天津高考化学化学反应速率与化学平衡综合题汇编.docx
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天津高考化学化学反应速率与化学平衡综合题汇编
2020-2021天津高考化学化学反应速率与化学平衡综合题汇编
一、化学反应速率与化学平衡
1.研究+6价铬盐不同条件下微粒存在形式及氧化性,某小组同学进行如下实验:
已知:
Cr2O72-(橙色)+H2O
2CrO42-(黄色)+2H+△H=+13.8kJ/mol,+6价铬盐在一定条件下可被还原为Cr3+,Cr3+在水溶液中为绿色。
(1)试管c和b对比,推测试管c的现象是_____________________。
(2)试管a和b对比,a中溶液橙色加深。
甲认为温度也会影响平衡的移动,橙色加深不一定是c(H+)增大影响的结果;乙认为橙色加深一定是c(H+)增大对平衡的影响。
你认为是否需要再设计实验证明?
__________(“是”或“否”),理由是____________________________________________________。
(3)对比试管a、b、c的实验现象,可知pH增大
_____(选填“增大”,“减小”,“不变”);
(4)分析如图试管c继续滴加KI溶液、过量稀H2SO4的实验现象,说明+6价铬盐氧化性强弱为Cr2O72-__________CrO42-(填“大于”,“小于”,“不确定”);写出此过程中氧化还原反应的离子方程式_________。
(5)小组同学用电解法处理含Cr2O72-废水,探究不同因素对含Cr2O72-废水处理的影响,结果如表所示(Cr2O72-的起始浓度,体积、电压、电解时间均相同)。
实验
ⅰ
ⅱ
ⅲ
ⅳ
是否加入Fe2(SO4)3
否
否
加入5g
否
是否加入H2SO4
否
加入1mL
加入1mL
加入1mL
电极材料
阴、阳极均为石墨
阴、阳极均为石墨
阴、阳极均为石墨
阴极为石墨,阳极为铁
Cr2O72-的去除率/%
0.922
12.7
20.8
57.3
①实验ⅱ中Cr2O72-放电的电极反应式是________________。
②实验ⅲ中Fe3+去除Cr2O72-的机理如图所示,结合此机理,解释实验iv中Cr2O72-去除率提高较多的原因_______________。
【答案】溶液变黄色否Cr2O72-(橙色)+H2O
CrO42-(黄色)+2H+正向是吸热反应,若因浓H2SO4溶于水而温度升高,平衡正向移动,溶液变为黄色。
而实际的实验现象是溶液橙色加深,说明橙色加深就是增大c(H+)平衡逆向移动的结果减小大于Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2OCr2O72-+6e-+14H+=2Cr3++7H2O阳极Fe失电子生成Fe2+,Fe2+与Cr2O72-在酸性条件下反应生成Fe3+,Fe3+在阴极得电子生成Fe2+,继续还原Cr2O72-,Fe2+循环利用提高了Cr2O72-的去除率
【解析】
【分析】
根据平衡移动原理分析对比实验;注意从图中找出关键信息。
【详解】
(1)由Cr2O72-(橙色)+H2O
2CrO42-(黄色)+2H+及平衡移动原理可知,向重铬酸钾溶液中加入氢氧化钠溶液后,可以减小溶液中的氢离子浓度,使上述平衡向正反应方向移动,因此,试管c和b(只加水,对比加水稀释引起的颜色变化)对比,试管c的现象是:
溶液变为黄色。
(2)试管a和b对比,a中溶液橙色加深。
甲认为温度也会影响平衡的移动,橙色加深不一定是c(H+)增大影响的结果;乙认为橙色加深一定是c(H+)增大对平衡的影响。
我认为不需要再设计实验证明,故填否。
理由是:
Cr2O72-(橙色)+H2O
CrO42-(黄色)+2H+正向是吸热反应,浓H2SO4溶于水会放出大量的热量而使溶液的温度升高,上述平衡将正向移动,溶液会变为黄色。
