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文檔簡介
1、授課主題化學(xué)平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率及反應(yīng)方向的判斷教學(xué)目的能夠?qū)懗龌瘜W(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式;可以計算出物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率;重、難點(diǎn)判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài);反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率的變化判斷;焓變、熵變及化學(xué)反應(yīng)方向的關(guān)系本節(jié)知識點(diǎn)講解1化學(xué)平衡常數(shù)(1)定義在一定溫度下,當(dāng)一個可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時,生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個常數(shù),這個常數(shù)就是該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)(簡稱平衡常數(shù)),用K表示。(2)表達(dá)式對于一般的可逆反應(yīng):mA(g)nB(g)pC(g)qD(g),K=。(3)應(yīng)用判斷反應(yīng)進(jìn)行的限度K值大,說明反應(yīng)進(jìn)行的程度大,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率高。K值小,說明反應(yīng)進(jìn)行的程度小,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率低。
2、K<105105105>105反應(yīng)程度很難進(jìn)行反應(yīng)可逆反應(yīng)可接近完全判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)化學(xué)反應(yīng)aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)在任意狀態(tài)時,濃度商均為Qc=。Qc>K時,反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行;Qc=K時,反應(yīng)處于平衡狀態(tài);Qc<K時,反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。利用平衡常數(shù)判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)若升高溫度,K值增大,則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng);若升高溫度,K值減小,則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。2轉(zhuǎn)化率對于一般的化學(xué)反應(yīng):aAbBcCdD,達(dá)到平衡時反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率為(A)×100×100c0(A)為起始時A的濃度,c(A)為平衡時A的濃度反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率的變化
3、判斷反應(yīng)類型條件的改變反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的變化有多種反應(yīng)物的可逆反應(yīng)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)恒容時只增加反應(yīng)物A的用量反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率減小,反應(yīng)物B的轉(zhuǎn)化率增大同等倍數(shù)地增大(或減小)反應(yīng)物A、B的量恒溫恒壓條件下反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變恒溫恒容條件下m+n>p+q反應(yīng)物A和B的轉(zhuǎn)化率均增大m+n<p+q反應(yīng)物A和B的轉(zhuǎn)化率均減小m+n=p+q反應(yīng)物A和B的轉(zhuǎn)化率均不變只有一種反應(yīng)物的可逆反應(yīng)mA(g)nB(g)+pC(g)增加反應(yīng)物A的用量恒溫恒壓條件下反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變恒溫恒容條件下m>n+p反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率增大m<n+p反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率減小m=n+p反應(yīng)物A和
