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“物质的性质与应用”是课程标准中设置的五个学习主题中涵盖面最广的主题,该学习主题以常见的物质为主线,要求学生认识物质的多样性、掌握认识物质性质的思路和方法并学会合理使用这些物质。由于涵盖面广,本学习主题在考试中占有极大的篇幅,是考试的重点、难点。
“物质的性质与应用”这一主题内容庞杂,命题时往往会在题目中涉及多种物质的反应情况,命题时将涉及的物质性质整合在一起进行考查,所以做这类题时要学会从整体上认知,然后具体到每一个小的探究作答。本学习主题主要包括以下三个方面的内容:
1.酸、碱、金属性质探究中的“物质的性质与应用”问题,涉及酸、碱、金属等常见物质的通性以及相互间的反应等相关知识,同时也会考查陌生反应,多以选择题、探究性实验题为主,解答时需要学生对知识有较强的迁移、应用能力。
2.海洋资源的综合利用背景下的“物质的性质与应用”问题,涉及盐的性质、海洋资源的综合利用、溶液、溶质质量分数、溶解度等知识,一般会同时出现在选择题、填空题和探究性实验题中,此类题综合性较强,难度中等偏大,需要学生具有较高的化学素养以及对知识的严谨细致的把握以及灵活应用的能力。
3.复分解反应概念统领下的“物质的性质与应用”问题,涉及复分解反应的条件、实质、物质的共存、离子的共存等知识,考试中一般以选择题为主,有时也会以填空题、探究性实验题的形式出现,需要学生从宏观与微观两个维度,从理论分析与实验操作两个层面掌握复分解反应的相关知识,此类问题难度一般中等偏难。
素养立意:能从物质分类的角度对常见的酸、碱、金属的性质进行总体把握,又能从具体的角度认识酸、碱、金属,做到共性与个性的统一,形成科学探究的思路与能力。
项目1 酸、碱、金属性质探究中的“物质的性质与应用”问题
1.(2024·青岛中考)钢铁是目前应用最广泛的金属。钢铁工业的发展状况是衡量一个国家工业化水平的重要标志。
(1)早在春秋时期,我国就掌握了炼铁方法,其原理是Fe2O3+3CO2Fe+3CO2,反应过程中化合价降低的元素是________。
(2)如今铁制品应用于生活的方方面面。如用铁锅做饭,主要因为铁具有________性。
(3)不锈钢不易生锈,铁容易生锈,二者性质不同的原因是______________。请列举一条生活中防止铁锅生锈的方法________。铁制品生锈时应及时除锈,生产中可用盐酸除铁锈(主要成分是Fe2O3),反应的化学方程式为____________________。
(4)随着生产力的发展,我国炼铁技术又有新突破,是少数几个掌握羰基铁粉生产技术的国家之一。羰基铁粉在国防军工领域有重要应用,其制备的简易流程如图所示。
制备Fe(CO)5时,先往设备中通入一段时间CO再加热的原因是________,制备过程中可循环利用的物质是________。
2.(2024·潍坊中考)“宏观—微观—符号”是化学独特的表示物质及其变化的方法。某兴趣小组对盐酸和硫酸的共性和差异性进行以下研究。回答下列问题。
(1)向稀盐酸和稀硫酸中分别滴加紫色石蕊试液,试液变红,说明两种酸溶液中均存在______(填微粒符号)。
(2)将表面生锈的铁钉(铁锈的主要成分为Fe2O3)投入到足量稀硫酸中,铁锈脱落、溶解,溶液变黄,化学方程式为________________________________;铁钉表面产生气泡,该气体为________;一段时间后,溶液慢慢变为黄绿色,图1是对溶液变为黄绿色的一种微观解释,参加反应的微粒是________(填微粒符号)。
(3)分别向两份相同的Ba(OH)2溶液中匀速滴加相同pH的稀盐酸和稀硫酸,观察现象并绘制溶液电导率随时间变化曲线(图2)(电导率能衡量溶液导电能力大小,相同条件下,单位体积溶液中的离子总数越多,电导率越大)。
