第四章化学反应与电能（含解析） 单元同步练习题-2023-2024学年高二化学人教版选择性必修1

第四章 化学反应与电能 单元同步练习题
一、单选题
1．我国科学家在研究燃料电池方面有重大进展，装置如图所示，两电极间用允许离子通过的半透膜隔开。下列说法正确的是
A．正极电极反应式为
B．半透膜为阳离子交换膜，储液池中需补充的物质A为
C．当电路中转移电子时，理论上生成
D．当转化为时，有的从右向左迁移
2．用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(如图)，可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-，有利于电解反应顺利进行。下列说法正确的是
A．“卯榫”结构的双极膜中的H+移向电极b，OH-移向电极a
B．b电极的反应式为
C．每生成，双极膜处有的解离
D．“卯榫”结构可实现大电流催化电解溶液制氨，是因为这种双极膜表面积型大，更有利于电子通过
3．关于氯气制取方法的说法中，不正确的是。
A．电解饱和食盐水制氯气时，与负极相连的铁棒上方充满黄绿色气体
B．工业上用电解饱和食盐水的方法制取氯气的同时得到氢氧化钠
C．实验室制法和电解饱和食盐水制法的化学方程式是不同的
D．实验室制取氯气时，要缓缓加热
4．在存在下，可利用微生物电化学技术实现含苯酚废水的有效处理，其工作原理如图所示，下列说法不正确的是
A．负极的电极反应式为
B．电路中每转移电子，正极生成
C．电子从左侧经导线流向右侧
D．反应温度越高，该装置处理含苯酚废水的效率越高
5．级联电池是指在同一个反应腔体中耦合两个连续的电化学反应，它可以大大提高了电池的能量密度。某水系级联电池，工作原理如图所示
已知电解质为溶液，步骤2中的电池反应为：(单独构建该步电池时效率较低)。下列说法不正确的是
A．放电时，步聚1的正极反应式为
B．对步骤2的正极反应可能起催化作用，提高了电池工作效率
C．若用该电池进行铜的电解精炼，则消耗6.5g锌时，得到的精铜质量大于6.4g
D．步骤2工作过程中，电池工作环境氧气浓度越大，正极板质量增加也越多
6．以肼为燃料、空气为助燃剂可设计碱性燃料电池，其工作原理如图所示。该电池的优势是能源转化率高，且产物无污染。下列说法错误的是
A．空气由Y口通入
B．M极的电极反应为
C．电池的总反应为
D．电池工作时，溶液的pH增大
7．设为阿伏伽德罗常数的值，下列说法正确的是、
A．（标准状况）完全溶于水后溶液中分子数为
B．常温下溶液中的数目为
C．在电解精炼粗铜的过程中，当阴极质量增重时转移的电子数为
D．用惰性电极电解熔融，阳极增重，外电路中通过的电子数为
8．在熔融盐体系中，通过电解和获得电池材料(TiSi)，电解装置如图所示，下列说法正确的是
A．该装置将化学能转化为电能
B．电极A的电极反应：
C．该体系中，石墨优先于参与反应
D．电解时，阳离子向石墨电极移动
9．我国科学家发明了一种以和为电极材料的新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是

A．充电时，b电极上发生还原反应
B．充电时，外电源的正极连接b电极
C．放电时，①区溶液中的向②区迁移
D．放电时，a电极的电极反应式为
10．我国科学家设计了一种新原电池，如图所示，电解质溶液为溶液，双极膜由两种离子交换膜组成，和在双极膜中可以自由移动。下列说法正确的是
A．极为负极
B．极的电极反应为
C．双极膜中向极迁移
D．若负极减轻，则正极增重32g
11．锂硫电池由金属锂阳极、硫复合阴极、电解液等组成。下列说法不正确的是
A．该电池的电解液不可以使用水溶液
B．阴极硫还原是一个多过程的反应，第一步反应为
C．阴极反应总方程式为：
D．由于硫导电率低，不能单独作为阴极使用，因此硫复合阴极通常由稳定的单质、导电剂和聚合物黏结剂组成
12．一种具有高能量比的新型干电池示意图如图所示，石墨电极区发生的电极反应为MnO2+e-+H2O=MnO(OH)+OH-。该装置工作时，下列叙述正确的是