但是,实际的实验现象是溶液的橙色加深,说明上述平衡是向逆反应方向移动的,橙色加深只能是因为增大了c(H+)的结果。
(3)对比试管a、b、c的实验现象,可知随着溶液的pH增大,上述平衡向正反应方向移动,
减小,而
增大,故
减小。
(4)向试管c继续滴加KI溶液,溶液的颜色没有明显变化,但是,加入过量稀H2SO4后,溶液变为墨绿色,增大氢离子浓度,上述平衡向逆反应方向移动,CrO42-转化为Cr2O72-,Cr2O72-可以在酸性条件下将I-氧化,而在碱性条件下,CrO42-不能将I-氧化,说明+6价铬盐氧化性强弱为:
Cr2O72-大于CrO42-;此过程中发生的氧化还原反应的离子方程式是Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O。
(5)①实验ⅱ中,Cr2O72-在阴极上放电被还原为Cr3+,硫酸提供了酸性环境,其电极反应式是Cr2O72-+6e-+14H+=2Cr3++7H2O。
②由实验ⅲ中Fe3+去除Cr2O72-的机理示意图可知,加入Fe2(SO4)3溶于水电离出Fe3+,在直流电的作用下,阳离子向阴极定向移动,故Fe3+更易在阴极上得到电子被还原为Fe2+,Fe2+在酸性条件下把Cr2O72-还原为Cr3+。
如此循环往复,Fe3+在阴极得电子生成Fe2+,继续还原Cr2O72-,Fe2+循环利用提高了Cr2O72-的去除率。
由此可知,实验iv中Cr2O72-去除率提高较多的原因是:
阳极Fe失电子生成Fe2+,Fe2+与Cr2O72-在酸性条件下反应生成Fe3+,Fe3+在阴极得电子生成Fe2+,继续还原Cr2O72-,故在阴阳两极附近均在大量的Fe2+,Fe2+循环利用提高了Cr2O72-的去除率。
【点睛】
本题中有很多解题的关键信息是以图片给出的,要求我们要有较强的读图能力,能从图中找出解题所需要的关键信息,并加以适当处理,结合所学的知识解决新问题。
2.某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素,将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞(如图1)。
从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液,同时测量容器中的压强变化。
(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格):
编号
实验目的
碳粉/g
铁粉/g
醋酸/%
①
为以下实验作参照
0.5
2.0
90.0
②
醋酸浓度的影响
0.5
__
36.0
③
__
0.2
2.0
90.0
(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。
t2时,容器中压强明显小于起始压强,其原因是铁发生了_____________腐蚀,请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向;此时,碳粉表面发生了__(“氧化”或“还原”)反应,其电极反应式是___________________________________。
(3)该小组对图2中0~t1时压强变大的原因提出了如下假设,请你完成假设二:
假设一:
发生析氢腐蚀产生了气体;
假设二:
______________________________;
……
(4)为验证假设一,某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。
请你再设计一个实验方案验证假设一,写出实验步骤和结论。
实验步骤和结论(不要求写具体操作过程):