①图2中曲线1表示向Ba(OH)2溶液中滴加________;曲线2反应中的实验现象为____________________________;结合图3解释电导率Q点小于N点的原因___________________________________________________________________。
②该实验说明,不同的酸中,由于________不同,酸的性质也表现出差异。
3.(2024·威海中考)染织工业中的酸和碱
酸和碱都是重要的化工原料,可用于纺织、印染等。染织工业的基本流程为:碱煮→酸洗→漂白→染色→质检,其中蕴含了丰富的化学知识。
【碱煮原理】
“碱煮”可除去布料表面的油污,使布料表面变得更加光滑、有光泽。古人利用贝壳和草木灰为原料制备氢氧化钾溶液洗涤布料,其过程是:贝壳灼烧得到贝壳灰,加水混合制成石灰乳,再与草木灰水混合,过滤即得(贝壳的主要成分为碳酸钙,草木灰的主要成分是碳酸钾)。
(1)实践发现石灰乳和草木灰水都能用来洗涤布料,但将两者混合之后洗涤效果更好。为探究原因,进行如下实验:用pH计测草木灰水的pH为11.2,石灰乳的pH为12.1,两者混合后上层清液的pH为12.8。分析上述实验数据可知,混合后溶液碱性________(填“增强”或“减弱”),请用化学方程式解释原因_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)为保持较好的洗涤效果,制得的氢氧化钾溶液须密封保存。
①小明猜想氢氧化钾与氢氧化钠性质相似,也能和二氧化碳反应,他的依据是二者都含有________________(用符号表示)。
②为验证猜想,进行实验探究(见图):向A、B两个相同规格且充满CO2的瓶中分别注入等体积的氢氧化钾溶液和蒸馏水,充分反应后放在水平桌面上(U形管内为红墨水),观察到________现象,则猜想正确。
③欲探究实验后A瓶中溶液的溶质成分,请设计实验方案:_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)现代“碱煮”使用的物质是烧碱。工业上利用电解饱和食盐水的方法获得烧碱,制得的NaOH固体中常含有一定量的NaCl。要测定样品中NaOH的质量分数,请你设计实验方案(实验仪器、试剂自选):
实验方案 反应的化学方程式
【酸洗工艺】
碱煮之后的布料表面残留的碱液、铁锈斑会影响布料的手感和后续工艺,需要进行“酸洗”。
(4)写出用稀硫酸除去铁锈斑反应的化学方程式____________________________。
(5)用稀硫酸“酸洗”后的布料必须充分水洗至呈中性才能烘干,若用稀盐酸则无需水洗,其原因是___________________________________________________
_____________________________________________________________________。
【染色奥秘】
草木染是一种非遗染色技艺,是利用天然植物汁液给漂白后布料染色。经过植物汁液染色后的布料还可以借助不同的酸性、碱性溶液进行调色。
为探究调色原理,以紫薯汁为例,进行如下实验:
向紫薯汁中加入的溶液 白醋 盐酸 食盐水 草木灰水 石灰水
加入溶液后的颜色 红色 红色 紫色 绿色 绿色
(6)请分析酸性、碱性溶液能对染色后的布料进行调色的原理_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
素养立意:能从宏观、微观两个维度认识复分解反应,学会通过科学探究的方式研究物质的性质、应用,学会创造条件实现物质间的转化,建立科学的转化观,形成辩证唯物主义世界观。
项目2 海洋资源的综合利用背景下的“物质的性质与应用”问题
4.(2024·盐城中考)海洋蕴藏着丰富的资源,人类应合理开发利用。
Ⅰ.了解海水资源
(1)海水中含钠总量约4×1013 t,“钠”指的是________(填“元素”或“原子”)。
(2)海水中还含有KCl和MgSO4等物质,其在不同温度时的溶解度如表所示,如图是对应溶解度曲线。