A．石墨电极上的电势比Al电极上的低
B．每消耗27g Al，有3mol电子转移到石墨电极上
C．若采用食盐水+NaOH溶液作电解质溶液，电极反应式相同
D．Al电极区的电极反应式： Al-3e- +2NH3·H2O =Al(OH)3+2
13．甲醇(CH3OH)是一种重要的化工原料和新型燃料。甲醇、空气和KOH溶液组成的燃料电池的简易装置如图所示。下列有关说法正确的是
A．X为电源的正极
B．Y电极反应式为
C．X极每消耗，电路中则转移电子
D．电池工作一段时间后，电解质溶液的值变大
14．普通水泥在固化过程中自由水分子减少并形成碱性溶液。根据这一物理化学特点，科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间。此法的原理如图所示，反应的总方程式为：，下列有关说法正确的是
A．测量原理示意图中，电子方向从经过导线流向
B．电池工作时，溶液中向正极移动
C．电路中转移的电子，电极的质量增加
D．Cu电极的电极反应式为
二、非选择题
15．完成下列问题
(1)最近，我国在甲烷燃料电池的相关技术上获得了新突破，原理如图所示。甲烷燃料应从 填字母)口通入，发生的电极反应式为 。
(2)人工肾脏可采用电化学方法除去代谢产物中的尿素【化学式为】，其原理如图所示。
直流电源的负极为 (填“A”或“B”)。写出阳极室中生成的氯气氧化尿素的化学反应方程式： 。电解结束后，阴极室中溶液的与电解前相比将 (填“升高”“降低”或“不变”)；
(3)资源化利用是实现碳中和的重要途径。
电化学法将转化为甲酸：科学家近年发明了一种新型水介质电池。如图所示，电极分别为金属锌和选择性催化材料，放电时，被转化为储氢物质甲酸。
注：双极隔膜为一层阳离子交换膜和一层阴离子交换膜复合而成，中间为水，作为电解质溶液中和的来源。
①放电时，正极电极反应式为 。
②充电时每生成，理论上阴极获得Zn的物质的量为 。
③与极室相连的离子交换膜为 。
16．Ⅰ.能源的开发、利用与人类社会的可持续发展息息相关，充分利用好能源是摆在人类面前的重大课题。
(1)依据原电池的构成原理，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是 (填字母)。
A．
B．
C．
若以稀硫酸为电解质溶液，则该原电池的正极反应式为 。
(2)依据反应设计原电池装置，负极材料为 ，负极电极反应式为 ；正极材料可选择 (填一种即可)，正极电极反应式为 。
Ⅱ.如图所示的装置，X、Y都是惰性电极。将电路接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色。试回答下列问题：
(3)甲装置是甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)的结构示意图，则a处通入的是 (填“”或“”)，该电极上发生的反应类型是 反应(填“氧化”或“还原”)。
(4)在乙装置中，总反应的离子方程式是 。
(5)工作一段时间之后，丙装置中硫酸铜溶液的浓度 (填“增大”、“减小”或“不变”)，如果丙装置中精铜电极的质量增加了6.4g，则甲装置中消耗的的质量为 g。
(6)丁装置中在通电一段时间后，Y电极上发生的电极反应是 。
17．完成下列问题。
(1)用间接电化学法除去NO的过程，如图所示：
①已知电解池的阴极室中溶液的在4~7之间，写出阴极的电极反应式： 。
②用离子方程式表示吸收池除去NO的原理 。
(2)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能以上。该工艺的相关物质运输与转化关系如图所示(其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过)。
①燃料电池B中正极电极反应式为 。
②分析图3可知，氢氧化钠的质量分数为，由大到小的顺序为 。
