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文檔簡介
2019/6/29,第1頁,第八章 沉淀溶解平衡與沉淀測(cè)定法 主要內(nèi)容 一、沉淀溶解平衡 二、沉淀生成與溶解 三、沉淀滴定分析 銀量法(莫爾法、佛爾哈德法、法揚(yáng)斯法) 沉淀反應(yīng)在分析化學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用,經(jīng)常利用沉淀反應(yīng)進(jìn)行物質(zhì)的鑒定、測(cè)定、制備、分離(掩蔽)、提純等。,2019/6/29,第2頁,8-1 難溶電解質(zhì)的溶解平衡 一、沉淀溶解平衡與溶度積常數(shù) 事實(shí)證明,任何難溶電解質(zhì)在水中都會(huì)發(fā)生溶解和沉淀兩個(gè)過程。 例如:,2019/6/29,第3頁,溶解:將AgCl固體放入水中,固體表面的Ag+和Cl- 在極性水分子作用下,不斷溶入水中形成水 合離子,這個(gè)過程稱為AgCl的溶解。 沉淀:已溶于水中的Ag+和Cl-在不斷地相互撞擊 中,又結(jié)合于固體的表面形成沉淀,這個(gè)過 程稱為AgCl的沉淀。 沉淀-溶解平衡: 在一定條件下,當(dāng)溶解和沉淀的速率相等時(shí),即達(dá)到了平衡狀態(tài),這種平衡稱沉淀-溶解平衡。,2019/6/29,第4頁,稱為難溶電解質(zhì)的沉淀-溶解平衡常數(shù),又稱為溶度積常數(shù),簡稱溶度積。,例:,2019/6/29,第5頁,溶度積常數(shù)的特點(diǎn): 1) 由難溶電解質(zhì)的本性決定,不同的難溶電解質(zhì)溶度積常數(shù)不同。 298K下的溶度積常數(shù)見P492附錄三。 2) 的大小與溶解度有關(guān)。即它可反映難溶電解質(zhì)的溶解程度( 大,溶解趨勢(shì)大)及生成沉淀的難易( 越小,越易生成沉淀)。 (對(duì)同一類型而言) 3) 的值與離子濃度無關(guān)。改變離子濃度只會(huì)使沉淀-溶解平衡移動(dòng)而溶度積常數(shù)不變。 4) 是溫度的函數(shù)。一般T升高,溶度積常數(shù)升高,但變化不大,常用298K時(shí)的溶度積常數(shù)。,2019/6/29,第6頁,二、溶度積與溶解度 溶解度 溶解度:在一定溫度下,1L難溶電解質(zhì)的飽和溶液 中難溶電解質(zhì)溶解的物質(zhì)的量。用S表示, 單位為:molL-1。 溶解度與難溶電解質(zhì)的本性和溫度有關(guān),還與其離子濃度有關(guān)。 溶度積與溶解度的關(guān)系 AB型(1:1型)(如AgCl、AgBr、BaSO4等) AB = A+ + B- s s,2019/6/29,第7頁, AB2或A2B型(1:2或2:1型)(如Mg(OH)2、Ag2CrO4等) AB2 = A+ + 2B- s 2s AB3或A3B型(1:3或3:1型)(如Al(OH)3) AB3 = A+ + 3B- s 3s,2019/6/29,第8頁,溶度積與溶解度兩者之間既有聯(lián)系也有差別 溶解度S和溶度積 都可以表示難溶電解質(zhì)的溶解的難易,但溶度積反映的是難溶電解質(zhì)的熱力學(xué)本質(zhì)溶解作用進(jìn)行的傾向,只與溫度有關(guān)。S是濃度的一種形式。 不受離子濃度的影響而溶解度則不同。 關(guān)于溶度積與溶解度的關(guān)系,不能籠統(tǒng)地說溶解度大,溶度積就一定大。只有對(duì)同一類型的難溶電解質(zhì),才可以通過溶度積來比較它們?nèi)芙舛鹊拇笮?,溶解度則比較直觀。