温度 20 30 40 60 80 100
溶解度/g KCl 34.0 37.0 40.0 45.5 51.1 56.7
MgSO4 33.7 38.9 44.5 54.6 55.8 50.4
①如图中曲线________(填“甲”或“乙”)代表KCl的溶解度曲线。
②40 ℃时将50 g KCl固体加入100 g水中,________(填“能”或“不能”)得到150 g KCl溶液。
③t2 ℃时将等质量的甲、乙两物质的饱和溶液降温到t1 ℃,析出晶体质量相等。判断上述说法________(填“正确”或“错误”)。
④现有t3 ℃时100 g MgSO4饱和溶液,逐渐降温经t2 ℃直至t1 ℃,其溶质质量分数的变化趋势为______________。
5.(2024·泸州中考)化工生产进行综合开发具有更高的经济与社会效益,下面是一种海水资源综合开发的工艺流程示意图(过程②④⑤的部分产物省略)。回答相关问题:
(1)过程①“晒盐”增加冷凝回收装置,可获得________资源(填物质名称)。
(2)粗盐中含有MgCl2、Na2SO4等可溶性杂质,过程②系列除杂所用试剂有NaOH、Na2CO3、BaCl2的溶液,NaOH溶液可以除去________;用Na2CO3溶液与BaCl2溶液除杂时,应先加入的试剂是________。
(3)过程③④⑤对应的反应中,属于复分解反应的是________(填编号)。固体X的化学式为________。
(4)若过程⑥需要Cl2 14.2吨,则过程③理论上需要电解消耗氯化钠________吨。
(5)过程⑥反应产生的Y是一种常见的有毒气体,则该反应的化学方程式为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
素养立意:能从定性、定量两个角度把握溶液的概念特征和溶质质量分数的计算及溶液的配制问题,能以海洋资源综合利用的三个流程为载体,认识盐的性质及应用,能运用大概念理念对常见的生活现象、简单的跨学科问题进行探讨,能运用简单的技术与工程的方法初步解决与化学有关的实际问题。
项目3 复分解反应概念统领下的“物质的性质与应用”问题
6.化学兴趣小组测定某溶液可能含有Fe2+、Mg2+、Na+、Ba2+、Cl-、OH-、SO等离子中的若干种,则下列判断错误的是( )
A.溶液中最多能有5种离子
B.若溶液有颜色,则一定不含有OH-
C.若溶液pH>7,溶液中不含Ba2+
D.若溶液中同时含有OH-和SO,则溶液中的阳离子只能含有Na+
7.下图所示为甲、乙、丙、丁四种物质间的相互关系,涉及的反应均为初中化学常见反应(“—”表示相连的两种物质能反应,“→”表示通过一步反应能实现转化),下列选项符合图示关系的是( )
选项 甲 乙 丙 丁
A NaOH H2SO4 Zn CuSO4
B Ca(OH)2 HCl NaOH CaCO3
C Na2CO3 Ca(OH)2 H2SO4 BaCl2
D C O2 CO CuO
8.某同学设计如下实验,探究某些酸、碱、盐之间的复分解反应能否发生。
查阅资料:BaSO4是白色固体,难溶于水,也不与盐酸反应。
实验一:
(1)选取5种溶液,如图所示进行实验。
实验
现象及结论 试管A和B中无明显现象,不能确定反应是否发生 试管C中产生________(填实验现象),复分解反应已发生 试管D中有________产生,复分解反应已发生
请写出试管D中反应的化学方程式______________________________________
_____________________________________________________________________。
实验二:对试管A和B中是否发生反应再探究,如图所示进行实验。
实验
现象及结论 试管E中,滴加酚酞溶液后,溶液由无色变为红色;滴加一定量稀硫酸后,溶液由红色变为无色。复分解反应已发生 试管F中始终无明显现象,不能确定反应是否发生
