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1、2022-3-171習題習題12.假設 與EDTA的濃度皆為 , (1)在pH=6時,鎂與EDTA配合物的條件穩(wěn)定常數(shù)是多少(不考慮羥基配合效應)?在此條件下能否用EDTA標準溶液滴定 ?(2)求其允許滴定的最少pH值。 解:(1)2Mg2103dmmol2Mg)H(YMy/MYKYMMYK)H(YMY/MYlgKlgKlg代 入上式比較必要條件 6 =-2+4.04=2.04不能(2)需 =0.69內插法:lgY(H)=0.83, 時,pH=9.5;lgY(H)= 0 .45時, pH=10.0設lgY(H)=0.69時,pH=x,有:(0.83-0.69)/(0.83-0.45)=(9.5

2、-x)/(9.5-10.0)解得:x=0.97,69. 8KlgMgY,65. 4lg)H(Y04. 465. 469. 8Klg/MY)Kclg(/MYM)Kclg(/MYM8Klg/MY869. 8KlgKlglg,KKMYMY)H(Y/MYMy)H(Y2022-3-17213.稱取0.1005g純CaCO3,溶解后,用容量瓶配成100mL溶液。吸取25.00mL,在pH12時,用鈣指示劑指示終點,用EDTA標準溶液滴定,用去24.90mL,計算:(1)EDTA的濃度;(2)每毫升EDTA溶液相當于ZnO, Fe2O3多少克? 解:(1)c(EDTA)V(EDTA)=c(Ca2+)V (C

3、a2+) c(EDTA) =c(Ca2+)V (Ca2+)/ V(EDTA) =(0.100510/100.09) 25/24.90=0.01008molL-1 14.用0.01060EDTA標準溶液滴定水中鈣和鎂的含量。取100.0mL水樣,以鉻黑T為指示劑,在pH=10時滴定,消耗了EDTA31.30mL。另取一份100.0mL水樣,加NaOH使呈強堿性,用鈣指示劑指示終點,繼續(xù)用EDTA滴定,消耗19.20mL。計算水中鈣和鎂的含量(以CaCO3和MgCO3表示,單位為mg L-1 ) 解:c(Ca)+c(Mg)=0.01060 31.30/100=0.003318(mol L-1 )

4、c (Ca)=0.0106 19.20/100=0.002035 (mol L-1 )=0.002035 100.09=203.7(mg L-1 ) c (Mg)=0.001283 (mol L-1 )=0.001283 84.3 =108.2(mg L-1 ) 2022-3-1738.7 沉淀溶解平衡與重量分析法沉淀溶解平衡與重量分析法 8.7.1 沉淀溶解平衡沉淀溶解平衡 基本概念基本概念:難溶物質難溶物質:溶解度小于0.01g/100g(水)的電解質;微溶物質微溶物質:溶解度0.01g /100g 0.1g/100g之間的電解質;易溶物質易溶物質:溶解度大于0.1g/100g之間的電解質

5、。2022-3-1741. 溶度積溶度積(solubility product,sp)常數(shù)常數(shù)定溫下,難(微)溶強電解質 (s)在溶液中的沉淀與溶解間多相離子的動態(tài)平衡關系式:nmBA (s) m (aq)+n (aq)其平衡常數(shù)表達式為:nmBAnAmBspKnAmB m n 的意義的意義: 反映了難溶電解質溶解度的大小。 小,溶解度小。嚴格地講, 應是各組分離子活度的冪乘積。對于離子濃度較低的難溶電解質,離子活度可以近似地用濃度代替。spKspKspKspKspK2022-3-1752. 溶解度和溶度積的換算溶解度和溶度積的換算 示例示例:對于某一難溶電解質: (s) m (aq)+n (

6、aq)令:s溶解度(solubility),則 =ms, =ns = m n=(ms)m(ns)n = 注意注意:上式僅近似地適用于難溶強電解質,且組分離子基本不水解,在水溶液中也不形成“離子對”。nmBAnAmBnAmBspKnAmBspK)nm(nmsnm2022-3-1763. 影響難溶電解質溶解度的因素影響難溶電解質溶解度的因素(1)同離子效應)同離子效應(same-ion effect)(2)鹽效應)鹽效應(3 3)酸效應)酸效應(4 4)配位效應)配位效應(5)其他影響因素:溫度、溶劑、晶粒大小及形狀)其他影響因素:溫度、溶劑、晶粒大小及形狀2022-3-1778.7.2 溶度積規(guī)