__________
【答案】2.0碳粉含量的影响吸氧还原反应2H2O+O2+4e-=4OH-(或4H++O2+4e-=2H2O)反应放热,温度升高,体积膨胀实验步骤和结论(不要求写具体操作过程)
①药品用量和操作同编号①实验(多孔橡皮塞增加进、出导管)
②通入氩气排净瓶内空气;
③滴入醋酸溶液,同时测量瓶内压强变化(也可测温度变化,检验Fe2+等)。
如果瓶内压强增大,假设一成立。
否则假设一不成立。
(本题属于开放性试题,合理答案均给分)
【解析】
【详解】
(1)探究影响化学反应速率,每次只能改变一个变量,故有②中铁的量不变,为2.0g;
③中改变了碳粉的质量,故为探究碳粉的量对速率的影响。
(2)t2时,容器中压强明显小于起始压强,说明锥形瓶中气体体积减小,说明发生了吸氧腐蚀,碳为正极,铁为负极,碳电极氧气得到电子发生还原反应,电极反应式为:
O2+2H2O+4e-=4OH-,故答案为:
还原;O2+2H2O+4e-=4OH-;
(3)图2中0-t1时压强变大的原因可能为:
铁发生了析氢腐蚀、铁与醋酸的反应为放热反应,温度升高时锥形瓶中压强增大,所以假设二为:
反应放热使锥形瓶内温度升高,故答案为:
反应放热使锥形瓶内温度升高;
(4)基于假设一,可知,产生氢气,发送那些变化,从变化入手考虑
实验步骤和结论(不要求写具体操作过程)
①药品用量和操作同编号①实验(多孔橡皮塞增加进、出导管)
②通入氩气排净瓶内空气;
③滴入醋酸溶液,同时测量瓶内压强变化(也可测温度变化,检验Fe2+等)。
如果瓶内压强增大,假设一成立。
否则假设一不成立。
(本题属于开放性试题,合理答案均给分)。
3.某化学兴趣小组探究氯与水反应的热效应及所得溶液氯元素含量,查阅大量资料并做下列实验探究验证
实验Ⅰ:
在通风橱内向装有80mL蒸馏水的锥形瓶
瓶口塞上棉花团
中鼓入氯气,至溶液中pH没有明显变化停止通入氯气,使用数据采集器,测定在此过程中溶液的温度及pH变化,具体数据如图所示:
实验Ⅱ:
对20mL饱和氯水加热,测出c(Cl—)、pH及温度变化如图2所示。
实验Ⅲ:
采用莫尔法测定氯水中氯元素的含量。
此法是以
为指示剂,用
标准溶液进行滴定。
其实验步骤如下:
①准确移取25.00ml氯水试样3份,分别置于锥形瓶中,再分别加入25.00ml水;
②向试样中加入足量的
溶液;
③除去过量的
,冷却;
④调整溶液的pH,再加入
溶液,在不断摇动下用
标准溶液滴定至溶液呈砖红色
砖红色
]
⑤重复上述实验,测得消耗
标准溶液体积的平均值为vmL
回答下列问题:
(1)氯气在295K、100Kpa时,在1L水中可溶解0.09mol,实验测得溶于水的Cl2约有三分之一与水反应。
该反应的离子方程式为______;估算该离子反应的平衡常数______
(2)根据实验Ⅰ测定结果判断氯气与水的反应是______
填“吸热反应”或“放热反应”
理由是______
(2)分析实验Ⅱ图,小组同学推测产生该结果的原因可能是多种反应造成的,下列叙述合理的是______
A.升温,氯气挥发导致c(Cl—)减小
B.对于
和
的反应,升温平衡逆向移动,c(Cl—)减小,pH减小
C.升温,促进次氯酸分解2HClO
2HCl+O2↑
D.升温,可能发生3HClO
2HCl+HClO3(强酸),使得pH减小
(4)实验Ⅲ步骤3中加足量的
溶液,目的是______
(5)用
标准溶液滴定氯离子达到化学计量点时,
,若此时要求不生成
沉淀,则
最大不能超过______
已知:
,
(6)计算实验Ⅲ氯水中氯元素的含量,列出算式:
______
【答案】
放热反应随氯气通入,溶液温度升高ACD足量的过氧化氢可将氯气完全还原为氯离子
【解析】
【分析】
【详解】
(1)氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,反应的离子方程式为:
,在1L水中可溶解
氯气,氯气浓度近似为
,则可建立如下三段式:
则平衡常数
,故答案为:
;
;
(2)由图可知,随氯气通入,发生反应使溶液温度升高,则正反应为放热反应,故答案为:
放热;随氯气通入,溶液温度升高;
(3)A.升高温度、气体的溶解度减小,则导致
减小,故A正确;
B.为放热反应,升高温度平衡逆向移动,
减小,而pH增大,故B错误;
C.HClO不稳定,受热易分解,升温,促进次氯酸分解,故C正确;
D.升温,可能发生
强酸
,酸性增强,则pH减小,故D正确;故答案为:
ACD;
(4)实验Ⅲ步骤3中加足量的
溶液,目的是足量的过氧化氢可将氯气完全还原为氯离子,故答案为:
足量的过氧化氢可将氯气完全还原为氯离子;
(5)用
标准溶液滴定氯离子达到化学计量点时,
,不生成
沉淀,则
,故答案为:
;
(6)由
可知,实验Ⅲ氯水中氯元素的含量为
,故答案为:
。
4.甲、乙两个实验小组利用KMnO4酸性溶液与H2C2O4溶液反应研究影响反应速率的因素。
设计实验方案如下(实验中所用KMnO4溶液均已加入H2SO4):
甲组:
通过测定单位时间内生成CO2气体体积的大小来比较化学反应速率的大小。
某同学进行实验,其中A、B的成分见表:
序号
A溶液
B溶液
①
2mL0.2mol/LH2C2O4溶液
4mL0.01mol/LKMnO4溶液
②
2mL0.1mol/LH2C2O4溶液
4mL0.01mol/LKMnO4溶液
③
2mL0.2mol/LH2C2O4溶液
4mL0.01mol/LKMnO4溶液和少量MnSO4
(1)该反应的离子方程式为____;
乙组:
通过测定KMnO4溶液褪色所需时间的多少来比较化学反应速率。
为了探究KMnO4与H2C2O4浓度对反应速率的影响,某同学在室温下完成以下实验
实验编号
1
2
3
4
水/mL
10
5
0
X
0.5mol/LH2C2O4/mL
5
10
10
5
0.2mol/LKMnO4/mL
5
5
10
10
时间/s
40
20
10
___
(2)X=___,4号实验中始终没有观察到溶液褪色,你认为可能的原因是____。
(3)在实验中发现高锰酸钾酸性溶液和草酸溶液反应时,开始一段时间反应速率较慢,溶液褪色不明显;但不久突然褪色,反应速率明显加快。
某同学认为是放热导致溶液温度升高所致,重做3号实验,测定过程中溶液不同时间的温度,结果如表:
时间/S
0
5
10
15
20
25
30
温度/℃
25
26
26
26
26.5
27
27
结合实验目的与表中数据,你得出的结论是____。
(4)从影响化学反应速率的因素看,你的猜想还可能是____的影响。
若用实验证明你的猜想,除了酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液外,还需要选择的试剂最合理的是___。
a.硫酸钾b.水c.氯化锰d.硫酸锰
【答案】5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O5H2C2O4的量太少,KMnO4过量反应速率加快不是温度的影响催化剂d
【解析】
【详解】
(1)KMnO4酸性溶液与H2C2O4溶液反应生成二氧化碳、硫酸锰和水,该反应的离子方程式为:
5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O;
(2)为了探究KMnO4与H2C2O4浓度对反应速率的影响,实验1-4中溶液的总体积应该为20,则X=20-10-5=5;环境表中数据可知H2C2O4的量太少,KMnO4过量,所以4号实验中始终没有观察到溶液褪色;
(3)根据表中数据知,20s时温度不最高,但20s前突然褪色,说明温度不是反应速率突然加快的原因;
(4)KMnO4与H2C2O4反应生成硫酸锰,锰离子有催化作用,所以猜想还可能是催化剂的作用,要想验证锰离子的催化作用,在做对比实验时同时加入硫酸锰观察反应速率是否变化即可,答案选d。