4、B的轉(zhuǎn)化率不變判斷反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的變化時,不要把平衡正向移動與反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率提高等同起來,要視具體情況而定。常見有以下幾種情形:3.化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向一、自發(fā)過程1含義在一定條件下,不需要借助外力作用就能自動進(jìn)行的過程。2特點(diǎn)(1)體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(體系對外部做功或放出熱量);(2)在密閉條件下,體系有從有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向性(無序體系更加穩(wěn)定)。3自發(fā)反應(yīng)在一定條件下無需外界幫助就能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)稱為自發(fā)反應(yīng)。4判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù)(1)焓變與反應(yīng)方向研究表明,對于化學(xué)反應(yīng)而言,絕大多數(shù)放熱反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行,且反應(yīng)放出的熱量越多,體系能量降低得也越多,反應(yīng)越完全??梢?,反應(yīng)的
5、焓變是制約化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素之一。(2)熵變與反應(yīng)方向研究表明,除了熱效應(yīng)外,決定化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的另一個因素是體系的混亂度。大多數(shù)自發(fā)反應(yīng)有趨向于體系混亂度增大的傾向。熵和熵變的含義a熵的含義熵是衡量一個體系混亂度的物理量。用符號S表示。同一條件下,不同物質(zhì)有不同的熵值,同一物質(zhì)在不同狀態(tài)下熵值也不同,一般規(guī)律是S(g)>S(l)>S(s)。b熵變的含義熵變是反應(yīng)前后體系熵的變化,用S表示,化學(xué)反應(yīng)的S越大,越有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。(3)綜合判斷反應(yīng)方向的依據(jù)HTS<0,反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。HTS0,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。HTS>0,反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。例題解析考向一
6、 化學(xué)平衡常數(shù)及影響因素典例1 在一定條件下,已達(dá)平衡的可逆反應(yīng):2A(g)+B(g)2C(g),下列說法中正確的是A平衡時,此反應(yīng)的平衡常數(shù)K與各物質(zhì)的濃度有如下關(guān)系:K= B改變條件后,該反應(yīng)的平衡常數(shù)K一定不變C如果改變壓強(qiáng)并加入催化劑,平衡常數(shù)會隨之變化D若平衡時增加A和B的濃度,則平衡常數(shù)會減小鞏固練習(xí)1研究氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時,涉及如下反應(yīng):2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g)K1 H1<0()2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)K2H2<0()(1)4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+
7、Cl2(g)的平衡常數(shù)K=(用K1、K2表示)。 (2)為研究不同條件對反應(yīng)()的影響,在恒溫條件下,向 2 L恒容密閉容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2,10 min時反應(yīng)()達(dá)到平衡。測得10 min內(nèi)v(ClNO)=7.5×103 mol·L1·min1,則平衡后n(Cl2)= mol,NO的轉(zhuǎn)化率1=。其他條件保持不變,反應(yīng)()在恒壓條件下進(jìn)行,平衡時NO的轉(zhuǎn)化率21(填“>”“<”或“=”),平衡常數(shù)K2(填“增大”“減小”或“不變”)。若要使K2減小,可采取的措施是。平衡常數(shù)的幾個易錯點(diǎn)(1)正、逆反應(yīng)的平衡常
8、數(shù)互為倒數(shù);若方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)等倍擴(kuò)大或縮小,盡管是同一反應(yīng),平衡常數(shù)也會改變。(2)能代入平衡常數(shù)表達(dá)式的為氣體、非水溶液中的H2O、溶液中的溶質(zhì),固體與純液體以及溶液中H2O的濃度可看為常數(shù),不能代入。2在一定體積的密閉容器中,進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化學(xué)平衡常數(shù)K和溫度T的關(guān)系如表:T/7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6回答下列問題:(1)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=。(2)該反應(yīng)為(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。(3)某溫度下,各物質(zhì)的平衡濃度符合下式:3c(CO2)·c(H2)=5c(CO
