第四章第三节金属的腐蚀与防护专项训练（含解析）2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修一

金属的腐蚀与防护专项训练
一、单选题（12题）
1．化学与生产、生活及社会发展密切相关。下列说法不正确的是
A．含氟牙膏的使用可以降低龋齿的发生率
B．用热的纯碱溶液可以去除物品表面的油污
C．用饱和NaHCO3溶液与Al2(SO4)3溶液作泡沫灭火器原料
D．在航海轮船船底外壳焊上少量铜块，可以防止海轮腐蚀
2．下列实验装置或操作不能达到相应实验目的的是
A．用图甲装置制备晶体
B．用图乙装置制备并检验气体
C．用图丙装置验证铁钉的吸氧腐蚀
D．用图丁装置合成氨并检验氨的生成
3．下列装置能达到实验目的是

甲 乙 丙 丁
A．甲：测定KI溶液浓度
B．乙：利用牺牲阳极法来防止钢铁输水管的腐蚀
C．丙：中和反应反应热的测定
D．丁：测定Zn和稀硫酸反应的速率
4．下列有关说法正确的是
A．若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀
B．合成氨生产中，使用高效催化剂可提高原料平衡转化率
C．反应在室温下可自发进行，则该反应的
D．10mLpH=2的溶液加水稀释至100mL，测得溶液的pH=3
5．关于下列各装置图的叙述中正确的是
A．装置①中K闭合时，片刻后可观察到滤纸a点变红色
B．装置①中K闭合时，片刻后溶液中增大
C．装置②中铁腐蚀的速率由大到小的顺序是：只闭合只闭合只闭合开关都断开
D．装置③中当铁制品上析出铜时，电源负极输出的电子数为(为阿伏加德罗常数的值)
6．关于下列各装置图的叙述中不正确的是
A．用装置①精炼铜，则b极为粗铜，电解质溶液为溶液
B．装置②的总反应是
C．装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连
D．装置④中的铁钉几乎没被腐蚀
7．科学研究发现金属生锈时，锈层内如果有硫酸盐会加快金属的腐蚀，其腐蚀原理如图所示。下列说法错误的是
A．钢铁的腐蚀中正极电极反应式为
B．酸雨地区的钢铁更易被腐蚀
C．生成反应的化学方程式为
D．硫酸盐加速电子传递，有一定的催化剂作用
8．下列实验装置图能达到相应实验目的且描述正确的是
A．图甲是中和热的测定实验
B．图乙可以保护钢闸门不被腐蚀
C．图丙用于铁上镀铜且硫酸铜溶液浓度不变
D．图丁中一段时间后，右侧导管内液面高于试管内液面
9．用如下装置进行铁的电化学腐蚀实验。下列说法正确的是
A．铁发生的电极反应：
B．铁腐蚀过程中，化学能转化为热能
C．炭粉的存在对铁腐蚀的速率无影响
D．导管口产生气泡证明铁发生了析氢腐蚀
10．某化学兴趣小组设计如下实验，探究电解过程中溶液 pH 变化。装置、所得数据结果如图所示。电解过程中，充分搅拌使溶液均匀。下列说法错误的是
A．电极上发生的反应为：
B．CuSO4溶液浓度为0.05 mol/L
C．电解到时刻，加入可使溶液复原
D．若使用甲烷燃料电池作电源，时理论上消耗甲烷0.00125 mol
11．盐酸羟胺是一种常见的还原剂和显像剂，其化学性质类似。工业上主要采用向两侧电极分别通入和，以盐酸为电解质来进行制备，其电池装置(图1)和含的催化电极反应机理(图2)如下。不考虑溶液体积的变化，下列说法正确的是
A．电池工作时，电极为正极
B．该催化循环中元素的化合价发生了变化
C．电池工作时，每消耗左室溶液质量增加
D．电池工作一段时间后，正极区溶液增大，负极区溶液的不变
12．我国科学家在锂氧电池催化剂领域取得重大进展。某锂氧电池的工作原理如图1所示，电池总反应为O2+2LiLi2O2，b电极发生反应的微观过程如图2所示。下列说法错误的是

A．放电时b电极上发生过程I的系列反应
B．过程II中④的电极反应式为Li2-xO2-(2-x)e-=O2↑+(2-x)Li+
