用生成的叠氮酸铵是共价化合物
C、NaN3水溶液中离子浓度大小顺序为：c(Na+)>c(N3¯) >c(OH¯)>c(H+)
D、N3¯与CO2含相等电子数
二、两种电解质溶液混合后离子浓度大小的比较
※※关注混合后溶液的酸碱性
混合后溶液的酸碱性取决于溶质的电离和水解的情况，一般判断原则是：若溶液中有酸或碱存在，要考虑酸和碱的电离，即溶液相应地显酸性或碱性；若溶液中的溶质仅为盐，则考虑盐水解情况；对于特殊情景要按所给的知识情景进行判断。
1、两种物质混合不反应：
【例】：用物质的量都是0.1
mol的CH3COOH和CH3COONa配制成1L混合溶液，已知其中C(CH3COO-)＞C(Na+)，对该混合溶液的下列判断正确的是(
A.C(H+)＞C(OH-)
C.C(CH3COOH)＞C(CH3COO-)
［点拨］ CH3COOH和CH3COONa的混合溶液中，CH3COOH的电离和CH3COONa的水解因素同时存在。已知C(CH3COO-)＞C(Na+)，根据电荷守恒C(CH3COO-)＋C(OH-)＝C(Na+)＋C(H+)，可得出C(OH-)＜C(H+)。说明混合溶液呈酸性，进一步推测出0.1mol/L的CH3COOH和0.1mol/L的CH3COONa溶液中，电离和水解这一对矛盾中起主要作用是电离，即CH3COOH的电离趋势大于CH3COO-的水解趋势。根据物料守恒，可推出（B）是正确的。
练习1、现有NH4Cl和氨水组成的混合溶液C(填“>”、“<”或“=”)
①若溶液的pH=7，则该溶液中C(NH4＋)
②若溶液的pH>7，则该溶液中C(NH4＋)
③若C(NH4＋)<
C(Cl－)，则溶液的pH
练习2、CH3COOH与CH3COONa等物质的量混合配制成稀溶液，pH值为4.7，下列说法错误的是(
A、CH3COOH的电离作用大于CH3COONa的水解作用
B、CH3COONa的水解作用大于CH3COOH的电离作用
C、CH3COOH的存在抑制了CH3COONa的水解
D、CH3COONa的存在抑制了CH3COOH的电离
2、两种物质恰好完全反应
【例】(2003年上海高考题)在10ml
0.1mol·L-1NaOH溶液中加入同体积、同浓度HAc溶液，反应后溶液中各微粒的浓度关系错误的是(
A．c(Na+)＞c(Ac-)＞c(H+)＞c(OH-)
C．c(Na+)＝c(Ac-)＋c(HAC)
[解析]由于混合的NaOH与HAc物质的量都为1×10-3mol，两者恰好反应生成NaAc，等同于单一溶质，故与题型①方法相同:
由于少量Ac-发生水解：Ac- + H2O HAc+ OH-,故有c(Na+)＞c(Ac-)＞c(OH-)＞c(H+)，根据物料守恒C正确，根据电荷守恒D正确，A错误,故该题选项为A。
练习：100 mL 0.1 mol·L-1 醋酸与50 mL 0.2
mol·L-1
NaOH溶液混合，在所得溶液中(
A、c(Na+)＞c(CH3COO-)＞c(OH-)＞c(H+)
C、c(Na+)＞c(CH3COO-)＞c(H+)＝c(OH-)
3、两种物质反应，其中一种有剩余：
（1）酸与碱反应型
在审题时，要关注所给物质的量是“物质的量浓度”还是“pH”。
（解答此类题目时应抓住两溶液混合后剩余的弱酸或弱碱的电离程度和生成盐的水解程度的相对大小。）
【例1】：把0.02 mol·L-1 HAc溶液与0.01
mol·L-1NaOH溶液等体积混合，则混合液中微粒浓度关系正确的是(
A.c(Ac-)＞c(Na+)
【例2】： 将0.2mol·L－1HCN溶液和0.1mol·L－1的NaOH溶液等体积混合后，溶液显碱性，下列关系式中正确的是
A.
C.