9、)·c(H2O),試判斷此時的溫度為 。(4)若830 時,向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O,反應(yīng)達(dá)到平衡后,其化學(xué)平衡常數(shù)K(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。(5)830 時,容器中的反應(yīng)已達(dá)到平衡。在其他條件不變的情況下,擴(kuò)大容器的體積,平衡(填“向正反應(yīng)方向”“向逆反應(yīng)方向”或“不”)移動。(6)若1 200 時,在某時刻平衡體系中CO2、H2、CO、H2O的濃度分別為2 mol·L1、2 mol·L1、4 mol·L1、4 mol·L1,則此時上述反應(yīng)的平衡移動方向為 (填“正反應(yīng)方向”“逆反應(yīng)方向”或“不移動”)
10、。例題解析考向三 轉(zhuǎn)化率的計算與比較典例1 在容積相同的A、B兩個密閉容器中,分別充入2 mol SO2和1 mol O2,使它們在相同溫度下發(fā)生反應(yīng):2SO2O22SO3并達(dá)到平衡。在反應(yīng)過程中,若A容器保持體積不變,B容器保持壓強(qiáng)不變,當(dāng) A 中的SO2的轉(zhuǎn)化率為25%時,則 B 容器中SO2的轉(zhuǎn)化率應(yīng)是A25% B>25% C<25% D12.5%1在一密閉容器,aA(g)bB(g)達(dá)平衡后,保持溫度不變,將容器體積增加一倍,當(dāng)達(dá)到新的平衡時,B的濃度是原來的60%,則A平衡向逆反應(yīng)方向移動了B物質(zhì)A的轉(zhuǎn)化率減少了C物質(zhì)B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加了Da>b重難點(diǎn)考向一:焓變、熵變
11、及化學(xué)反應(yīng)方向的關(guān)系典例1:下列反應(yīng)中,一定不能自發(fā)進(jìn)行的是()A2KClO3(s)=2KCl(s)3O2(g)H78.03 kJ/molS1 110 J/(mol·K)BCO(g)=C(石墨,s)1/2O2(g)H110.5 kJ/molS89.36 C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)HS280.1 DNH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)H37.301 kJ/molS184.05 J/(mol·K)歸納總結(jié):焓變、熵變和溫度對化學(xué)反應(yīng)方向的影響HSHTS反應(yīng)情況永遠(yuǎn)是負(fù)值在任何
12、溫度下過程均自發(fā)進(jìn)行永遠(yuǎn)是正值在任何溫度下過程均非自發(fā)進(jìn)行低溫為正;高溫為負(fù)低溫時非自發(fā);高溫時自發(fā)低溫為負(fù);高溫為正低溫時自發(fā);高溫時非自發(fā)1下列說法錯誤的是A某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,因此該反應(yīng)是熵增反應(yīng)B2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行,則該反應(yīng)的H>0C反應(yīng)NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室溫下可自發(fā)進(jìn)行,則該反應(yīng)的H<0DCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)室溫下不能自發(fā)進(jìn)行,說明該反應(yīng)的H>0本知識點(diǎn)小結(jié)本節(jié)知識點(diǎn)講解化學(xué)平衡圖象題的解題方法化學(xué)平衡圖象類試題是高考的熱點(diǎn)題型,該類試題經(jīng)常涉及到的圖象類型有物質(zhì)的量
13、(濃度)、速率時間圖象,含量時間溫度(壓強(qiáng))圖象,恒溫、恒壓曲線等,圖象中蘊(yùn)含著豐富的信息量,具有簡明、直觀、形象的特點(diǎn),命題形式靈活,難度不大,解題的關(guān)鍵是根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn),明確反應(yīng)條件,認(rèn)真分析圖象充分挖掘蘊(yùn)含的信息,緊扣化學(xué)原理,找準(zhǔn)切入點(diǎn)解決問題。該類題型在選擇題和簡答題中都有涉及,能夠很好地考查學(xué)生分析問題和解決問題的能力,在復(fù)習(xí)備考中應(yīng)引起足夠的重視。1常見的化學(xué)平衡圖象以可逆反應(yīng)aA(g)bB(g)cC(g) HQ kJ·mol1(1)含量時間溫度(或壓強(qiáng))圖:(曲線a用催化劑,b不用催化劑或化學(xué)計量數(shù)abc時曲線a的壓強(qiáng)大于b的壓強(qiáng))(T2>T1,H>0) (