C．O2中混入CO2会影响电池充电
D．放电过程中转移1mole-时，b电极增重16g
二、填空题（4题）
13．Ⅰ．某研究小组利用如图1所示装置探究金属Fe的腐蚀与防护条件{已知Fe2+遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀}。反应一段时间后，分别向①区和②区的Cu电极附近滴加酚酞试液，向①区和②区的Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液。
(1)①区在Cu电极附近，②区Fe电极附近可观察到的现象分别是 、 ，④区Zn电极的电极反应式为 。
(2)上述①③两个实验表明，活泼性不同的两种金属作电极构成原电池时，一般是相对不活泼的金属被保护，根据此原理采取的金属防护方法称为 。
Ⅱ．某研究小组又利用图2装置制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe+2H2O+2OH-Fe+3H2↑。装置通电后，铁电极附近生成紫红色Fe，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。
已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。
(3)电解过程中须将阴极产生的气体及时排出，其原因是 。
(4)c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图3所示。
M、N两点的c(Na2FeO4)均低于最高值的原因是 。
14．自重轻、体积小、容量大、使用安全、环保是新型电池的典型特点，回答下列问题：
I．“阿波罗”飞船中使用的氢氧燃料电池部分结构如图所示。
(1)电极采用多孔结构的原因是 ；电池的正极为电极 (填“a”或“b”)，其表面上发生的电极反应为 (填电极反应式)。
(2)“神舟”飞船是中国自行研制的，具有自主知识产权的载人飞船，其返回舱使用的是银锌蓄电池组。银锌电池结构如图所示，放电时总反应为。电池放电时负极质量 (填“增大”、“减小”或“不变”)，电池放电时电解质溶液的 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
Ⅱ.非水系锂氧()电池因其高能量密度而成为一种有前景的先进电池技术，其放电电池示意图以及正极示意图分别为图1和图2，隔膜a只允许计通过。
(3)放电时，电池的总反应为 ；电解液a不选用水溶液的原因可能是 。
(4)不考虑其他副反应，若放电前两电极质量完全相同，放电时，电路中转移，正、负电极的质量之差为 g(假设生成的不溶物全覆盖在电极表面，生成的可溶物全部扩散至电解液中，参与电极反应的物质均过量)。
15．电化学原理在能量转换、物质制备、防止金属腐蚀等方面应用广泛。
(1)下图是常见电化学装置图
① 负极材料为Zn，其在此装置中的作用是 。
② 若用一根铜丝代替盐桥插入两烧杯中，电流计指针也发生偏转，推测：其中一个为原电池，一个为电解池，写出a端发生的电极反应 。
(2)下图探究金属Fe是否腐蚀的示意图
在培养皿中加入一定量的琼脂和饱和NaCl溶液混合，滴入5~6滴酚酞溶液，混合均匀，将缠有铜丝的铁钉放入培养皿中。溶液变红的部位为 端(填“左”或“右”)，结合化学用语解释变红的原因 。
(3)下图是氯碱工业电解饱和NaCl溶液的示意图
①电解饱和NaCl溶液的化学方程式是 。
② NaOH溶液从 (填b或c)口导出。结合化学用语解释NaOH在此区域生成的原因 。
③电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2~3，用化学平衡移动原理解释盐酸的作用 。
(4)我国科学家通过电解，从海水中提取到锂单质，其工作原理如图所示。