7、則及應用溶度積規(guī)則及應用 1. 溶度積規(guī)則溶度積規(guī)則難溶電解質的溶解可視為化學反應。難溶電解質一定條件下沉淀能否生成或溶解,可通過離子積Q(反應商)與難溶電解質溶度積 比較得出。難溶電解質 在溶液中建立如下平衡: (s)由化學反應等溫方程式可得:Q , 0,向沉淀溶解的方向移動。(不飽和溶液)Q= , =0,反應處于平衡狀態(tài)。(飽和溶液)Q , 0,向沉淀生成的方向移動。(過飽和溶液)注意:改正上述標準態(tài)符號spKnmmnBAQnmBAnmBAmnnBmAspKmrGspKmrGspKmrG2022-3-1782. 溶度積規(guī)則的應用溶度積規(guī)則的應用(1)沉淀的生成與分步沉淀)沉淀的生成與分步沉

8、淀 原理原理:在難溶電解質溶液中,若Q ,即有沉淀生成。 分步沉淀分步沉淀(step sedimentation):定義定義:若溶液中同時存在多種離子,滴加沉淀劑時,由于溶液中離子濃度不同,難溶電解質的溶度積不同,所需的沉淀劑濃度將不相同,所需沉淀劑濃度低的優(yōu)先沉淀應用應用:混合離子分離。應用較多的是利用硫化物和氫氧化物沉淀分離金屬離子。因為它們的溶度積一般相差較大,可通過調節(jié)溶液的酸度來控制 濃度,而使金屬離子得以分離。spKOHS2和2022-3-179(2) (2) 沉淀的溶解沉淀的溶解沉淀溶解的條件是Q ,凡是能降低平衡系統(tǒng)中相關離子濃度的方法,都能使沉淀向著溶解的方向移動:(a)(a

9、)酸堿溶解法酸堿溶解法(b)(b)氧化還原溶解法氧化還原溶解法 配位溶解法配位溶解法(3 3)沉淀的轉化)沉淀的轉化作業(yè):P373: 15,17,18spK2022-3-17108.7.38.7.3重量分析法重量分析法(weight analysis)(自學,要求掌握基本知識) 定義定義:通過稱量物質的質量進行分析測定的方法。 基本方法基本方法:分離分離:先用適當?shù)姆椒ㄊ贡粶y組分與其他組分。根據(jù)分離方法的不同,重量分析法可分為沉淀重量分析法、氣化法(揮發(fā)法)、電解法和提取法等,重點討論沉淀重量法沉淀重量法:利用沉淀反應,使待測組分以難溶化合物的形式沉淀,經過濾、洗滌、干燥、灼燒和稱量,求得待測

10、組分的含量。稱重稱重:由稱得的質量計算該組分的含量。 評價評價:重量分析法的測定準確度高,但是操作煩瑣,已逐漸被滴定分析法所取代。目前僅有硅、硫、磷、鎳以及幾種稀有元素的精確測定采用重量分析法。2022-3-17111. 沉淀重量法的測定步驟沉淀重量法的測定步驟 沉淀形和稱量形沉淀形和稱量形:試樣經處理制成試液后,加入適當沉淀劑,使被測組分沉淀析出,得到的沉淀稱為沉淀形沉淀形。沉淀經過濾、洗滌,在適當溫度下烘干或灼燒,轉化為稱量稱量形形。經稱量后,根據(jù)稱量形的化學式計算被測組分的百分含量。二者關系二者關系:可能相同,也可能不同。如用 重量法測定 時,二者均為 。但用 重量法測定 時,沉淀形為

11、,沉淀經灼燒后轉化為CaO,沉淀形與稱量形就不相同。為保證測定的準確度和便于操作,沉淀形應滿足溶解度小、便于過濾、洗滌、純度高和易于轉化為稱量形等要求。稱量形應滿足有確定的化學組成、摩爾質量要大、穩(wěn)定等要求。4BaSO24SO4BaSO42OCaC242OCOHOCaC2422022-3-17122. 沉淀的形成過程沉淀的形成過程 沉淀形成的過程沉淀形成的過程:包括晶核形成和晶核長大兩個過程。構晶離子 晶核的形成晶核的形成:溶液呈過飽和態(tài)時,構晶離子在一定條件下可自發(fā)締和成包含一定數(shù)目的構晶離子的晶核。一般過飽和度越大,形成的晶核數(shù)目越多。此外,溶液中的固體微粒也可起晶核的作用,這種晶核的數(shù)目