(2)从微观粒子变化的角度分析试管E中反应的实质是_____________________________________________________________________。
实验三:
(3)对试管B中是否发生反应继续探究,如图所示进行实验。
实验
现象及结论 试管G中溶液变红 向试管H中滴加________(填“试剂X”的化学式)溶液后,有白色沉淀产生
NaCl溶液与稀硫酸不发生复分解反应
(4)滴加紫色石蕊溶液的目的是检验试管G的溶液中存在________(填微粒符号),向试管H中滴加试剂X的目的是证明溶液中有SO存在。
实验结论:酸、碱、盐之间在水溶液中发生的复分解反应实质是它们解离出的离子相互结合,生成沉淀、气体或水的过程。
判断复分解反应能否发生反应
(1)从反应条件的角度考虑
①酸、碱、盐间的反应情况,如“酸五条”“碱四条”“盐四条”;
②考虑生成物中要有气体或沉淀或水生成;
③从反应物角度考虑,当碱和盐、盐和盐反应时,要求两者都必须是可溶的才可能发生反应。
(2)从实验验证的角度可以从两个角度验证,即:验证反应物的减少或验证有新物质生成。
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主题串讲(7-9单元) 物质的性质及应用主题下的融合性考查
知识融合·搭项目
1.解析:(1)Fe2O3中铁元素显+3价,生成的Fe中铁元素显0价,化合价降低;CO中碳元素显+2价,生成的CO2中碳元素显+4价,化合价升高;氧元素均显-2价,化合价不变。
(2)铁具有导热性,可用铁锅做饭。
(3)不锈钢是铁铬合金,铬氧化后会生成一层致密的氧化物薄膜起保护作用,不锈钢的耐腐蚀性比纯金属强,是因为不锈钢是在铁中加入了铬,改变了物质的结构,化学性质发生改变;生活中,洗净铁锅后要及时擦干或涂上食用油,可以防止铁生锈;铁锈的主要成分是Fe2O3,Fe2O3与盐酸反应生成氯化铁和水,化学方程式为Fe2O3+6HCl===2FeCl3+3H2O。
(4)CO不纯时点燃易爆炸,先往设备中通入一段时间CO,是为了排尽设备内的空气,防止CO不纯爆炸;CO与海绵铁能反应,Fe(CO)5能转化为CO,则CO可循环利用。
答案:(1)Fe(或铁元素) (2)导热
(3)物质的结构不同 擦干(或涂油) Fe2O3+6HCl===2FeCl3+3H2O (4)排尽设备内空气,防止爆炸 CO
2.解析:(1)向稀盐酸和稀硫酸中分别滴加紫色石蕊试液,试液变红,说明两种酸溶液中均存在相同的阳离子——氢离子。
(2)将表面生锈的铁钉投入足量稀硫酸中,铁锈脱落、溶解,溶液变黄,是由于氧化铁与硫酸反应生成硫酸铁和水,该反应的化学方程式为Fe2O3+3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O;铁钉表面产生气泡是由于铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气;由图可知,铁与硫酸铁反应的微观实质是铁原子与铁离子反应生成亚铁离子,则参加反应的微粒是Fe和Fe3+。
(3)①由化学方程式H2SO4+Ba(OH)2===BaSO4↓+2H2O、2HCl+Ba(OH)2===BaCl2+2H2O可知,稀硫酸与氢氧化钡反应生成硫酸钡沉淀和水,当二者恰好完全反应时,溶液中基本不存在自由移动的阴、阳离子,此时电导率接近0;而稀盐酸与氢氧化钡反应生成氯化钡和水,反应过程无沉淀生成,当二者恰好完全反应时,溶液中离子浓度最小,但此时电导率不会为0,即滴加稀硫酸的溶液电导率的最小值小于滴加稀盐酸的溶液电导率的最小值,结合图2可知,图2中曲线1表示向Ba(OH)2溶液中滴加稀盐酸,曲线2表示向Ba(OH)2溶液中滴加稀硫酸;曲线2反应中的实验现象为产生白色沉淀;Q点电导率小于N点,即离子浓度较小。②该实验说明,不同的酸中,由于酸根阴离子不同,酸的性质也表现出差异。