①金属锂在电极 (填“A”或“B”)生成，发生的是 (填“氧化”或“还原”)反应。
②阳极产生两种气体单质，电极反应式分别是 ； 。
16．目前市场上的电池种类繁多，性能也各不相同。根据电化学原理回答下列问题：
(1)镍—镉电池是一种新型的封闭式体积小的可充电电池。其工作原理如图甲所示。放电时，镉电极反应式为 ，充电时，阳离子移向 极（填“a”或“b”）。

(2)燃料电池具有能量转化率高、对环境友好等优点。燃料电池的介质有多种形式，如酸性溶液、碱性溶液、熔融氧化物和熔融碳酸盐等。甲烷碱性燃料电池（乙图）和熔融碳酸盐燃料电池（丙图）工作原理分别如图所示：

①在乙图中，b为 极（填“正”或“负”），a电极反应式为 。
②在丙图中，d电极反应式为 。
(3)以—空气电池为电源，用惰性电极作电极材料电解氯化钠溶液，如图丁所示，该电池工作时，B装置中b电极反应式为 ，b、c电极析出物质的物质的量比为 （不考虑析出物质的溶解）。

(4)如图戊所示，用左池（总反应式为，未配平）电解硫酸铜溶液。
左池每消耗32g ，理论上在右池 （填“石墨”或“Ag”）极会析出 g Cu。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】A．含氟牙膏可预防龋齿原理是氟离子与羟基磷灰石反应生成氟磷灰石，氟磷灰石比羟基磷灰石更难溶，可以降低龋齿的发生率，A正确；
B．热的纯碱溶液水解显碱性，可以促进油污的碱性水解，故可以去除物品表面的油污，B正确；
C．NaHCO3是强碱弱酸盐，水解使溶液显碱性盛放在外筒；Al2(SO4)3是强酸弱碱盐，水解使溶液显酸性盛放在内筒，当使用时二者混合，盐的水解相互促进产生CO2气体、Al(OH)3沉淀从灭火器里喷出，覆盖在着火物质上，起到隔绝空气的作用，水汽化吸收热量，可以降低温度，低于物质的着火点，从而可以达到灭火作用，C正确；
D．铁比铜活泼，铜铁形成原电池会促进的铁的锈蚀，D错误；
故选D。
2．A
【详解】A．根据侯氏制碱法可知，二氧化碳须通入含有氨水的饱和食盐水中才能生成碳酸氢钠和氯化铵，由于碳酸氢钠溶解度较小，以晶体的形式析出，A错误；
B．与浓硫酸在加热条件下反应可制得，具有漂白性能使品红溶液褪色，最后用吸收进行尾气处理，故该装置适合制备并检验气体，B正确；
C．铁钉发生吸氧腐蚀会消耗氧气，通过传感器测定氧气浓度会减小，C正确；
D．和在催化剂、加热条件下反应生成，与反应生成，若观察到导管口产生白烟，即可验证生成，D正确；
故答案为：A。
3．B
【详解】A．溴水对橡胶具有腐蚀性，因此盛放溴水的滴定管应是酸式滴定管，选项A错误；
B．镁比铁活泼，构成原电池中镁作负极，对铁制品起到保护作用，该方法称为牺牲阳极法，选项B正确；
C．两烧杯必须相平，否则会造成热量损失，引起误差，选项C错误；
D．测定Zn和稀硫酸反应的速率必须用到秒表进行计算时间，且反应时加入溶液应该用分液漏斗，选项D错误；
答案选B。
4．C
【详解】A．若在海轮外壳上附着一些铜块，铁比铜活泼，形成原电池后，铁作负极，则会加快海轮外壳的腐蚀，A项错误；
B．催化剂只能改变化学反应的速率，不能使化学平衡移动，不能提高原料平衡转化率，B项错误；
C．由于该反应是两种气体生成一种固体，所以该反应的ΔS＜0，若该反应可自发，需满足ΔG=ΔH-TΔS＜0，由于ΔS＜0，T＞0，所以该反应必须满足ΔH＜0才能使ΔG＜0，C项正确；
D．CH3COOH是弱酸，pH=2的CH3COOH由10ml稀释到100ml，稀释10倍，pH应小于3，D项错误；
故选C。
5．A
【详解】A．装置①中K闭合时，是负极，是正极，a为电解池的阴极，电极反应式为，所以片刻后可观察到滤纸a点变红色，故A正确；
B．是负极，是正极，阴离子移向负极，所以溶液中增大，溶液中c(K+)增大，故B错误；