12、只與溶液中混有的固體微粒數(shù)目有關。晶核的長大晶核的長大:晶核形成后,構晶離子向晶核擴散,晶核逐漸長大最終成為沉淀微粒。這種沉淀微粒相互聚集在一起便形成無定形沉淀;若構晶離子按一定規(guī)則在沉淀微粒表面沉積,便會形成晶形沉淀。在不同的沉淀條件下,同種物質可以形成無定形沉淀,也可以形成晶形沉淀。晶形沉淀無定形沉淀成長過程成核作用沉淀微粒晶核2022-3-17133. 3. 影響沉淀純度的因素影響沉淀純度的因素沉淀析出時,溶液中其他組分可通過吸附、生成混晶、被沉淀物包夾和后沉淀等方式混入沉淀中而影響沉淀的純度。可采取以下措施提高沉淀的純度:(1 1)選擇適當分析程序)選擇適當分析程序 先測低含量組分。(

13、2) (2) 選擇適當?shù)某恋韯┻x擇適當?shù)某恋韯?應有選擇性、溶解度小、晶形好。(3) (3) 降低易被吸附離子的濃度降低易被吸附離子的濃度 如 沉淀易吸附,應先將 還原為不易被吸附的 ,或用酒石酸掩蔽。(4) (4) 選擇適當沉淀條件選擇適當沉淀條件 包括濃度、溫度、試劑加入順序和速度、陳化情況等。(5) (5) 選擇合適洗滌劑選擇合適洗滌劑 洗滌劑在沉淀烘干或灼燒時應易揮發(fā)除去。(6) (6) 再沉淀再沉淀 將沉淀過濾洗滌后重新溶解,使雜質進入溶液后再進行沉淀。該法對除去吸留和包藏的雜質非常有效。4BaSO3Fe3Fe2Fe2022-3-17144. 4. 沉淀條件的選擇沉淀條件的選擇適當?shù)?/p>

14、沉淀條件,可使沉淀完全、純凈,易于過濾和洗滌。(1 1)晶形沉淀的沉淀條件)晶形沉淀的沉淀條件 目的目的:獲得易于過濾洗滌的純凈大顆粒晶形沉淀。方法方法:控制較小的過飽和度;選擇稀、熱、攪、慢、陳化的沉淀條件。(2 2)非晶形沉淀的沉淀條件)非晶形沉淀的沉淀條件 特點特點:含水多,結構疏松,吸附和包藏的雜質較多。方法方法:濃、快、攪、熱、加電解質,不必陳化。(3 3)均相沉淀法)均相沉淀法 原理原理:加入試劑先形成均勻的溶液,通過緩慢的化學反應得到沉淀:加熱、改變pH值、加入其它試劑。 目的目的:獲得顆粒較大、結構緊密、純凈、易于過濾的晶形沉淀。 2022-3-1715 示例示例:沉淀 時,在

15、含 的酸性溶液中加入草酸,由于溶液的酸度較高, 濃度較低,不能析出 沉淀。若在溶液中加入尿素,并加熱至90左右,尿素水解:水解產生的 中和溶液中的 ,溶液的pH值逐漸升高,濃度不斷增大,使 均勻緩慢地生成,由此得到的沉淀顆粒大且純凈。 應用應用:均相沉淀法并不限于改變溶液的酸度,還可以利用脂類和其他有機化合物的水解,配合物的水解,氧化還原反應,或緩慢地合成所需的沉淀劑等方式來進行。2Ca2Ca242OC42OCaCOH)NH(CO22332NH2CO3NHH242OC42OCaC42OCaC2022-3-17165.5.沉淀重量法分析結果的計算沉淀重量法分析結果的計算(自學,要求掌握) 換算因