,2019/6/29,第9頁,2019/6/29,第10頁,利用熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算 可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得,一般先測(cè)定難溶電解質(zhì)的溶解度再計(jì)算溶度積。但有些難溶電解質(zhì)溶解度太小,很難通過實(shí)驗(yàn)方法求出溶度積,如 這些沉淀的 可借助熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算。 (溶度積)是一種化學(xué)平衡常數(shù),所以我們可以根據(jù)第三章化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變 計(jì)算 。,2019/6/29,第11頁, 影響沉淀溶解度的因素 同離子效應(yīng)使難溶電解質(zhì)溶解度降低 同離子效應(yīng): 在難溶電解質(zhì)的飽和溶液中,加入與難溶電解質(zhì)具有相同離子的易溶強(qiáng)電解質(zhì)時(shí),會(huì)使難溶電解質(zhì)的溶解度降低,這種作用稱為。,2019/6/29,第12頁,例2: 解:,2019/6/29,第13頁, 鹽效應(yīng)使難溶電解質(zhì)溶解度增大 鹽效應(yīng):因加入與難溶電解質(zhì)具有不同離子的易溶 強(qiáng)電解質(zhì),而使難溶電解質(zhì)溶解度增大的 效應(yīng)稱鹽效應(yīng)。,2019/6/29,第14頁, 酸效應(yīng)使難溶電解質(zhì)溶解度增大 酸效應(yīng):溶液的酸度對(duì)沉淀溶解度的影響稱酸效應(yīng) 配位效應(yīng)使難溶電解質(zhì)溶解度增大 配位效應(yīng):若溶液中存在能與構(gòu)晶離子形成可溶性配合物的配位劑時(shí),配位劑能促使沉淀平衡向溶解的方向移動(dòng),使沉淀的溶解度增加,甚至完全溶解,此現(xiàn)象稱配位效應(yīng)。,2019/6/29,第15頁,三、溶度積規(guī)則 離子積(Q): 在某難溶電解質(zhì)溶液中,其離子濃度以化學(xué)計(jì)量系數(shù)為指數(shù)的冪的乘積稱為離子積。 例如:Mg(OH)2溶液 溶度積 和離子積 Q 的表達(dá)式相同,但概念不同。 :表示沉淀溶解平衡時(shí),飽和溶液離子濃度的乘積。溫度一定 為定值。 Q :表示任意狀態(tài)下離子濃度的乘積,數(shù)值不定。 是離子積的一個(gè)特例。,2019/6/29,第16頁, 溶度積規(guī)則 根據(jù)溶度積規(guī)則可以控制離子的濃度, 使沉淀生成或使沉淀溶解。,2019/6/29,第17頁,8-2 沉淀的生成與溶解 一、沉淀的生成 根據(jù)溶度積規(guī)則,要使溶液中有沉淀生成其條件為 ,即離子積大于溶度積。 促使沉淀生成的常用方法: 加入沉淀劑 改變?nèi)芤簆H值 加入沉淀劑: 如在AgNO3溶液中加入K2CrO4就會(huì)析出Ag2CrO4沉淀。 沉淀完全的標(biāo)準(zhǔn):在分析化學(xué)中,一般把經(jīng)過沉淀 后,溶液中殘留的離子濃度小于110-5molL-1, 即認(rèn)為沉淀完全。,2019/6/29,第18頁,2019/6/29,第19頁,2019/6/29,第20頁,控制溶液的pH: 有些離子(如CO32-、PO43-、OH-、S2-等)要沉淀完全,除要選擇合適的沉淀劑并加入過量外,溶液的酸度也影響沉淀的生成。 例4:計(jì)算欲使0.010molL-1Fe3+開始沉淀和沉淀完全時(shí)溶液的pH值。已知:,2019/6/29,第21頁,2019/6/29,第22頁,二、分步沉淀 分步沉淀 由于難溶電解質(zhì)的溶解度不同,加入沉淀劑后溶液中發(fā)生先后沉淀的現(xiàn)象稱。 