【点睛】
锰离子对于高锰酸钾和草酸的反应具有催化作用,在人教版选修四提到过,应该熟记以便于以后的应用。
5.硫代硫酸钠(Na2S2O3)是重要的化工原料,易溶于水,在中性或碱性环境中稳定,在酸性溶液中分解产生S、SO2。
Ⅰ.Na2S2O3的制备。
工业上可用反应:
2Na2S+Na2CO3+4SO2=3Na2S2O3+CO2制得,实验室模拟该工业过程的装置如图所示。
(1)b中反应的离子方程式为________,c中试剂为_________。
(2)反应开始后,c中先有浑浊产生,后又变澄清。
此浑浊物是_______。
(3)实验中要控制SO2生成速率,可以采取的措施有___________(写出两条)。
(4)为了保证硫代硫酸钠的产量,实验中通入的SO2,不能过量,原因是_______。
(5)制备得到的Na2S2O3中可能含有Na2SO3、Na2SO4等杂质。
设计实验,检测产品中是否存在Na2SO4:
___________________________________。
Ⅱ.探究Na2S2O3与金属阳离子的氧化还原反应。
资料:
ⅰ.Fe3++3S2O32-
Fe(S2O3)33-(紫黑色)
ⅱ.Ag2S2O3为白色沉淀,Ag2S2O3可溶于过量的S2O32-
装置
编号
试剂X
实验现象
①
Fe(NO3)3溶液
混合后溶液先变成紫黑色,30s后溶液几乎变为无色
②
AgNO3溶液
先生成白色絮状沉淀,振荡后,沉淀溶解,得到无色溶液
(6)根据实验①的现象,初步判断最终Fe3+被S2O32-还原为Fe2+,通过____(填操作、试剂和现象),进一步证实生成了Fe2+。
从化学反应速率和平衡的角度解释实验Ⅰ的现象:
____。
(7)同浓度氧化性:
Ag+>Fe3+。
实验②中Ag+未发生氧化还原反应的原因是____。
(8)进一步探究Ag+和S2O32-反应。
装置
编号
试剂X
实验现象
③
AgNO3溶液
先生成白色絮状沉淀,沉淀很快变为黄色、棕色,最后为黑色沉淀。
实验③中白色絮状沉淀最后变为黑色沉淀(Ag2S)的化学方程式如下,填入合适的物质和系数:
Ag2S2O3+_____=Ag2S+_____
(9)根据以上实验,Na2S2O3与金属阳离子发生氧化还原反应和____有关(写出两条)。
【答案】SO32-+2H+=H2O+SO2↑;或HSO3-+H+=SO2↑+H2O硫化钠和碳酸钠的混合溶液硫控制反应温度、调节酸的滴加速度(或调节酸的浓度等)若SO2过量,溶液显酸性,产物分解取少量产品溶于足量稀盐酸,静置,取上层溶液(或过滤,取滤液),滴加BaCl2溶液,若出现沉淀则说明含有Na2SO4杂质加入铁氰化钾溶液,产生蓝色沉淀生成紫色配合物的反应速率快,氧化还原反应速率慢;Fe3+与S2O32−氧化还原反应的程度大,Fe3++3S2O32-
Fe(S2O3)33-(紫黑色)平衡逆移,最终溶液几乎无色Ag+与S2O32−生成稳定的配合物,浓度降低,Ag+的氧化性和S2O32−的还原性减弱H2OH2SO4阳离子、用量等
【解析】
【分析】
Ⅰ.第一个装置为二氧化硫的制取装置,制取二氧化硫的原料为:
亚硫酸钠和70%的浓硫酸;c装置为Na2S2O3的生成装置;d装置为尾气吸收装置,吸收二氧化硫和硫化氢等酸性气体,结合问题分析解答;
Ⅱ.(6)利用铁氰化钾溶液检验反应后的溶液中含有Fe2+;根据外界条件对反应速率和平衡的影响分析解答;
(7)实验②滴加AgNO3溶液,先生成白色絮状沉淀,振荡后,沉淀溶解,得到无色溶液,说明溶液中Ag+较低,减少了发生氧化还原反应的可能;
(8)Ag2S2O3中S元素化合价为+2价,生成的Ag2S中S元素化合价为-2价,是还原产物,则未知产物应是氧化产物,结合电子守恒、原子守恒分析即可;
(9)结合实验①、②、③从阳离子的氧化性、离子浓度等方面分析。
【详解】
Ⅰ.