16、數(shù)換算因數(shù)(conversion factor)或化學因數(shù)(F F):沉淀重量分析中,將稱得的稱量形的質量換算成待測組分的質量。二者的摩爾質量之比是一常數(shù),即為換算因數(shù)Fa,b為系數(shù),作用:使分子、分母中待測元素的原子數(shù)目相等。例例: 待測組分 稱量形 F S S/ =0.1374 /2 =0.3000由稱得的稱量形質量w、換算因數(shù)F以及試樣質量G,即可求出待測組分A的百分含量: 稱量形摩爾質量待測組分摩爾質量baF4BaSO4BaSO32OCr4BaCrO32OCr4BaCrO100GwFA%2022-3-1717例例8.198.19 稱取含鋁試樣0.5000g,溶解后用8-羥基喹啉沉淀。烘

17、干后稱得 重0.3280g。計算樣品中鋁的百分含量。若將所得沉淀灼燒成 ,其稱重形為多少克?解:解:稱量形為則 可見:稱量形摩爾質量大的所造成的稱量誤差較小,有利于少量組分的測定。369)NOHC(Al32OAl369)NOHC(Al85. 3100g5000. 005873. 0g3280. 0100G)NOHC(AlAlwAl%369形式稱重時:若以同量的32OAlAl85. 3100g5000. 05293. 0w100GOAlAl2wAl%32g0364. 0w 2022-3-1718第九章第九章 氧化還原平衡和電化學基礎氧化還原平衡和電化學基礎 本章要求本章要求本章主要介紹包括方程式

18、配平和氧化還原法滴定分析在內的氧化還原平衡和有關電化學的基礎知識。本章學習的主要要求為:1.能夠熟練地應用離子-電子法配平方程式。2.掌握基本概念:電導、電導率、摩爾電導率、法拉第定律、可逆電池、電極電勢、電極的極化、過電勢;對遷移數(shù)、離子平均活度和平均活度系數(shù)、離子獨立運動定律、德拜休克爾極限理論等概念有所了解,能夠進行有關的計算。2022-3-17193.了解電動勢產生的機理;明確原電池的有關概念;掌握Nernst方程的推導和應用,可逆電池電動勢與電池反應熱力學函數(shù)的關系,用rGm、E及K估計氧化還原反應的程度;明確常見的幾類電極,并對化學電源的原理和類型有所了解;4.了解電解的有關基本理

19、論及其應用,并對金屬電化學腐蝕的機理及其防治的原理有初步的了解。5掌握氧化還原滴定法。包括:滴定曲線,指示劑,滴定前的預處理及應用。2022-3-17209.1 氧化還原的基本概念及氧化還原反應方程式的配氧化還原的基本概念及氧化還原反應方程式的配平平 9.1.1 氧化還原的基本概念氧化還原的基本概念 1. 氧化值氧化值(oxidation value)或氧化數(shù)氧化數(shù)(oxidation number)P33 定義定義:(1970,IUPAC):某一元素一個原子的荷電數(shù),該荷電數(shù)由把每個鍵中的電子指定給電負性更大的原子求得。 規(guī)定規(guī)定:(1)在單質中,元素的氧化值為零。(2)H與電負性P32比它

20、大的原子結合時,氧化值為+1,與電負性比它小的原子結合時,氧化值為-1。例:LiH、 NaH中,H的氧化值為-1;在HCl中,H的氧化值為+1。(3)除在過氧化物(如 、 和NaO2等)中O的氧化值為-1或-1/2,在氟化物(如 和 )中O的氧化值分別為+1和+2外,O在化合物中的氧化值均為-2。22OH22ONa22FO2OF2022-3-1721(4)簡單離子型化合物中,元素原子的氧化值等于該元素原子的離子電荷數(shù)。例,NaCl中,Na的氧化值為+1,Cl的氧化值為-1。(5)共價化合物中,共用電子對偏向電負性大的元素的原子,原子的“形式電荷數(shù)”即為它們的氧化值。例, 中,B的氧化值為+3,

21、F的氧化值為-1。(6)在中性分子中,各元素原子氧化值的代數(shù)和等于零;在復雜離子中,各元素原子氧化值的代數(shù)和等于離子的總電荷數(shù)。 應用應用:求各種化合物中不同元素原子的氧化值。例, 中N的氧化值為-3, 中鐵的氧化值為8/3??芍?,氧化值可為整數(shù),也可為分數(shù)或小數(shù)。 注意注意:判斷氧化值時,不要與共價數(shù)(即化合價)混淆。例,在 , 中C的共價數(shù)均為4,但氧化值依次是-4,-2,-1。3BF4NH43OFe4CH2242HC,HC2022-3-17222. 氧化和還原氧化和還原 氧化劑和還原劑氧化劑和還原劑 定義定義:在氧化還原反應中,失電子使氧化值升高的過程稱為氧氧化化(oxidation,O