解析：上述溶液混合后，溶质为HCN和NaCN，由于该题已说明溶液显碱性，所以不能再按照HCN的电离处理，而应按NaCN水解为主。所以c(Na＋)>c(CN－)，选B D
【例3】 设氨水的pH＝x，某盐酸的pH＝y，已知x+y＝14，且x>11。将上述两溶液分别取等体积充分混合后，所得溶液中各离子浓度由大到小的顺序是
A.
c(Cl－)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH－)
C.
c(NH4+)>c(Cl－)>c(OH－)>c(H+)
解析：由于x+y＝14，且x>11，所以氨水c(OH－) 和盐酸中的c(H+) 相等。两者等体积混合后，氨水过量，溶液显碱性，选C
【例4】（05江苏）常温下将稀NaOH溶液与稀CH3COOH溶液混合，不可能出现的结果
A．pH ＞ 7，且c(OH—) ＞
c(Na+) ＞ c(H+) ＞
c(CH3COO—)
B．pH ＞ 7，且c(Na+) + c(H+) = c(OH—) + c(CH3COO—)
C．pH ＜ 7，且c(CH3COO—)
＞c(H+) ＞ c(Na+) ＞
c(OH—)
D．pH ＝ 7，且c(CH3COO—) ＞ c(Na+) ＞ c(H+) = c(OH—)
练习1：将pH=3的CH3COOH与pH=11的NaOH溶液等体积混合后，所得的混合溶液中，下列关系式正确的是(
A、c(Na+)＞c(CH3COO-)＞c(H+)
＞c(OH-)
C、
c(CH3COO-)＞c(H+)＞c(Na+)＞c(OH-)
练习2：将pH=2的盐酸与pH=12的氨水等体积混合,所得混合溶液中，关系式正确的是( )
A、c(Cl-)＞c(NH4+)＞c(OH-)＞c(H+)
C、c(Cl-)＝c(NH4+)＞c(H+)＝c(OH-)
练习3：等体积等浓度的MOH强碱溶液和HA弱酸溶液混合后,混合溶液中有关离子浓度的关系正确的是(
A.c(M+)＞c(OH-)＞c(A-)＞c(H+)
C.c(M+)＞c(A-)＞c(OH-)＞c(H+)
分析: 由于等体积等浓度的上述物质混合后，二者恰好完全反应而生成强碱弱酸盐，所以所得溶液由于A-的水解而呈碱性，由电荷守恒和物料守恒知CD项正确。
变式练习： （2004年上海卷）将标准状况下的2.24LCO2通入150ml1mol/LNaOH溶液中，下列说法正确的是（A）
A．c(HCO3-)略大于c(CO32-)
C．c(Na+)等于c(CO32-)与c(HCO3-)之和
[解析]计算得知，生成0.05mol Na2CO3和0.05 mol NaHCO3，而CO32-水解性大于HCO3-水解性，故A项正确。
※※变式：pH等于7型
【例5】.(2002年全国高考理综)常温下，将甲酸和氢氧化钠溶液混合，所得溶液pH＝7，则此溶液中(
A．c(HCOO-)＞c(Na+)
[解析]本题绝不能理解为恰好反应，因完全反应生成甲酸钠为强碱弱酸盐，溶液呈碱性，而现在Ph=7，故酸略为过量。根据溶液中电荷守恒：c(Na+)+ c(H+)= c(HCOO-)＋c(OH-)
因pH=7，故c(H+)= c(OH-)，所以有c(Na+)= c(HCOO-)，答案为C。
练习、将m mol· L-1的盐酸和n mol·L-1氨水等体积混合后，溶液的pH＝7，m与n的大小关系是_______，则盐酸中c(H+)与氨水中c(OH-)的大小关系是_______；
※※未指明酸碱的强弱：
例：一元酸HA溶液中，加入一定量强碱MOH溶液后，恰好完全反应，反应后的溶液中，下列判断正确的是(
A．[A-]≥[M+]
C．若MA不水解,则[OH-]<[A-]
解析：因为没有告知一元酸HA的相对强弱，因此要考虑两种情况，若是强酸，则[A-]=[M+] ，若是弱酸则 [A-]＜[M+] ，还要考虑MA的水解，所以选B C
练习、实验测得常温下0.1mol/L某一元酸(HA)溶液的pH值等于1，0.1mol/L某一元碱(BOH)溶液里[H+]/[OH-]＝10-12。将此两种溶液等体积混合后，所得溶液呈的各离子的浓度由大到小排列的顺序是(
A．[B+]＞[A-]＞[OH-]＞[H+]
C．[B+]＝[A-]＞[H+]＝[OH-]
（2）盐与碱(酸)反应型
（解答此类题目时应抓住两溶液混合后生成的弱酸或弱碱的电离程度和剩余盐的水解程度的相对大小。）
【例1】. (2001年上海高考题)将0.1mol·L-1
醋酸钠溶液20mL与0.1mol·L-1盐酸10mL混合后，溶液显酸性，则溶液中有关粒子浓度关系正确的是(