分步沉淀先后的判斷 總原則:溶解度(s)小的難溶電解質(zhì)先生成沉 淀,溶解度(s)大的難溶電解質(zhì)后生成 沉淀。 對(duì)同一類型的難溶電解質(zhì),且被沉淀離子濃度相同或相近,逐滴加入沉淀劑, 小的先生成沉淀。,2019/6/29,第23頁,例5:將等體積濃度均為0.002molL-1KCl和KI混合,逐滴加入AgNO3溶液,問Cl-和I-沉淀順序如何?能否用分步沉淀將兩者分離?,2019/6/29,第24頁,S(AgCl)=1.310-5 S(AgI)=9.210-9,2019/6/29,第25頁, 對(duì)不同類型的難溶電解質(zhì),溶解度小的先生成 沉淀。(有時(shí)需要計(jì)算) Cl- CrO42- 對(duì)不同類型的難溶電解質(zhì),決不能說 小的先生成沉淀, 大的后生成沉淀。,Ag2CrO4(紅),2019/6/29,第26頁,2019/6/29,第27頁,2019/6/29,第28頁,三、沉淀的溶解 根據(jù)溶度積規(guī)則,要使沉淀溶解其必要條件是 因此降低難溶電解質(zhì)飽和溶液中的離子濃度,就可達(dá)到使沉淀溶解的目的。 酸堿反應(yīng)使沉淀溶解(生成弱電解質(zhì)或氣體) 加入強(qiáng)酸使難溶弱酸鹽溶解生成弱酸,2019/6/29,第29頁,加入強(qiáng)酸時(shí)難溶碳酸鹽、硫化物、亞硫酸鹽溶解生成氣體 加強(qiáng)酸使難溶氫氧化物溶解生成H2O,總反應(yīng):,2019/6/29,第30頁,從以上沉淀的溶解過程可以看出: 在溶液中存在兩個(gè)離子平衡反應(yīng)。 有一個(gè)離子出現(xiàn)在兩個(gè)離子反應(yīng)平衡中,這個(gè)離子稱共同離子。 多重平衡: 在溶液中,有一個(gè)共同的離子參與了兩個(gè)不同的離子反應(yīng)平衡,此時(shí)兩個(gè)反應(yīng)平衡便相互聯(lián)系交織在一起,構(gòu)成多重平衡。 利用多重平衡規(guī)則,可根據(jù)幾個(gè)化學(xué)方程式的組合關(guān)系及已知平衡常數(shù)值,很方便的求所需反應(yīng)的平衡常數(shù)。,2019/6/29,第31頁,2019/6/29,第32頁,2019/6/29,第33頁, 氧化還原反應(yīng)使沉淀溶解 在含有沉淀的溶液中,加入氧化劑或還原劑,使溶液中某一離子發(fā)生氧化還原反應(yīng),降低其離子濃度,而使 達(dá)到沉淀溶解的目的。 例如:一些難溶的硫化物CuS、PbS其溶度積常數(shù)很小,用濃度很大的強(qiáng)酸也難以使其溶解,但通過加具有氧化性的HNO3卻能使其溶解。,2019/6/29,第34頁,利用配位反應(yīng)使沉淀溶解 在含有沉淀的溶液中,加入適當(dāng)?shù)呐湮粍?,使溶液中某一離子形成穩(wěn)定的配合物,從而降低其離子濃度,而使 達(dá)到沉淀溶解的目的。,2019/6/29,第35頁,四、沉淀的轉(zhuǎn)化 沉淀的轉(zhuǎn)化: 在含有沉淀的溶液中,加入適當(dāng)試劑使沉淀轉(zhuǎn)化為另一種更難溶電解質(zhì)的過程稱。 例如:,2019/6/29,第36頁,大的難溶電解質(zhì)易向 小的難溶電解質(zhì)轉(zhuǎn)化; 二者 相差越大轉(zhuǎn)化越完全。(對(duì)同一類型而言) 轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)K值愈大,轉(zhuǎn)化反應(yīng)愈容易進(jìn)行。 例:在CaSO4中加入Na2CO3溶液,CaSO4(s) + CO32-(aq) = CaCO3(s) + SO42- (aq),多重平衡常數(shù)很大,表明 轉(zhuǎn)化反應(yīng)進(jìn)行的很徹底。