22、x),得電子使氧化值降低的過程稱為還原(reduction,Red)。在反應物中,氧化值降低的物質是氧化劑氧化劑(oxidizing agent),氧化值升高的物質則為還原劑還原劑(reducing agent)。在氧化還原反應中,還原劑自身被氧化,氧化劑被還原。 示例和應用示例和應用:如果以下標1表示還原劑的兩個物種,下標2表示氧化劑的兩個物種,Ox和Red分別代表氧化態(tài)和還原態(tài),則氧化還原反應的通式可寫為氧化還原反應的方向總是2121dReOxOxdRe1221弱氧化劑弱還原劑強氧化劑強還原劑2022-3-17239.1.2 氧化還原反應方程式的配平方法氧化還原反應方程式的配平方法 1.

23、配平原則配平原則(1)氧化劑得到的電子總數(shù),必須等于還原劑失去的電子總數(shù),即氧化劑的氧化值降低總數(shù)必等于還原劑的氧化值升高總數(shù)。(2)反應前后各元素的原子總數(shù)相等。2. 配平方法配平方法離子-電子法 配平步驟配平步驟:(1)寫出未配平的離子反應方程式。例如:SMnSHMnO224(2)將未配平的離子反應方程式分解成氧化和還原兩個半反應方程式:24MnMnOSSH22022-3-1724(3)配平兩個半反應方程式。加減一定數(shù)目的電子,使每個半反應式等號兩邊電荷數(shù)相等,并使各元素的原子總數(shù)相等。若半反應式中反應物和生成物內所含的氧原子數(shù)目不等,可以根據(jù)介質的酸堿性,分別在半反應式中加 或 或 :酸

24、性介質,若左邊氧原子多,則在左邊加 ,生成物為 ;酸性或中性介質,若左邊氧原子少,則在左邊加 ,生成物為 ;堿性或中性介質,若左邊氧原子多,則在左邊加 ,生成物為 ;堿性介質,若左邊氧原子少,則在左邊加 ,生成物為 ??傮w:酸性介質不出現(xiàn) ;堿性介質不出現(xiàn) 。 示例示例:HOHOH2HOH2OH2HOH2OHOHOH2OH4Mne5H8MnO224H2Se2SH2OHH2022-3-1725(4)根據(jù)第一條配平原則,以適當系數(shù)乘以兩個半反應方程式,然后將兩個半反應方程式相加、整理,即得配平的離子反應方程式。 +)5 整理得: 對對離子離子電子法配平的評價電子法配平的評價:優(yōu)點優(yōu)點:便于配平有介

25、質參與的復雜反應,特別是有機化合物參加的氧化還原反應,而且能反映水溶液中氧化還原反應的實質;缺點缺點:不適用于氣相或固相反應方程式的配平。 2 OH4Mne5H8MnO224H2Se2SH2H10OH8S5Mn2H16SH5MnO22224OH8S5Mn2H6SH5MnO222242022-3-1726 電化學及其研究對象電化學及其研究對象:電化學電化學(electrochemistry):研究電能和化學能相互轉換規(guī)律的科學。 原電池原電池(primary cell):化學能轉換為電能的裝置。特點。特點: 0)。 例例:鉛酸蓄電池放電:Pb(s) PbO2(s) 2H2SO4(aq)2PbSO

26、4(aq)2H2O(aq) 電解電解(electrolysis):電能轉換為化學能的裝置。特點特點: = 0。例例:電解水。研究對象研究對象:電解質溶液;原電池;電解池。研究方法研究方法:熱力學與動力學方法結合。rWGG2022-3-1727電化學及其應用電化學及其應用 電解 冶金:Fe,Cu,Na,Al等的冶煉、精煉 電 電化學 (電能 化工產品:NaOH,H2O2,Cl2已二酸的 化學能) 生產,發(fā)展迅速 工藝學 電鍍,電拋光,電解磨削 各種蓄電池、干電池化 化學電源 高能電池:Li、Zn-空氣、Na-S、Ag-Zn (化學能 燃料電池 電能)金屬腐蝕與防護腐蝕原電池學 分析化學:氧化還原