A．c(CH3COO-)＞c(Cl-)＞c(H+)＞c(CH3COOH)
C．c(CH3COO-)＝c(Cl-)＞c(H+)＞c(CH3COOH)
[解析]两溶液混合反应后，溶液实质上是生成等浓度醋酸和醋酸钠、氯化钠的混合溶液。因溶液呈酸性说明CH3COO-的水解程度小于CH3COOH的电离程度，所以c(CH3COO-)＞c(Cl-)＞c(CH3COOH)，但CH3COOH电离程度较小，c(CH3COOH)＞c(H+)，故选项A、C错误，B正确。依据电荷守恒原则，可知选项D也正确。综合上述答案选B、D。
【例2】
下列混合溶液中，各离子浓度的大小顺序正确的是
A .1mol·L－1氨水1mL与10mL0.1mol·L－1盐酸混合：c(Cl－)>c(NH4+)>c(OH－)>c(H+)
B．10mL0.1mol·L－1NH4Cl与5mL0.2mol·L－1NaOH溶液混合：c(Na+)=c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)
C．10mL0.1mol·L－1CH3COOH溶液与5mL0.2mol·L－1NaOH溶液混合：
c(Na+)=c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
D.10mL0.5mol·L－1CH3COONa溶液与6mL1mol·L－1盐酸混合：c(Cl-)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+)
解析：A项中氨水与盐酸混合恰好反应生成氯化铵，所以溶液显酸性，A错。B项中NH4Cl与NaOH溶液混合恰好反应生成NH3·H2O和NaCl，溶液显碱性，B正确。C项混合后溶液中溶质为CH3COONa，CH3COO-要水解，C错。D项混合后溶质为CH3COOH 、HCl 、NaCl，溶液现酸性，D错。
【例3】 物质的量浓度相同的200mL Ba(OH)2溶液和150mL NaHCO3混合后，最终溶液中离子的物质的量浓度关系正确的是
A.c(OH－)>c(Ba2+)>c(Na+)>c(CO32－)
C.
c(OH－)=c(Ba2+)+c(Na+)+c(H+)
解析：为了便于计算，设 Ba(OH)2和 NaHCO3的物质的量分别为4mol和3mol，则
n(OH－)=8mol
n(OH－)=5mol
练习1：将0.2 mol·L-1
CH3COOK 与0.1
mol·L-1盐酸等体积混合后，溶液的pH＜7，则溶液中下列微粒的物质的量浓度的关系正确的是(
A.c(CH3COO-)＝c(Cl-)＝c(H+)＞c(CH3COOH)
C.c(CH3COO-)＞c(Cl-)＞c(H+)＞c(CH3COOH)
练习2：将0.4mol/LNH4Cl溶液和0.2mol/LNaOH溶液等体积混合后，溶液中下列微粒的物质的量关系正确的是（
A
.c(NH4+)=c(Na+)=c(OH-)＞c(NH3·H2O)
C.c(NH4+)＞c(Na+)＞c(OH-)＞c(NH3·H2O)
4、不同物质同种离子浓度比较型：
【例题】
(1996年上海高考题)物质的量浓度相同的下列溶液中，NH4+浓度最大的是（
A．NH4Cl
[解析] NH4+在溶液中存在下列平衡：NH4+ + H2O NH3·H2O + H+
B中NH4HSO4电离出大量H+，使平衡向左移动，故B中c(NH4+)大于A中的c(NH4+)，C项的CH3COO-和D项的HCO3-水解均呈碱性，使平衡向右移动，故C、D中c(NH4+)小于A中c(NH4+)，正确答案为B。
练习：
1、物质的量浓度相同的下列溶液①(NH4)2CO3
②(NH4)2SO4
③NH4HCO3 ④NH4HSO4
A.③⑤④⑥①③
2、（2006重庆）11． 温度相同、浓度均为0.2 mol/L的 ①(NH4)2SO4、 ②NaNO3、
③NH4HSO4、 ④NH4NO3、⑤ 、⑥CH3COONa溶液，它们的pH值由小到大的排列顺序是（A）
A．③①④②⑥⑤ B．①③⑥④②⑤
5、其他类型
※※关注利用溶液中阴阳离子的种类来判断溶液中溶质的可能情况:
有些题目给定了盐溶液中的阴阳离子种类，可以假设该溶液是相应酸与碱反应后的产物，因此存在酸碱过量问题。
【例1】已知某无色透明的溶液中所含的离子仅有Na+、CH3COO-、H+和OH-四种离子，试回答下列问题：
⑴该溶液所含的四种离子的物质的量浓度大小之间的关系是否只有一种可能
⑵某学生将该溶液中的四种离子的物质的量浓度按从大到小的顺序排列了若干种可能，其中合理的是：
A.