14、T1<T2,H<0)(p1>p2,ab>c) (p1>p2,ab<c)(2) 恒壓(溫)線(如圖所示):該類圖象的縱坐標(biāo)為物質(zhì)的平衡濃度(c)或反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率(),橫坐標(biāo)為溫度(T)或壓強(qiáng)(p),常見類型如下所示: (若ab>c,則p1> p2>p3,H<0) (若T1>T2,則H>0,ab>c)(3)速率時間圖象根據(jù)vt圖象,可以很快地判斷出反應(yīng)進(jìn)行的方向,根據(jù)v正、v逆的變化情況,可以推斷出外界條件的改變情況。以合成氨反應(yīng)為例:N2(g)3H2(g)2NH3(g) H<0。條件c(N2)增大c(H2)減小c
15、(NH3)增大vt圖象平衡移動方向正反應(yīng)方向移動逆反應(yīng)方向移動逆反應(yīng)方向移動條件c(NH3)減小增大壓強(qiáng)減小壓強(qiáng)vt圖象平衡移動方向正反應(yīng)方向移動正反應(yīng)方向移動逆反應(yīng)方向移動條件升高溫度降低溫度使用催化劑vt圖象平衡移動方向逆反應(yīng)方向移動正反應(yīng)方向移動不移動(4)其他如下圖所示曲線,是其他條件不變時,某反應(yīng)物的最大轉(zhuǎn)化率()與溫度(T)的關(guān)系曲線,圖中標(biāo)出的1、2、3、4四個點(diǎn),v(正)>v(逆)的點(diǎn)是3,v(正)<v(逆)的點(diǎn)是1,v(正)v(逆)的點(diǎn)是2、4。2化學(xué)平衡圖象解答原則(1)解題思路(2)解題步驟以可逆反應(yīng)aA(g)bB(g) cC(g)為例:(1)“定一議二”原則
16、在化學(xué)平衡圖象中,包括縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)和曲線所表示的意義三個量,確定橫坐標(biāo)所表示的量后,討論縱坐標(biāo)與曲線的關(guān)系或確定縱坐標(biāo)所表示的量,討論橫坐標(biāo)與曲線的關(guān)系。如圖:這類圖象的分析方法是“定一議二”,當(dāng)有多條曲線及兩個以上條件時,要固定其中一個條件,分析其他條件之間的關(guān)系,必要時,作一輔助線分析。(2)“先拐先平,數(shù)值大”原則在化學(xué)平衡圖象中,先出現(xiàn)拐點(diǎn)的反應(yīng)先達(dá)到平衡,先出現(xiàn)拐點(diǎn)的曲線表示的溫度較高(如圖A)或表示的壓強(qiáng)較大(如圖B)。圖A 圖B圖A表示T2>T1,正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。圖B表示p1<p2,A是反應(yīng)物,正反應(yīng)為氣體總體積縮小的反應(yīng),即ab>c。等效平衡1含義(1)化
17、學(xué)平衡狀態(tài)與建立平衡的條件有關(guān),與建立平衡的途徑無關(guān)。(2)對于同一可逆反應(yīng),在一定條件(恒溫恒容或恒溫恒壓)下,無論是從正反應(yīng)(反應(yīng)物)、逆反應(yīng)(生成物)或從中間狀態(tài)(既有反應(yīng)物、也有生成物)開始,只要建立平衡后,平衡混合物中各組分的比例相同,或各組分在混合物中的百分含量相等,這樣的化學(xué)平衡互稱為等效平衡。(3)注意只是組分的百分含量相同,包括體積百分含量、物質(zhì)的量百分含量或質(zhì)量百分含量,而各組分的濃度不一定相等。2審題方法(1)注意反應(yīng)特點(diǎn):反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量是否發(fā)生變化。(2)分清平衡建立的條件:是恒溫恒壓還是恒溫恒容。3理解等效平衡的意義(1)對于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量有變化的反應(yīng),
18、如2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)等溫等壓、等溫等容下建立平衡如下圖:容易得出A與C等效,A與D不等效。因為CD是對反應(yīng)前后氣體體積有變化的反應(yīng)加壓,平衡發(fā)生了移動。結(jié)論:對于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量有變化的反應(yīng),恒溫恒壓時只要起始加入的物質(zhì)按方程式化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化到方程式一側(cè),比例相同就可建立等效平衡;而恒溫恒容時,則需起始加入的物質(zhì)按方程式化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化到方程式一側(cè),完全相同才能建立等效平衡,因為反應(yīng)物物質(zhì)的量的變化會引起平衡的移動。(2)對于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量沒有變化的反應(yīng),如:H2(g)+I2(g)2HI(g)等溫等壓、等溫等容下建立平衡如下圖:容易得出A與C等效,A與D等效。因為
19、CD平衡不發(fā)生移動。對反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng)加壓,平衡不移動。結(jié)論:對于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的反應(yīng),無論是恒溫恒壓還是恒溫恒容,只要加入的物質(zhì)按方程式化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化到方程式一側(cè),比例相同就可建立等效平衡。三、當(dāng)堂檢測 1、常溫下,將一定量的氨基甲酸銨置于密閉真空容器中(固體體積忽略不計)發(fā)生反應(yīng):H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)H,達(dá)到平衡時測得c(CO2)=amol·L-1。溫度不變,達(dá)到平衡后壓縮容器體積至原來的一半,達(dá)到新平衡時測得c(NH3)=xmol·L-1。下列說法正確的是()A. 混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化時表明達(dá)