18．某化学兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的开关时，观察到电流表的指针发生了偏转。请根据如图所示，回答下列问题：
(1)甲池为 (填“原电池”、“电解池”或“电镀池”)，通入电极的电极反应为 。
(2)乙池中A(石墨)电极的名称为 (填“正极”“负极”或“阴极”“阳极”)，丙池中C(Pt)电极反应为 。
(3)当乙池中B极质量增加5.4g时，假设电解后乙池溶液体积为100mL，则电解后乙池溶液中浓度为 mol/L，丙池中 (填“C”或“D”)极析出铜 g。
(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaOH溶液，开关闭合一段时间后，甲中溶液的pH将 (填“增大”“减小”或“不变”，下同)，丙中溶液的pH将 。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【分析】由图可知HCOOH被氧化，HCOOH在负极失电子，Fe3+在正极得电子。
【详解】A．负极电极反应式为，A错误；
B．半透膜为阳离子交换膜，储液池中不断消耗氢离子同时产生硫酸钾，故需补充的物质A为，B正确；
C．当电路中转移1mol电子时，理论上生成0.5molK2SO4，故生成87g硫酸钾，C错误；
D．半透膜为阳离子交换膜，根据负极反应，当转化为时，转移2mole-，有2molK+从左向右迁移，D错误；
故选B。
2．C
【分析】催化电解KNO3溶液制氨，硝酸钾发生还原反应，则电极a为阴极、电极b为阳极，双极膜界面产生的H+移向阴极，而OH-移向阳极，阴极反应式为+7H2O+8e-=NH3 H2O+9OH-，阳极反应式为8OH--8e-=2O2↑+4H2O，电解总反应为+3H2O═NH3 H2O+2O2↑+OH-，而“卯榫”结构可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨，单位时间内电子转移增大，可以提高氨生成速率，据此分析解题。
【详解】A．由分析可知，电极a为阴极、电极b为阳极，双极膜界面产生的H+移向阴极即a极，而OH-移向阳极即b极，A错误；
B．由分析可知，b电极为阳极，该电极的反应式为8OH--8e-=2O2↑+4H2O，B错误；
C．由分析可知，阴极反应式为+7H2O+8e-=NH3 H2O+9OH-，生成1molNH3 H2O转移8mol电子，根据电子守恒可知双极膜处有8mol的H2O解离，C正确；
D．电子不能通过电解质溶液和双极膜，故“卯榫”结构可实现大电流催化电解溶液制氨，并不是因为这种双极膜表面积型大，更有利于电子通过，而是这种结构的双极膜既能让H+自由通过的同时又能让OH-自由通过，大大加快了离子通过速率，增强导电性，D错误；
故答案为：C。
3．A
【详解】A．电解饱和食盐水制氯气时，与负极相连的铁棒作阴极，发生还原反应生成氢气，A错误；
B．工业上用电解饱和食盐水的方法制取氯气的同时得到氢氧化钠，B正确；
C．实验室制法和电解饱和食盐水制法的化学方程式是不同的，C正确；
D．实验室制取氯气时，要缓缓加热，避免盐酸大量挥发，D正确；
答案选A。
4．D
【详解】A．负极失电子发生氧化反应，根据图示，负极苯酚失电子生成二氧化碳和水，负极的电极反应式为，故A正确；
B．正极 得电子发生还原反应生成Cr(OH)3，Cr元素化合价由+6降低为+3，电路中每转移电子，生成1mol Cr(OH)3，生成Cr(OH)3的质量为103g，故B正确；
C．左侧电极苯酚失电子生成二氧化碳和水，左侧电极为负极、右侧电极为正极，电子从左侧经导线流向右侧，故C正确；
D．利用微生物电化学技术实现含苯酚废水的有效处理，反应温度过高，可能使微生物失去活性，处理含苯酚废水的效率降低，故D错误；
选D。
5．C