c(Na+)>c(CH3COO－)>c(OH－)>c(H+)
C.
c(H+)>c(OH－)>c(Na+)>c(CH3COO－)
解析：由于溶液中所含的离子仅有Na+、CH3COO-、H+和OH-四种离子，所以可以认为是醋酸和NaOH反应后的溶液。因此该溶液中可能含有溶质CH3COONa
;
练习.已知某溶液中存在Cl-、NH4+、H+、OH-
四种离子经过四位同学测定其浓度大小关系如下,其中不可能的是
A.C(Cl-)＞C(NH4+)＞C(H+)＞C(OH-)
C.C(Cl-)＞C(NH4+)＞C(OH-)＞C(H+)
※※对所给的二元酸的电离，要关注电离的程度：是否完全电离。
【例2】某二元酸（化学式用H2A表示）在水中的电离方程式是：
H2A==H++HA；HA－
H++A2－
⑴Na2A溶液显
⑵在0.1mol·L－1的Na2A溶液中，下列微粒浓度关系式正确的是：
A. c(A2－) +c(
HA－)+c( H2A) =0.1mol·L-1
C. c(Na+ )+ c(H+)
=c(OH－)+ c(
HA－)+2c(A2－)
⑶已知0.1mol·L－1NaHA溶液的pH=2，则0.1mol·L-1
H2A溶液中氢离子的物质的量浓度可能是
⑷0.1mol·L－1
NaHA溶液中各种离子浓度由大到小的顺序是：
解析：由于“H2A==H++HA；HA－ H++A2－”，因此在NaHA溶液中仅存在:
HA－ H++A2－ 电离情况，没有HA－的水解过程。在H2A溶液中H2A第一步电离产生的H+，抑制了HA-的电离。理解上述内容，答案迎刃而解。
练习：某二元弱酸（简写为H2A）溶液，按下式发生一级和二级电离：
H2A H++HA-；HA-
H++A2- 已知一级电离远大于二级电离,设有下列四种溶液：
A.0.01mol.L-1的H2A溶液
B.0.01mol.L-1的NaHA溶液（
C(OH-)＞C(H+)
C.0.02mol.L-1的HCl与0.04mol.L-1的NaHA溶液等体积混合液
D.0.02mol.L-1的NaOH与0.02
mol.L-1的NaHA溶液等体积混合液
据此，填写下列空白（填代号）
(1)
B溶液中可能存在的等式关系有
D溶液中可能存在的等式关系有
(2) C(H+)最大的是______________________，最小的是______________________。
(3)
C(H2A)最大的是______________________，最小的是______________________。
(4)
C(A2-)最大的是______________________，最小的是______________________。
※※关注隐含信息的发掘:
【例3】今有一混合物的水溶液，只可能含有以下离子中的若干种：
K+、NH4+、Cl－、Mg2+、Fe3+、CO32—、SO42—，现每次取100.00ml进行实验。
①
②
③
试回答有关问题：
⑴判断K+、Cl－是否存在？K+
A．一定存在
⑵肯定存在的离子在原溶液中的物质的量浓度分别为：
解析：由①可知溶液中Cl－、CO32—、SO42—三种中至少含有其中一种；由②能确定含NH4+，且c(NH4+)=0.4mol·L－1，第③步可以确定c(SO42－)=0.1mol·L－1；c(CO32－)=0.2mol·L－1，由于含有CO32—、SO42—，所以溶液中肯定不含Mg2+、Fe3+；因为溶液中阴阳离子所带电荷相等（即溶液是电中性的，这也是该题目隐含的信息），由上述所求的已知阴阳离子的浓度看出，是不守恒的，因此溶液中一定存在K+，且c(K+)≥0.2mol·L－1，Cl－不确定
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