C．装置②中，只闭合构成电解池，铁作阳极；只闭合构成电解池，铁作阴极；只闭合构成原电池，铁棒作负极；开关都断开为化学腐蚀，铁腐蚀的速率由大到小的顺序是：只闭合（铁棒作阳极）>只闭合（铁棒作负极）>开关都断开>只闭合（铁棒作阴极），故C错误；
D．装置③为电镀装置，当铁制品上析出铜时，，，故D错误；
选A。
6．A
【详解】A．根据电流的方向可知a为电解池的阳极，则用来精炼铜时，a极为粗铜，A错误；
B．铁比铜活泼，为原电池的负极，负极反应为，铜为原电池的正极，正极反应为，故总反应是，B正确；
C．装置③为外加电流保护法，钢闸门与外接电源的负极相连，电子从电源负极流出，防止铁被氧化，C正确；
D．浓硫酸具有吸水性，在干燥的环境中铁难以被腐蚀，D正确；
故选A。
7．C
【分析】由图可知钢铁发生吸氧腐蚀。
【详解】A．钢铁发生吸氧腐蚀时C作正极，氧气在正极得电子，电极反应式为，A正确；
B．酸性溶液可以加速铁的锈蚀，B正确；
C．不稳定，易被氧气氧化生成，反应为，C错误；
D．已知，锈层内如果有硫酸盐会加快金属的腐蚀，硫酸盐能增加导电性，加速电子传递，有一定的催化剂作用，D正确；
故选C。
8．D
【详解】A．图甲装置用于中和热得测定实验缺少环形玻璃搅拌棒，A错误；
B．外加电流的阴极保护法需要把被保护的金属接在电源的负极，作为阴极发生还原反应，图乙装置把钢闸门接在了电源的正极，作为阳极，起不到保护作用，B错误；
C．电镀时待镀件接在电源负极，作为阴极，镀层金属接在电源负极，作为阳极，图丙将铁钥匙接在了电源正极，作为阳极，不能往铁钥匙上镀铜，C错误；
D．用食盐水浸泡过的铁钉会发生吸氧腐蚀，使体系内压强减小，导致导管倒吸液体，一段时间后，右侧导管内液面会高于试管内液面，D正确；
故选D。
9．B
【详解】A．铁发生的电极反应：，故A错误；
B．铁腐蚀过程中，试管发热，说明化学能转化为热能，故B正确；
C．铁粉、炭粉、氯化钠溶液构成原电池，炭粉的存在加快铁腐蚀的速率，故C错误；
D．铁腐蚀过程中，试管内温度升高，气体膨胀，导管口产生气泡不能证明铁发生了析氢腐蚀，故D错误；
选B。
10．C
【分析】根据装置图，有外接电源，该装置为电解池，根据图2中pH变化与电解时间的关系：开始时发生：，故溶质从→H2SO4，pH变化快，当Cu2+完全放电，接着发生：2H2O=2H2↑+O2↑，pH变化小，据此分析；
【详解】A．根据图2中pH变化与电解过程的关系，当Cu2+完全放电，接着发生：2H2O=2H2↑+O2↑，此时pH变化小，电极为阳极，阳极上发生的反应为：，A正确；
B．当Cu2+完全放电，接着发生：2H2O=2H2↑+O2↑，pH变化小，因此t1时刻Cu2+恰好完全耗尽，pH=1，c(H+)=0.1 mol/L，推出 c(H2SO4)=0.05 mol/L，c()=0.05mol/L，B正确；
C．电解到t1时刻析出0.005 molCu和0.0025 mol O2，应加入0.005 mol CuO可恰好恢复至电解前状态，即加入0.40g CuO则能恢复至电解前状态，C错误；
D．时刻，电路通过电子为：2×0.005mol=0.01mol，甲烷燃料电池中甲烷与转移电子关系：CH4~8e-，燃料电池负极消耗的甲烷的物质的量为；0.01×mol=0.00125mol，D正确；
答案为C。
11．B
【分析】由图可知，Pt电极上H2→H+，失去电子发生氧化反应，做负极，电极反应式：H2-2e-=2H+；含铁的催化电极为正极，其电极反应为：NO+3e-+4H++Cl-=NH3OHCl；
【详解】A．Pt电极H2→H+，H元素化合价升高，做负极，故A错误；
B．Fe电极NO→NH3OHCl，N元素化合价降低，故B正确；
C．不确定气体所处状态，因此无法计算，故C错误；
D．负极电极反应式：H2-2e-=2H+，H+浓度增大pH值减小，正极电极反应为：NO+3e-+4H++Cl-=NH3OHCl，正极区H+浓度减小，pH增大，故D错误；
故选B。
12．D