(1)第一个装置为二氧化硫的制取装置,制取二氧化硫的原料为:
亚硫酸钠和70%的浓硫酸,反应的离子方程式为:
SO32-+2H+=SO2↑+H2O,c装置为Na2S2O3的生成装置,根据反应原理可知c中的试剂为:
硫化钠和碳酸钠的混合溶液;
(2)反应开始时发生的反应为:
Na2S+SO2+H2O=H2S+Na2SO3,SO2+2H2S=3S↓+2H2O,故该浑浊物是S;
(3)通过控制反应的温度或硫酸的滴加速度可以控制SO2生成速率;
(4)硫代硫酸钠遇酸易分解,若通入的SO2过量,则溶液显酸性,硫代硫酸钠会分解;
(5)检测产品中是否存在Na2SO4的方法是取少量产品溶于足量稀盐酸,静置,取上层溶液(或过滤,取滤液),滴加BaCl2溶液,若出现沉淀则说明含有Na2SO4杂质。
Ⅱ.(6)实验①的现象是混合后溶液先变成紫黑色,30s后溶液几乎变为无色,取反应后的混合液并加入铁氰化钾溶液,产生蓝色沉淀,则有Fe2+生成,可判断为Fe3+被S2O32-还原为Fe2+;混合后溶液先变成紫黑色,30s后溶液几乎变为无色,说明Fe3++3S2O32-
Fe(S2O3)33-反应速率较Fe3+和S2O32-之间的氧化还原反应,且促进平衡逆向移动;先变成紫黑色后变无色,说明生成紫色配合物的反应速率快,氧化还原反应速率慢;另外Fe3+与S2O32−氧化还原反应的程度大,导致Fe3++3S2O32-
Fe(S2O3)33-(紫黑色)平衡逆移,最终溶液几乎无色;
(7)同浓度氧化性:
Ag+>Fe3+,但实验②未发生Ag+与S2O32-之间的氧化还原反应,结合实验现象先生成白色絮状沉淀,振荡后,沉淀溶解,得到无色溶液,说明Ag+与S2O32−生成稳定的配合物,浓度降低,Ag+的氧化性和S2O32−的还原性减弱;
(8)Ag2S2O3中S元素化合价为+2价,生成的Ag2S中S元素化合价为-2价,是还原产物,则未知产物应是氧化产物,如果产物是H2SO3,能被Ag+继续氧化,则氧化产物应为H2SO4,结合原子守恒可知,另一种反应物应为H2O,发生反应的化学方程式为Ag2S2O3+H2O=Ag2S+H2SO4;
(9)结合实验①、②、③可知,Na2S2O3与金属阳离子发生氧化还原反应和金属阳离子的氧化性强弱、离子浓度大小、反应物的用量等有关。
6.某化学小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响,进行了如下实验:
【实验原理】2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO
4=K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
【实验内容及记录】
实验编号
实验温度
试管中所加试剂及其用量/mL
溶液褪至无色所需时间/min
0.6mol/LH2C2O4溶液
H2O
3mol/L稀H2SO4溶液
0.
05mol/LKMnO4溶液
①
25
3.0
V1
2.0
3.0
1.5
②
25
2.0
3.0
2.0
3.0
2.7
③
50
2.0
V2
2.0
3.0
1.0
(1)请完成此实验设计,其中:
V1=,V2=。
(2)实验①、②探究的是对化学反应速率的影响,根据上
表中的实验数据,可以得到的结论是_________________________________________________________。
(3)探究温度对化学反应速率的影响,应选择________________(填实验编号)。
(4)利用实验1中的数据,计算用KMnO4表示的化学反应速率为____________________。
(5)该小组同学根据经验绘制了n(Mn2+)随时间变化的趋势如图1所示,但有同学查阅已有的实验资料发现,该实验过程中n(Mn2+)
随时间变化的实际趋势如图2所示。
该小组同学根据图2所示信息提出了新的假设,并设计以下实验方案继续进行实验探究。
实验编号
实验温度/℃
试管中所加试剂及其用量
再向试管中加入某种固体
溶液褪至无色所需时间/min
0.6mol/LH2C
2O4溶液
H2O
3mol/L稀H2SO4溶液
0.05mol/LKMnO4溶液
④
25
2.0
3.0
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