答案:(1)H+ (2)Fe2O3+3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O H2 Fe、Fe3+ (3)①稀盐酸 产生白色沉淀 Q点离子浓度较小(答案合理即可) ②酸根阴离子
3.解析:(1)pH大于7,溶液呈碱性,pH越大碱性越强,草木灰水的pH为11.2,石灰乳的pH为12.1,两者混合后上层清液的pH为12.8,由此可知,混合后溶液碱性增强;石灰乳和草木灰水混合生成氢氧化钾和碳酸钙,反应的化学方程式为K2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2KOH。(2)①氢氧化钾与氢氧化钠性质相似是因为二者都含有OH-;②氢氧化钾与氢氧化钠性质相似,能与二氧化碳反应生成碳酸钾和水,A装置中压强减小,B装置压强变化不大,故观察到U形管中左侧液面高于右侧液面,证明猜想正确;③二氧化碳和氢氧化钾反应生成碳酸钾和水,碳酸钾能和氯化钙反应生成碳酸钙白色沉淀和氯化钾,因此实验方案是取少量待测液于试管,加入足量氯化钙溶液至不再产生白色沉淀,再向静置后的上述试管中,滴加少量酚酞溶液,如果溶液变红,则说明含有氢氧化钾,A中溶质是氢氧化钾和碳酸钾;如果溶液没有变红,则说明A中没有氢氧化钾,只有碳酸钾。(3)采用“沉淀法”对某NaOH样品的纯度进行测定。实验方案:取NaOH样品m g于烧杯中,加水充分溶解后,加入过量的MgCl2溶液,过滤,洗涤,干燥,称量得滤渣质量为n g,计算。氢氧化钠和氯化镁反应生成氢氧化镁沉淀和氯化钠,反应的化学方程式为2NaOH+MgCl2===Mg(OH)2↓+2NaCl(合理即可)。(4)稀硫酸除去铁锈斑的过程中,氧化铁和稀硫酸反应生成硫酸铁和水,反应的化学方程式为Fe2O3+3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O。(5)盐酸具有挥发性,剩余的盐酸烘干过程中氯化氢会挥发掉。(6)天然植物汁液遇到酸性、碱性溶液会显示不同的颜色,所以酸性、碱性溶液能对染色后的布料进行调色。
答案:(1)增强 K2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2KOH (2)①OH- ②U形管中左侧液面高于右侧液面 ③取少量待测液于试管,加入足量氯化钙溶液至不再产生白色沉淀(A中含有碳酸钾);再向静置后的上述试管中,滴加少量酚酞溶液,如果溶液变红,则说明含有氢氧化钾,A中溶质是氢氧化钾和碳酸钾;如果溶液没有变红,则说明A中没有氢氧化钾,只有碳酸钾(合理即可)
(3)取NaOH样品m g于烧杯中,加水充分溶解后,加入过量的MgCl2溶液,过滤,洗涤,干燥,称量得滤渣质量为n g,计算 2NaOH+MgCl2===Mg(OH)2↓+2NaCl(合理即可)
(4)Fe2O3+3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O
(5)剩余的盐酸烘干过程中氯化氢会挥发掉
(6)天然植物汁液遇到酸性、碱性溶液会显示不同的颜色
4.解析:(1)这里的“钠”不是以分子、原子、单质的形式存在,而是强调存在的元素,与具体形态无关。(2)①由表中数据可知,氯化钾的溶解度随温度的升高而增加,硫酸镁的溶解度随温度的升高先增加后减小,曲线甲代表氯化钾的溶解度曲线;②40 ℃时,氯化钾的溶解度为40.0 g,该温度下,将50 g氯化钾加入100 g水中,只能溶解40 g,不能得到150 g氯化钾溶液;③由图可知,t2 ℃时,甲、乙的溶解度相等,则该温度下,甲、乙饱和溶液的溶质质量分数相等,等质量的甲、乙饱和溶液中溶质质量和溶剂质量均相等,降温至t1 ℃,甲、乙的溶解度均减小,均有溶质析出,溶剂质量不变,t1 ℃时,甲、乙的溶解度相等,则等质量的溶剂中溶解的溶质质量相等,则t2 ℃时,将等质量的甲、乙两物质的饱和溶液降温到 t1 ℃,析出晶体的质量相等,正确;④将t3 ℃时,100 g硫酸镁饱和溶液降温至t2 ℃,降温后,硫酸镁的溶解度增加,变为不饱和溶液,溶质质量和溶剂质量均不变,溶质质量分数不变,后降温至t1 ℃,降温后,硫酸镁的溶解度减小,有溶质析出,溶质质量分数减小,故溶质质量分数先不变后减小。