27、平衡、電導、電勢滴定,極譜 科 研 分析 生物電化學:血液凝固、神經系統(tǒng)的傳輸 固體電解質和半導體,低溫超導,受控熱核聚變2022-3-17289.2 電解質溶液的導電機理及法拉第定律電解質溶液的導電機理及法拉第定律9.2.1 電解質溶液的導電機理電解質溶液的導電機理 1. 兩類導體兩類導體 第一類導體第一類導體:金屬、石墨和某些金屬氧化物。依靠自由電子的定向運動而導電,稱為電子導體。特點特點:電流通過時,導體本身不發(fā)生任何化學變化;導電能力一般隨溫度升高而降低。 第二類導體第二類導體:電解質溶液或熔融電解質。依靠陰、陽離子的定向運動導電,稱為離子導體。特點特點:導電的同時必伴隨電極與溶液界面

28、上發(fā)生的得失電子反應;導電能力隨溫度升高而增強。 二類導體共同點二類導體共同點:在相同時間內,電路任一截面必然有相同的電量通過。圖圖9.1 電解質導電機理示意圖電解質導電機理示意圖2022-3-17292. 陰陽極和正負極陰陽極和正負極 定義定義:電極反應電極反應:某電極上進行的有電子得失的化學反應;電池反應電池反應:兩個電極反應的總和;特點特點:得失電子相等陽極陽極(anode):在其上發(fā)生氧化反應(失電子)的電極;陰極陰極(cathode):在其上發(fā)生還原反應(得電子)的電極;正極正極(positive electrode):兩電極比較,電勢較高的電極;負極負極(negative elec

29、trode):兩電極比較,電勢較低的電極。 說明說明:對原電池,陽極是負極,陰極則為正極。對電解池,陽極即正權,陰極即負極;一般,原電池多用正、負極;電解池多用陰、陽極。2022-3-17309.2.2 法拉第法拉第(Faraday M)定律定律 規(guī)定規(guī)定:F(法拉第常數(shù))LeLe=6.0221367 1023 mol-1 l.60217733 10-19 C96485.309 Cmol-196 500 Cmol-1。(1F是1mol電子的電量) 引入引入:電極反應:氧化態(tài)十 ze還原態(tài);還原態(tài)-ze氧化態(tài) z電極反應的電荷數(shù)(即轉移電子數(shù),亦可理解為某電極電子轉移的物質的量,或通過電量的法拉

30、弟數(shù)),取正值。電極反應的反應進度為 時,通過電極的元電荷的物質的量為z ,通過的元電荷數(shù)為zL,因每個元電荷的電量為e,故通過的電量為QzL e。Q=zF 內容內容:通過電極的電量正比于電極反應的反應進度與電極反應電荷數(shù)z的乘積2022-3-1731 說明說明: z和與反應式的寫法有關對電極反應 Cu-2eCu2+ (以Cu電極電解CuSO4水溶液時的陽極反應)若Q96500C,因z2,求得(在P381和982三個式中的96500后加一個C) 又由 得對同一電極反應,若寫作z=1,當Q=96500C時,求得由 ,現(xiàn) n(Cu)=mol5 . 0molC965002C96500zFQ1CuCu

31、n)(molCuCun5 . 0)()(eCuCu22121mol1molC965001C96500zFQ1CuCun)(mol5 . 0)Cu(2022-3-1732 應用應用:最準確的定律之一;可廣泛用于各種電解池和電池中。例例:通過測定電解過程中電極反應的反應物或產物物質的量的變化(常常測量陰極上析出的物質的量)來計算電路中通過的電量,相應的測量裝置稱為電量計或庫侖計。最常用的有銀電量計、銅電量計等 思考題思考題P467的思考題1、2、3;P469的習題1作業(yè)作業(yè) P374:習題19;P469:習題2中的(1)、(3);習題3中的(1)、(3);習題42002年5月9日(31-33實際為32到此止)2022-3-17339.3 離子的遷移數(shù)離子的遷移數(shù) 9.3.1 離子遷移數(shù)的定義離子遷移數(shù)的定義vvQQ

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