【分析】由工作原理图可知，第一步总反应为，Zn为负极，电极反应为：，S为正极，电极反应为：，当正极的硫完全反应生成后，继续高效发生第二步反应，Zn为负极，电极反应为：，S为正极，电极反应为，单独构建该步电池时效率较低，可能的原因是步骤1的放电产物对步骤2的放电过程起催化作用，据此进行分析。
【详解】A．根据图示放电时，步聚1中，铜离子和S均得到电子，生成硫化亚铜，正极反应式为，A项正确；
B．由分析可知，“单独构建该步电池时效率较低”，可推测对步骤2的正极反应起催化作用，提高了电池工作效率，B项正确；
C．用该电池进行铜的电解精炼，消耗6.5g锌时，转移2mol电子，得到的精铜质量等于6.4g，C项错误；
D．由分析可知，步骤2工作过程中，电池工作环境氧气浓度越大，x值也越大，极板质量增加也越多，D项正确；
故选C。
6．D
【分析】该燃料电池中，通入燃料肼的电极为负极、通入氧气的电极为正极，电解质溶液呈碱性，则负极反应式为，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，电流从正极沿导线流向负极，据此分析解答。
【详解】A．由电子移动方向可知M为负极，N为正极，燃料电池中，空气从正极通入，故A正确；
B．由电子移动方向可知M为负极，N为正极，燃料电池中，燃料从负极通入转化为N2，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：，故B正确；
C．O2在正极得到电子生成OH-，电极方程式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，结合负极电极方程式可知电池的总反应为，故C正确；
D．由总方程式可知，反应过程中生成H2O，OH-浓度减小，溶液的pH减小，故D错误；
故选D。
7．C
【详解】A．碳酸是弱酸，在水中会发生电离，所以11.2L（标准状况）完全溶于水后溶液中分子数小于，A项错误；
B．题目没有给出溶液体积，无法计算氢离子的数目，B项错误；
C．在电解精炼粗铜的过程中，阴极产生纯铜，电极反应为，阴极质量增重3.2g，产生0.05mol铜，转移的电子数为，C项正确；
D．用惰性电极电解熔融，阳极产生氯气，阴极产生金属镁，阴极增重2.4g，外电路中通过的电子数为，D项错误；
故选C。
8．C
【分析】根据装置图，石墨电极上C发生失电子的氧化反应转化成CO，石墨电极为阳极，则电极A为阴极。
【详解】A．该装置为电解池，将电能转化为化学能，A项错误；
B．电极A为阴极，TiO2、SiO2发生得电子的还原反应生成TiSi，电极反应式为TiO2+SiO2+8e-=TiSi+4O2-，B项错误；
C．该体系中，石墨电极上C发生失电子的氧化反应转化成CO，即石墨优先于Cl-参与反应，C项正确；
D．电解时，阳离子向阴极（电极A）移动，D项错误；
答案选C。
9．B
【分析】放电时，电极材料转化为，电极反应 -2ne-= +2nK+，是原电池的负极，阳离子增多需要通过阳离子交换膜进入②区；二氧化锰得到电子变成锰离子，是原电池的正极，电极反应：，阳离子减少，多余的阴离子需要通过阴离子交换膜进入②区，故③为碱性溶液是电极，①为酸性溶液是二氧化锰电极。
【详解】A．充电时，b电极上得到电子，发生还原反应，A正确；
B．充电时，外电源的正极连接a电极相连，电极失去电子，电极反应为，B错误；
C．放电时，①区溶液中多余的向②区迁移，C正确；
D．放电时，a电极的电极反应式为，D正确；
故选：B。
10．D
【分析】原电池中，N极发生氧化反应：，N极为负极，M极发生还原反应：PbO2+2e-++4H+=PbSO4+2H2O，M极为正极。
【详解】A．由题意知活泼金属锌失去电子发生氧化反应为负极，N是负极，A错误；
B．极锌失去电子，电极反应为，B错误；
C．原电池中阴离子向负极移动，向N极迁移，C错误；
D．负极上发生，1molZn失去2mol电子，质量减少65g，若负极减轻电子转移1mol，正极发生PbO2+2e-++4H+=PbSO4+2H2O反应，2mol电子转移正极由1molPbO2生成1molPbSO4增重64g，1mol电子转移增重32g，D正确；