答案:(1)元素 (2)①甲 ②不能 ③正确 ④先不变后减小
5.解析:(1)过程①“晒盐”增加冷凝回收装置,得到蒸馏水,可获得淡水资源。(2)NaOH溶液与氯化镁溶液反应生成氢氧化镁沉淀和氯化钠,过量NaOH溶液可以除去氯化镁,反应后有氢氧化钠剩余;用Na2CO3溶液与BaCl2溶液除杂时,应先加入的试剂是氯化钡溶液,加入过量氯化钡溶液与硫酸钠溶液反应生成碳酸钡沉淀和氯化钠,剩余过量的氯化钡溶液再与碳酸钠溶液反应生成碳酸钡沉淀和氯化钠,过滤,此时溶质为碳酸钠、氯化钠、氢氧化钠,加入适量的稀盐酸使碳酸钠、氢氧化钠转化成氯化钠,蒸发结晶得到氯化钠。(3)过程③电解熔融氯化钠得到钠和氯气,一种物质参与反应生成多种物质的反应叫作分解反应;过程④氢氧化钙与氯化镁溶液反应生成氢氧化镁和氯化钙,两种化合物彼此交换成分生成另外两种化合物的反应叫作复分解反应;过程⑤氢氧化镁固体在高温下生成氧化镁和水,该反应属于分解反应,过程③④⑤对应的反应中,属于复分解反应的是④。固体X是Mg(OH)2。(4)过程⑥需要Cl214.2吨,设过程③理论上需要电解消耗氯化钠的质量为x,
2NaClCl2↑+2Na
117 71
x 14.2 t
=
x=23.4 t
答:过程③理论上需要电解消耗氯化钠23.4 t。(5)过程⑥碳、氯气和氧化镁在高温条件下反应生成氯化镁和气体Y,依据质量守恒定律和Y是一种常见的有毒气体可知,Y是一氧化碳,该反应化学方程式为C+Cl2+MgOMgCl2+CO。
答案:(1)淡水 (2)氯化镁(或MgCl2) 氯化钡(或BaCl2)
(3)④ Mg(OH)2 (4)23.4 (5)C+Cl2+MgOMgCl2+CO
6.C [由于镁离子和氢氧根离子会结合为氢氧化镁沉淀,亚铁离子和氢氧根离子会结合为氢氧化亚铁沉淀,硫酸根离子和钡离子会结合为硫酸钡沉淀,则溶液中离子最多能有 5种,为亚铁离子、镁离子、钠离子、氯离子、钡离子(或硫酸根离子),A正确;若溶液有颜色,则溶液中含有亚铁离子,亚铁离子和氢氧根离子不能共存,则一定不含氢氧根离子,B正确;若溶液pH>7,则说明含有氢氧根离子,氢氧根离子和钡离子能共存,则溶液中可能含有钡离子,C不正确;若溶液中同时含有氢氧根离子和硫酸根离子,则溶液中不含亚铁离子、镁离子和钡离子,则溶液中的阳离子只能含有钠离子,D正确。]
7.D [氢氧化钠无法一步转化为锌,A错误;碳酸钙和氢氧化钙、氢氧化钠均不反应,B错误;碳酸钠无法一步转化为硫酸,C错误;碳和不充足氧气反应生成一氧化碳,碳能转化为一氧化碳,氧气和一氧化碳反应生成二氧化碳,一氧化碳和氧化铜反应生成二氧化碳和铜,氧化铜和碳反应生成铜和二氧化碳,D正确。]
8.解析:(1)实验一,试管C中碳酸钠和稀硫酸反应生成硫酸钠、二氧化碳和水,现象是有气泡产生,试管D中氯化钡和稀硫酸反应生成硫酸钡沉淀和氯化氢,现象是有白色沉淀生成,化学方程式为BaCl2+H2SO4===BaSO4↓+2HCl。
(2)实验二,试管E中硫酸和氢氧化钠反应生成硫酸钠和水,从微观粒子变化的角度分析,试管E中反应的实质是氢离子和氢氧根离子生成了水。
(3)实验三,试管H中钡离子和硫酸根离子反应生成硫酸钡白色沉淀,故向试管H中滴加BaCl2或Ba(NO3)2溶液,有白色沉淀产生,说明溶液中含有硫酸根离子。
(4)加入紫色石蕊溶液,试管G中溶液变红,说明G中有氢离子。
答案:(1)气泡 白色沉淀 BaCl2+H2SO4===BaSO4↓+2HCl
(2)氢离子和氢氧根离子反应生成水
(3)BaCl2[或Ba(NO3)2]
(4)H+
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