,2019/6/29,第37頁,沉淀轉(zhuǎn)化法在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用 例1:水垢的清除。 水垢的主要成分為CaSO4,它不溶于水也不溶于酸,很難用直接溶解法清除。 例2:實(shí)驗(yàn)室中常利用沉淀轉(zhuǎn)化清除某些不溶物AgCl不溶于酸、堿和洗滌劑,但可用 Na2S溶液將其轉(zhuǎn)化為Ag2S,由于Ag2S溶于HNO3,故可將其徹底清除。,Na2CO3,H+,2019/6/29,第38頁,8-3 沉淀滴定法 一、沉淀滴定反應(yīng)應(yīng)具備的條件: 1. 反應(yīng)能定量、迅速完成。 2. 生成的沉淀溶解度小。 3. 能夠確定滴定終點(diǎn)。 4. 沉淀的吸附不影響滴定終點(diǎn)的確定。 應(yīng)用較廣泛的沉淀滴定法是:銀量法:莫爾法、佛爾哈德法 、法揚(yáng)斯法 銀量法: 利用生成難溶性銀鹽的測(cè)定方法稱銀量法。 Ag+ + X- = AgX X = Cl-、Br-、 I-、SCN-等,2019/6/29,第39頁,二、莫爾法 1.莫爾法: 在中性或弱堿性的條件下,以AgNO3溶液為滴定劑,K2CrO4為指示劑直接滴定Cl-和Br-的滴定方法。 優(yōu)點(diǎn):測(cè)定Cl-和Br-操作簡單,準(zhǔn)確度較高。 缺點(diǎn):應(yīng)用范圍窄,干擾物質(zhì)多。 (生成沉淀AgmAn 、Mm(CrO4 )n、M(OH)n等) 不可測(cè)I-、SCN- (沉淀強(qiáng)烈吸附I-、SCN- )。,2019/6/29,第40頁,2.滴定原理: 滴定反應(yīng):Ag+ + Cl- AgCl(白) 指示反應(yīng):2Ag+ + CrO42+ Ag2CrO4 (磚紅色),S(AgCl)=1.310-5molL-1,S(Ag2CrO4)=6.610-5molL-1,2019/6/29,第41頁,3. 應(yīng)用條件: (1)指示劑的用量:5.010-3 mol/L K2CrO4的濃度太高,終點(diǎn)提前,結(jié)果偏低; K2CrO4的濃度太低,終點(diǎn)推遲,結(jié)果偏高。 (2)滴定酸度 莫爾法要求的溶液的最適pH范圍是6.510.5。 若酸性大,則Ag2CrO4沉淀溶解。 Ag2CrO4+H+=2Ag+HCrO4- 若堿性太強(qiáng),產(chǎn)生Ag2O沉淀。(pH10.5) 2Ag+2OH-=Ag2O+H2O 若溶液中有銨鹽存在時(shí),防止Ag(NH3)2+產(chǎn)生,pH范圍是6.57.2,2019/6/29,第42頁,(3)干擾 與Ag+生成微溶性沉淀或配合物的陰離子干擾測(cè)定,如S2-、CO32-、PO43-、C2O42-等。 與CrO42-生成沉淀的陽離子如Ba2+、Pb2+干擾測(cè)定。 大量有色金屬離子如Cu2+、Co2+、Ni2+等干擾測(cè)定,應(yīng)預(yù)先除去。 高價(jià)金屬離子如Al3+、Fe3+等在中性或弱堿性溶液中發(fā)生水解,干擾測(cè)定。,2019/6/29,第43頁,三、佛爾哈德法 1. 佛爾哈德法 是用鐵胺礬NH4Fe (SO4)212H2O溶液作指示劑的銀量法。它包括直接滴定法和返滴定法。 優(yōu)點(diǎn):選擇性高(酸性條件下弱酸根離子如PO43-、 CrO42-)不干擾測(cè)定);比莫爾法應(yīng)用廣泛。 缺點(diǎn):準(zhǔn)確度比莫爾法略低。 2. 