答案选D。
11．C
【分析】由题干装置图可知，锂电极为原电池的负极，电极反应为：Li-e-=Li+，硫复合材料电极为正极，电极总反应为：S8+16e-=8S2-，据此分析解题。
【详解】A．由于Li能与H2O反应，故该电池的电解液不可以使用水溶液，A正确；
B．由题干图示信息可知，硫复合阴极即阴极硫还原是一个多过程的反应，第一步反应为，B正确；
C．由题干图示信息可知，Li+和硫复合阴极不在一个电极上，故阴极反应总方程式为：S8+16e-=8S2-，C错误；
D．由于硫导电率低，故不能单独作为阴极使用，因此硫复合阴极通常由稳定的单质、导电剂和聚合物黏结剂组成，D正确；
故答案为：C。
12．B
【分析】该原电池中，石墨电极区发生的电极反应为MnO2+e-+H2O═MnO(OH)+OH-，则MnO2+石墨电极为原电池的正极，Al发生失去电子的氧化反应，为负极，电极反应式为Al-3e-+3NH3 H2O═Al(OH)3↓+3，原电池工作时，电子由负极经过用电器到正极，溶液中阳离子移向正极、阴离子移向负极，结合Al(OH)3的两性分析解答。
【详解】A．石墨电极为正极，Al电极为负极，正极上的电势比负极上的高，A错误；
B．由分析可知，放电时每消耗27g即=1mol Al失去3mol电子，这3mol电子通过外电路转移到正极即石墨电极上，故有3mol电子转移到石墨电极上，B正确；
C．若采用食盐水+NaOH溶液作电解质溶液，由于Al(OH)3是两性氢氧化物，可以被NaOH溶液溶解，所以电极反应式发生变化，C错误；
D．MnO2在石墨电极上发生还原反应为正极，Al电极为负极，负极上发生氧化反应，在氨水中，Al失电子生成Al(OH)3沉淀，所以负极电极反应式为Al-3e- +3NH3·H2O =Al(OH)3↓+3，D错误；
故答案为：B。
13．A
【分析】甲醇、氧气和氢氧化钾溶液构成燃料电池，甲醇易失电子发生氧化反应，则甲醇所在电极为负极，电极反应为：CH3OH-6e-+8OH-=+6H2O，氧气所在电极为正极，电极反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-，负极上甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，根据电子守恒和电荷守恒写出电极反应式，并结合电极反应和电子守恒计算。
【详解】A．由上述分析可知，氧气所在电极X为正极， A正确；
B．Y电极上CH3OH发生失去电子的氧化反应，与溶液中的OH-结合形成和H2O，电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=+6H2O，B错误；
C．未指明氧气的状态，故不能计算氧气的物质的量，C错误；
D．反应本质是甲醇燃烧生成二氧化碳与水，二氧化碳与KOH反应生成碳酸钾与水，反应消耗KOH，电解质溶液碱性减弱，电池工作过程中电解质溶液pH降低，D错误；
故答案为：A。
14．A
【详解】A．由总方程式得知Cu失电子被氧化做负极，得电子在正极被还原，电子电子方向从经过导线流向，故A正确；
B．原电池中阴离子向负极移动，氢氧根离子向负极移动，故B错误；
C．由关系2Cu~2e-~Cu2O，可知转移2mol电子电极的质量增加16g，电路中转移的电子，电极的质量增加0.8g，故C错误；
D．Cu电极的电极反应式为，故D错误；
故选A。
15．(1) b
(2) B 不变
(3) 2 阴离子交换膜
【详解】（1）燃料电池为原电池，溶液中的阳离子H+移向正极，则右侧为正极室，通入氧气，左侧为负极，在b通入甲烷燃料，发生氧化反应，则酸性条件下生成CO2，；
故答案为：b；；
（2）该装置为电解池，左侧电极室，溶液中的氯离子，失去电子，发生氧化反应，生成氯气，；生成的氯气与尿素生成氮气和二氧化碳，，则左侧电极室为阳极，A为正极；右侧电极室，水中的氢离子的电子，发生还原反应生成氢气，则右侧为阴极，连接B电极为负极；当有6mol电子转移，阳极室内生成的H+与阴极生成OH-物质的量相等，氢离子通过质子交换膜进入阴极电极室，则溶液pH不变，；