【分析】放电时，Li作负极，发生失电子的氧化反应，电极反应：；石墨作正极，氧气在石墨电极发生得电子的还原反应；
【详解】A．放电时b电极，发生过程I系列反应，故A正确；
B．根据分析可知，充电过程中，④的电极反应式为Li2-xO2-(2-x)e-=O2↑+(2-x)Li+，故B正确；
C．O2中混入CO2会影响电池充电，故C正确；
D．放电过程中，b极电极反应式：，转移1mole-时，b电极增重23g，故D错误；
答案选D。
13．(1) 出现红色 出现蓝色沉淀 2H2O＋2e-=H2 ↑＋2OH-
(2)牺牲阳极的阴极保护法
(3)防止Na2FeO4与H2反应使产率降低
(4)c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，使c(Na2FeO4)降低；c(OH-)过高，铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使c(Na2FeO4)降低
【详解】（1）①区为原电池，Fe为负极，Cu为正极，正极电极反应式为：，呈碱性，遇酚酞变红；②区为电解池，Fe电极为阳极，电极反应式为：，遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀；④区为电解池Zn为阴极，电极反应式为：2H2O＋2e-=H2 ↑＋2OH-；
（2）活泼性不同的两种金属作电极构成原电池时，一般是相对不活泼的金属被保护，根据此原理可将被保护的金属用导线与比其活泼的金属相连，形成原电池，来进行防护，此方法称为牺牲阳极的阴极保护法；
（3）电解时铁电极附近生成紫红色FeO，镍电极有气泡产生，电极反应式为：，Na2FeO4易被H2还原，须将阴极产生的气体及时排出，防止Na2FeO4与H2反应使产率降低；
（4）Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，使c(Na2FeO4)降低；c(OH-)过高，铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使c(Na2FeO4)降低。
14．(1) 增大气体与其他反应物的接触面积，加快反应速率，提高原料利用率 b
(2) 增大 增大
(3) 与水剧烈反应，产生易爆的，存在安全隐患(或其他合理答案)
(4)30
【详解】（1）电极采用多孔结构的原因是增大气体与其他反应物的接触面积，加快反应速率，提高原料利用率；正极发生得电子的还原反应，所以通入氧气的b电极为正极，电极反应式为；
（2）由电极反应式可知，负极由Zn转化为了，电极质量增加；电池放电时消耗了水并且生成了，所以溶液碱性增强，溶液的增大；
（3）由题目图像信息可知，反应物为Li和O2，并最终生成了，所以总反应式为：；可以与水剧烈反应，产生易爆的，存在安全隐患，所以不能选用水溶液；
（4）当电路中转移，负极减少1molLi的质量为7g，正极增加0.5mol的质量为23g，所以正、负电极的质量之差为30g。
15．(1) 做还原剂(或失电子)，失电子的场所，电子导体，(任意两点即可) Cu 2e = Cu2+
(2) 左 铜、铁和溶液构成原电池，铜为正极，发生吸氧腐蚀，反应为O2+4e +2H2O=4OH ，使左端附近溶液c(OH ) > c(H+)，溶液呈碱性
(3) 2NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl2↑+ H2↑ c c口为阴极区，阴极发生反应：2H2O + 2e =O2 ↑+ 2OH ，OH 在阴极生成，阳极的Na+通过阳离子交换膜进入阴极，因此NaOH在c口导出 Cl2 + H2O HCl + HClO，用盐酸控制阳极的pH，增大氢离子浓度，平衡逆向移动，有利于氯气逸出收集
(4) A 还原 2H2O 4e = O2↑ + 4H+ 2Cl 2e =Cl2 ↑