基本原理 直接滴定法的原理: 滴定劑:NH4SCN(或KSCN, NaSCN)的標(biāo)準(zhǔn)溶液 被測(cè)物:含Ag+的酸性溶液中 滴定反應(yīng):Ag+ + SCN- = AgSCN(白) 指示劑反應(yīng): Fe3+ + SCN- = Fe(SCN)2+(血紅色),2019/6/29,第44頁,返滴定法的原理: 在含鹵化物的酸性介質(zhì)中,加入過量AgNO3 標(biāo)準(zhǔn)溶液,再加入指示劑NH4Fe (SO4)212H2O ,用 NH4SCN標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余的AgNO3,從而得出鹵化 物含量。 標(biāo)準(zhǔn)溶液:AgNO3、NH4SCN 被測(cè)物:X- ( Cl-、Br-、I-、) Ag+(過量) X- AgX Ag+(剩余) SCN- = AgSCN (白) Fe3+ + SCN- = Fe(SCN)2+(血紅色),2019/6/29,第45頁,AgCl的溶解度比AgSCN大,終點(diǎn)后,SCN-將與AgCl發(fā)生置換反應(yīng),使AgCl沉淀轉(zhuǎn)化為溶解度更小的AgSCN,紅色逐漸消失產(chǎn)生誤差。 應(yīng)采取的措施: 將溶液煮沸,使AgCl沉淀凝聚,以減少AgCl沉淀對(duì)Ag+的吸附。過濾除去沉淀。 加入有機(jī)溶劑如硝基苯或1,2-二氯乙烷12mL。保護(hù)AgCl沉淀,阻止SCN-與AgCl發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)。,2019/6/29,第46頁,3. 滴定條件和應(yīng)用范圍 (1) 指示劑的用量 Fe3+濃度使溶液呈現(xiàn)較深的橙黃色,影響終點(diǎn)的觀察,一般保持濃度為0.015molL-1,則測(cè)定誤差不超過0.1%。 (2) 溶液的酸度 滴定必須在酸性溶液中進(jìn)行,在中性或堿性溶液中Fe3+ 將水解影響終點(diǎn)的確定。 干擾:強(qiáng)氧化劑和氮的低價(jià)氧化物以及銅鹽、汞鹽都與SCN-作用,必須預(yù)先除去;反應(yīng)接近終點(diǎn)時(shí)需劇烈搖動(dòng),避免AgSCN沉淀對(duì)Ag+的吸附。,2019/6/29,第47頁,(4) 測(cè)定溴化物和碘化物時(shí),不發(fā)生沉淀的轉(zhuǎn)化。但測(cè)碘化物時(shí),指示劑必須在加入過量的AgNO3溶液后加入,否則Fe3+將氧化I-為I2,影響準(zhǔn)確度。 (5) 滴定不宜在高溫下進(jìn)行,否則會(huì)使紅色的Fe(SCN)2+顏色退去。,2019/6/29,第48頁,四、法揚(yáng)斯法 1 法揚(yáng)斯法:是用吸附指示劑確定滴定終點(diǎn)的銀量法. 吸附指示劑:一類有色化合物,當(dāng)它被吸附在沉淀表 面之后,可能是由于形成某種化合物而導(dǎo) 致指示劑分子結(jié)構(gòu)的變化,從而引起顏色 的改變。 2 吸附指示劑的變色原理(以Ag+滴定Cl-為例) 指示劑:熒光黃(fluorescein) 化學(xué)計(jì)量點(diǎn)前:AgCl吸附Cl-形成AgClCl-,不吸附Fln-, 溶液為Fln-的顏色,為黃綠色。 化學(xué)計(jì)量點(diǎn)后:AgCl優(yōu)先吸附Ag+, 形成AgClAg+, Fln- 作為抗衡離子被吸附,吸附后結(jié)構(gòu)變形 而表現(xiàn)為粉紅色。,2019/6/29,第49頁,Fajans法常用吸附指示劑,2019/6/29,第50頁,3. 滴定條件和應(yīng)用范圍 (1)溶液酸度要適當(dāng):若堿性太強(qiáng),產(chǎn)生Ag2O沉淀, 且吸附指示劑解離過強(qiáng),可能在理論終點(diǎn)前被吸附; 溶液酸性太強(qiáng),H+與指示劑陰離子結(jié)合成不被吸附的 分子,不易被正電溶膠所吸附。 (2)在滴定前加入糊精或淀粉溶液等膠體保護(hù)劑, 擴(kuò)大沉淀表面積,有利于指示劑的變色。 (3)被測(cè)溶液濃度不能太稀,否則沉淀量小,終點(diǎn) 難以測(cè)定。 (4)避免在強(qiáng)光下測(cè)定,以防止AgCl感光變成灰黑 色,影響終點(diǎn)的觀察。 (5)沉淀對(duì)指示劑的吸附能力要小于沉淀對(duì)被測(cè)離 子的吸附能力,否則終點(diǎn)提前,2019/6/29,第51頁,8-4 重量分析法 一、重量分析法的概念及特點(diǎn) 重量分析法:是采用適當(dāng)?shù)姆椒?,先使被測(cè)組分 與試樣中的其他組分分離,轉(zhuǎn)化為一定的稱 量形式,然后用稱重方法測(cè)定該組分的含量。 重量分析法的主要特點(diǎn): 是直接用分析天平稱量獲得分析結(jié)果,不需要基準(zhǔn)物質(zhì)或標(biāo)準(zhǔn)試樣作參比,分析結(jié)果準(zhǔn)確。但操作繁瑣、分析周期長、不適于微量和痕量組分的測(cè)定。 目前主要用于含量不太低的Si、S、P、Ni、水分、灰分、揮發(fā)物、粗脂肪等的測(cè)定。,2019/6/29,第52頁,二、重量分析法的分類 化學(xué)沉淀法 化學(xué)沉淀法是重量分析的主要方法。該方法利用沉淀反應(yīng),使被測(cè)組分生成沉淀,再將沉淀過濾、洗滌、烘干成組成一定的物質(zhì),最后稱其質(zhì)量計(jì)算被測(cè)組分的含量。 主要用于P,S,Si,Ni等測(cè)定。 2.電解法:是利用電解原理使金屬離子在電極上析出,然后稱其質(zhì)量計(jì)算含量的方法。,2019/6/29,第53頁,3.揮發(fā)法 揮發(fā)法是通過加熱或其他方法使試樣中的被測(cè)組分揮發(fā)溢出,根據(jù)氣體逸出前后試樣質(zhì)量之差來計(jì)算被測(cè)組分的含量。 例如:土壤、食品、植物中水分的測(cè)定。 4.萃取法 萃取法是利用萃取劑將被測(cè)組分萃取出來,蒸發(fā)除去萃取劑,稱量萃取物的質(zhì)量從而確定被測(cè)組分含量的方法。 例如:粗脂肪的測(cè)定。,2019/6/29,第54頁,三、重量分析法一般程序 被測(cè)物 沉淀形式 稱量形式 (1)稱樣; (2)溶解樣品,配成稀溶液; (3)控制反應(yīng)條件; (4)加入適量沉淀劑,使預(yù)測(cè)成分沉淀為難溶性化合物; (5)過濾; (6)洗滌; (7)烘干或灼燒; (8)稱量 (9)計(jì)算被測(cè)成分的含量。 被測(cè)物 沉淀劑 沉淀形式 稱量形式 SO42- + BaCl2 BaSO4 BaSO4,2019/6/29,第55頁,四、對(duì)沉淀和稱量形式的要求 對(duì)沉淀形式的要求: 1.沉淀的S小,溶解損失應(yīng)0.1mg。(沉淀完全) 2.沉淀的純度高。(不該沉淀的不沉淀,雜質(zhì)少) 3.便于過濾和洗滌。(晶形好) 4.沉淀易于轉(zhuǎn)化為稱量形式。 對(duì)稱量形式的要求: 1. 組成恒定(定量的基礎(chǔ)) 2. 有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性,不受空氣中水分、CO2和O2的影響。(定量準(zhǔn)確) 3. 稱量形式的摩爾質(zhì)量大(被測(cè)組分在沉淀中的含量小,稱量誤差小)。,2019/6/29,第56頁,五、沉淀的純度及條件的選擇 共沉淀現(xiàn)象: 當(dāng)一種沉淀從溶液中析出時(shí),溶液中的某些其他組分,在該條件下本來是可溶的,但它們卻被沉淀帶下來而混雜于沉淀之中,這種現(xiàn)象稱。 吸附共沉淀(服從吸附規(guī)則) 是膠體沉淀不純的主要原因,洗滌 包藏共沉淀(服從吸附規(guī)則) 是晶形沉淀不純的主要原因,陳化或重結(jié)晶 混晶共沉淀 預(yù)先將
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