故答案为：B；；不变；
（3）充电时，H2O生成氧气，发生氧化反应，右侧为阳极，作为原电池时为正极，放电时，CO2得到电子发生还原反应生成HCOOH，；放电时，左侧作负极，发生电极反应，，放电时，需要有OH-参与反应，则与Zn电极室相连的交换膜为阴离子交换膜，，当生成1molO2，阴极上获得2molZn；
故答案为：；2；阴离子交换膜。
16．(1) C
(2) Cu 石墨棒
(3) 氧化
(4)
(5) 减小 0.4
(6)Cu2++ 2e－=Cu
【分析】（3）将电路接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色，说明Fe极为电解池阴极，发生电极反应：；甲装置是甲烷燃料电池，则a极为负极，b极为正极；
【详解】（1）依据原电池的构成原理，自发进行的放热的氧化还原反应在理论上可以设计成原电池，
A． ，该反应不是氧化还原反应，A错误；
B． ，该反应是吸热反应，B错误；
C． ，该反应是自发进行的放热的氧化还原反应，C正确；
答案选C；
若以稀硫酸为电解质溶液，则该燃料原电池的正极反应式：；
（2）依据反应设计原电池装置，负极材料为Cu，负极电极反应式：；正极材料可选择石墨棒，正极电极反应式：；
（3）根据分析，甲装置燃料电池a极为负极，应通入燃料甲烷发生氧化反应；
（4）乙装置为电解饱和食盐水，总反应离子方程式：；
（5）丙装置为电解精炼铜，初始阶段阳极由粗铜中比铜活泼的金属失电子，阴极消耗铜离子，所以溶液中硫酸铜浓度降低；如果丙装置中精铜电极的质量增加了6.4g，说明生成Cu0.1mol，电路中转移电子物质的量为0.2mol，则甲装置中消耗的的物质的量：0.025mol，对应质量为0.4g；
（6）丁装置Y为阴极，其电极上发生的电极反应式是Cu2++ 2e－=Cu；
17．(1)
(2) b%>a%>c%
【详解】（1）电解池的阴极发生还原反应，根据图示可知得电子生成，电极反应式：；吸收池除去NO的原理：；
（2）燃料电池正极通入空气，发生还原反应，电极反应式：；图中电解池加入NaOH目的是增大溶液导电性，通过电解生成NaOH，所以加入的NaOH浓度小于出来的NaOH浓度；原电池正极生成NaOH，其浓度大于加入的NaOH，所以大小关系：b%>a%>c%；
18．(1) 原电池 CH3OH+8OH--6e-=CO+6H2O
(2) 阳极 2Cl--2e-=Cl2
(3) 0.5 D 1.6
(4) 减小 增大
【分析】甲醇做燃料电池的负极，氧气做正极，则A、C为电解池的阳极，B、D为电解池的阴极。据此分析。
【详解】（1）甲池有甲醇和氧气，所以形成原电池，通入CH3OH的电极失去电子生成CO，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：CH3OH+8OH--6e-=CO+6H2O。
（2）乙池中A(石墨)连接原电池的正极，为电解池阳极，丙池中C连接原电池的正极，为电解池阳极，Cl-在阳极放电生成Cl2，电极方程式为：2Cl--2e-=Cl2。
（3）当乙池中B极析出银，质量增加 5.4 g 时，即生成0.05mol银，根据电子守恒分析，转移0.05mol电子，溶液中有0.05mol氢氧根离子放电，则剩余0.05mol氢离子，假设电解后乙池溶液体积为100mL，则电解后乙池溶液中H+浓度为0.5mol/L，丙池中阴极是铜离子反应生成铜，生成0.025mol铜，即为D极析出铜1.6g。
（4）若丙中电极不变，将其溶液换成NaOH溶液，开关闭合一段时间后，甲中甲醇产生的二氧化碳消耗氢氧化钾，所以溶液的pH将减小，丙中氢氧化钠溶液电解实际是电解水，氢氧化钠的浓度增大，溶液的pH将增大。
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