【详解】（1）①该图装置为原电池，Zn易失电子作负极发生氧化反应、电子经锌和导线流向Cu极，Cu作正极，正极上铜离子得电子发生还原反应。负极材料为Zn，即Zn做还原剂(或失电子)，失电子的场所，同时Zn也是导电，可以作为电子导体，故答案为：做还原剂(或失电子)，失电子的场所，电子导体，(任意两点即可)；
②若用一根铜丝代替盐桥插入烧杯，则左侧烧杯中发生锌的吸氧腐蚀，为原电池，右侧烧杯为电解池，a电极与原电池的正极相连，为阳极，电极反应Cu 2e = Cu2+；
故答案为：Cu 2e = Cu2+；
（2）铜、铁和溶液构成原电池，铜为正极，整个体系中发生Fe的吸氧腐蚀，正极反应为O2+4e +2H2O=4OH ，使左端附近溶液中，c(OH ) > c(H+)，溶液呈碱性，所以铜端变红；
故答案为：左；铜、铁和溶液构成原电池，铜为正极，发生吸氧腐蚀，反应为O2+4e +2H2O=4OH ，使左端附近溶液c(OH ) > c(H+)，溶液呈碱性；
（3）①电解饱和NaCl溶液时，阳极氯离子被氧化为氯气，阴极水电离出的氢离子被还原生成氢气，同时产生氢氧根，化学方程式是2NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl2↑+ H2↑，故答案为：2NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl2↑+ H2↑；
②由电源可知，与负极相连的为阴极，c口为阴极区，阴极发生反应：2H2O+2e-=O2↑+2OH ，OH 在阴极生成，阳极的Na+通过阳离子交换膜进入阴极，因此NaOH在c口导出，故答案为：c；c口为阴极区，阴极发生反应：2H2O + 2e =O2 ↑+ 2OH ，OH 在阴极生成，阳极的Na+通过阳离子交换膜进入阴极，因此NaOH在c口导出；
③阳极产生的氯气会和水发生反应，存在着下列平衡：Cl2+H2OHCl+HClO，用盐酸控制阳极的pH，增大氢离子浓度，平衡逆向移动，有利于氯气逸出收集，故答案为：Cl2 + H2O HCl + HClO，用盐酸控制阳极的pH，增大氢离子浓度，平衡逆向移动，有利于氯气逸出收集；
（4）①Li+得到电子发生还原反应转化为锂单质，根据图示电子流向分析可知A极得到电子，所以金属锂在A电极生成，发生的是还原反应；
②阳极上失电子发生氧化反应，且阳极附近主要含有OH-和Cl-等，阳极产生两种气体单质，则阳极对应的电极反应式分别是2H2O 4e = O2↑ + 4H+；2Cl 2e =Cl2 ↑。
16．(1) a
(2) 正
(3) 1∶1
(4) Ag 128
【详解】（1）根据图中电子移动方向知，放电时a极（镉电池）为负极，镉失去电子发生氧化反应生成氢氧化镉，电极反应式为；放电时a极为负极，充电时a极接外接电源负极作阴极，电解池中阳离子移向阴极（a极）移动。
（2）①碱性甲烷燃料电池中，左边通入甲烷，甲烷失去电子发生氧化反应，在碱性条件下生成碳酸根离子和水，作负极，b为正极，a极的电极反应式为；
②在丙图中，d电极氧气得到电子发生还原反应转化为碳酸根离子，电极反应式为。
（3）以—空气电池为电源，用惰性电极作电极材料电解氯化钠溶液时，a为通入氧气极，氧气得到电子发生还原反应，为正极，故电极为负极，a为正极，则b为阳极，c为阴极；b电极氯离子失去电子发生氧化反应生成氯气，反应式为；c电极水放电产生：，根据电子守恒可知，b、c电极析出物质的物质的量比为 1∶1。
（4）左池转化通入氧气得到电子发生还原反应，通入氧气极为正极，则石墨电极为阳极，Ag电极为阴极，铜离子在阴极银极上得到电子还原为铜单质，根据得失电子守恒可列关系式：，左池每消耗32g ，理论上在右池Ag极会析出128 g Cu。
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