20、到平衡狀態(tài)B. 達(dá)到新平衡時,H為原來的2倍C. 上述反應(yīng)達(dá)到新平衡狀態(tài)時x=2aD. 上述反應(yīng)體系中,壓縮容器體積過程中n(H2NCOONH4)不變2、NOx是大氣污染物之一,主要來源于工業(yè)煙氣及汽車尾氣等。除去NOx的方法統(tǒng)稱為脫硝,一般有干法脫硝選擇性催化劑法(SCR)、濕法脫硝等。請完成下列問題:(1)汽車發(fā)動機(jī)工作時會引發(fā)反應(yīng)N2(g)+O2(g) 2NO(g)。2019 K 時,向固定容積的密閉容器中充入等物質(zhì)的量的N2、O2 發(fā)生上述反應(yīng),各組分體積分?jǐn)?shù)()的變化如圖1所示。N2 的平衡轉(zhuǎn)化率為
21、60; 。(2)在密閉、固定容積的容器中,一定最NO發(fā)生分解的過程中,NO 的轉(zhuǎn)化率隨時間變化關(guān)系如圖2 所示。反應(yīng)2NO(g)N2(g)+O2(g) H 0 (填“>”或“<” )。一定溫度下,能夠說明反應(yīng)2NO(g)N2(g)+O2(g)已達(dá)到化學(xué)平衡的
22、60; (填序號)。a.容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化 b.混合氣體的密度不發(fā)生變化c.NO、N2、O2 的濃度保持不變 d.2v(NO)正=v(N2)逆3、二甲醚(CH3OCH3)的十六烷值高,燃燒尾氣中污染物少,可代替柴油。在反應(yīng)器中將CO2混合加氫可合成二甲醚,包括以下兩個反應(yīng):.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2
23、O(g).2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)已知T 時,在2 L的恒容密閉容器中加入1 mol CO2和2 mol H2,發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),測得反應(yīng)在不同時刻各組分的量如下:物質(zhì)CO2H2CH3OHH2O起始物質(zhì)的量/mol12005 min時物質(zhì)的量/mol0.2平衡時物質(zhì)的量/mol0.4在05 min內(nèi),H2O(g)的平均反應(yīng)速率v(H2O) =_;H2的平衡轉(zhuǎn)化率(H2)=_。某科研小組計算了反應(yīng)在溫度503 K543 K間,反應(yīng)壓強(qiáng)分別是3 MPa、4 MPa、5 MPa、6 MPa、7 MPa的情況下甲醇的平衡產(chǎn)率
24、(甲醇實際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量之比),結(jié)果如圖1所示。則該反應(yīng)的HI_(填“>”“<”或“=”,下同)0。ae曲線分別對應(yīng)不同的壓強(qiáng)條件,則e對應(yīng)的壓強(qiáng)是_,理由是_。(3)在2 L恒容密閉容器中充入3 mol CO、3 mol H2,發(fā)生反應(yīng)3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g) +CO2(g),CO的平衡轉(zhuǎn)化率()與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示。下列事實能說明該反應(yīng)一定達(dá)到平衡的是_(填序號)。aCO2的濃度不再發(fā)生變化b3v正(CO)=v逆(CO2)c混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不發(fā)生變化dCH3OCH3與CO2的物質(zhì)的量比為11對于氣相反應(yīng),用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)(pB)代
25、替物質(zhì)的量濃度(cB)也可以表示平衡常數(shù)(記作Kp),則A點(diǎn)平衡常數(shù)Kp=_。四、課堂總結(jié)五、家庭作業(yè)1、光氣(COCl2)在塑料、制革、制藥等工業(yè)中有許多用途。工業(yè)上常利用廢氣CO2通過反應(yīng):C(s)+CO2(g)2CO(g) H>0,制取合成光氣的原料氣CO。在體積可變的恒壓(p總)密閉容器中充入1 mol CO2 與足量的碳發(fā)生上述反應(yīng),在平衡時體系中氣體體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖1所示:T 時,在容器中若充入稀有氣體,v正_v逆(填“>”“<”或“=”),平衡_移動(填“正向”“逆向”或“不”,下同);若充入等體積的CO2 和CO,平衡_移動。CO體積分?jǐn)?shù)為40%時,CO2 的轉(zhuǎn)化率為_。已知:氣體分壓(p分)=氣體總壓×體積分?jǐn)?shù)。用平衡分壓代替平衡濃度表示平衡常數(shù)Kp的表達(dá)式為_;800 時,Kp=_(用含p總的代數(shù)式表示)。(3)利用CH4的還原性,通過反應(yīng):CH4(
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