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文檔簡介

1、 化學(xué)與能源、環(huán)境第十章/10/101第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第1頁第1頁教學(xué)目的1.理解人類生存環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系 2.理解光化學(xué)煙霧、臭氧層空洞、溫室效應(yīng)和酸雨四大環(huán)境問題 3.理解大氣污染及其防治知識 4.理解水污染及其防治知識 第十一章(二)化學(xué)與能源和環(huán)境/10/102第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第2頁第2頁第一節(jié) 能源 /10/103第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第3頁第3頁/10/104第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第4頁第4頁一、老式能源1、煤2、石油和天然氣3、核能/10/105第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第5頁第5頁1、煤煤化學(xué)組成各有不同,當(dāng)前公認(rèn)平均組成是:碳(C)85%,氫(H

2、)5%,氧(O)7.6%,氮(N)0.7%,硫(S)1.7%。將其折算成原子比,可用C135H96O9NS代表。另外,還有微量其它非金屬和金屬元素。/10/106第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第6頁第6頁2、石油和天然氣石油是由有機(jī)物在古代地質(zhì)年代沉積而成一個(gè)暗褐色或黑色、有特殊刺鼻氣味粘稠液體,主要由碳?xì)浠衔锘旌衔飿?gòu)成,即烷族(CnH2n+2)、環(huán)烷族( CnH2n)、芳香族( CnH2n-6),其中含有約2%氮、硫元素。自20世紀(jì)50年代開始,石油在全球一次能源消費(fèi)中比重超出了煤炭,成為主要動力資源。/10/107第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第7頁第7頁天然氣主要成份是甲烷,另一方面是乙烷、丙

3、烷、丁烷,經(jīng)常與石油伴生。當(dāng)前已探明天然氣可采儲量與石油可采儲量相稱,天然氣在地下分布廣泛待探明儲量潛力仍很大,預(yù)計(jì)在未來幾十年里將成為第一能源。/10/108第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第8頁第8頁3、核能核能是原子核發(fā)生改變時(shí)放出能量。核反應(yīng)通常分為四類;衰變、粒子轟擊、核裂變和核聚變。第一類為自發(fā)發(fā)生。其它為人工核反應(yīng)。粒子轟擊是用高速粒子(質(zhì)子、中子等)轟擊原子核,造成核反應(yīng)。核裂變反應(yīng)是一個(gè)重原子核由于不穩(wěn)定或受到其它粒子轟擊而分裂成兩個(gè)質(zhì)量相近新原子核,同時(shí)釋放大量能量反應(yīng)。用來發(fā)生核裂變核燃料主要是鈾(U)和钚(Pu)。/10/109第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第9頁第9頁核聚變是由

4、很輕原子核在高溫下合成較重元素和原子反應(yīng),這種反應(yīng)比核裂變釋放能量更多,在太陽內(nèi)部就進(jìn)行著這種和反應(yīng)。用來發(fā)生核聚變主要是氘(21D)和氚(31T):/10/1010第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第10頁第10頁一、清潔型能源/10/1011第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第11頁第11頁1、水能在可再生能源中當(dāng)前已取得商業(yè)應(yīng)用是水力發(fā)電,就是將水勢能轉(zhuǎn)變成電能,它是一個(gè)清潔可再生能源。它含有成本低、設(shè)備簡樸特點(diǎn),并且還能夠與澆灌、航運(yùn)、漁業(yè)、防洪等事業(yè)結(jié)合而達(dá)到綜合利用目的。 /10/1012第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第12頁第12頁2、太陽能 太陽能直接轉(zhuǎn)換利用被認(rèn)為是可連續(xù)發(fā)展世界能源系統(tǒng)基石。這

5、首先是因?yàn)榭扇〉锰柲軘?shù)量巨大,穿過大氣層抵達(dá)地球表面太陽輻射能密度為4.8kWh/m2。地球接受全部太陽能超出當(dāng)前人類能源總消耗量3萬倍。其次,所謂“陽光普照大地”,太陽能比其它任何能源分布愈加廣泛,便于以不同規(guī)模普遍開發(fā)利用。太陽能利用方式主要有熱利用、光利用和光化學(xué)利用三類。/10/1013第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第13頁第13頁太陽能熱利用太陽能光利用太陽能光化學(xué)利用太陽能發(fā)電/10/1014第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第14頁第14頁3、風(fēng)能 風(fēng)能是太陽能一個(gè)轉(zhuǎn)換形式,是一個(gè)主要自然能源。合理利用風(fēng)能,既能夠減少環(huán)境污染,又能夠減輕越來越多能源短缺壓力。自然界中風(fēng)能資源是極其巨大。據(jù)

6、世界氣象組織預(yù)計(jì),整個(gè)地球上能夠利用風(fēng)能為2107MW。為地球上可利用水能總量10倍。/10/1015第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第15頁第15頁4、地?zé)崮?地球本身也是一個(gè)巨大熱庫。地球內(nèi)部蘊(yùn)藏著熱能叫做地?zé)崮?。地?zé)崮芤环矫娴貧は铝懈邷貛r漿,另一方面來自地殼巖石中放射性元素衰變釋放出能量。從地面向下,溫度隨著深度增長而逐漸增高。通常,地球內(nèi)部每進(jìn)一步100m,溫度升高3,但也存在一些地?zé)岙惓^(qū),即地?zé)崽幱诘乇砑暗貧\部。地?zé)崮芸梢酝ㄟ^火山爆發(fā)、間歇噴泉、溫泉等形式不斷地被送到地面上來。地?zé)豳Y源儲量很大,僅地下熱水及地?zé)嵴羝偭烤拖喾Q于地球上煤炭儲量1.7108倍.地球資源在地球上分布相稱廣泛,

7、但很不均勻。 /10/1016第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第16頁第16頁5、生物質(zhì)能生物質(zhì)是指綠色植物通過光合作用直接或間接衍生所有物質(zhì),普通以木柴、柴草、農(nóng)業(yè)廢棄物或牲畜糞便等形式燃燒。 /10/1017第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第17頁第17頁當(dāng)代生物質(zhì)利用包括下列三方面: (1)以木材、農(nóng)作物及都市有機(jī)物垃圾為原料,通過轉(zhuǎn)化和加工,提升其能量密度,轉(zhuǎn)化成便于儲存和使用形式,如制取酒精。 /10/1018第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第18頁第18頁(2)焚燒都市垃圾等固體有機(jī)物用于產(chǎn)生熱力和電力也是擴(kuò)大生物質(zhì)利用范圍一條路徑。另外,尚有搜集垃圾填埋場產(chǎn)出沼氣以及把牲畜糞便和農(nóng)作物廢料進(jìn)行發(fā)酵

8、來生產(chǎn)沼氣用于家庭炊事、供暖或發(fā)電。 /10/1019第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第19頁第19頁(3)擴(kuò)大生物質(zhì)生產(chǎn)和利用范圍,如大力開展植樹造林,營造“能源林”,種植“能源作物”,合成人工石油。/10/1020第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第20頁第20頁6、氫能氫作為化工原料在石油化學(xué)工業(yè)中有著廣泛用途,對發(fā)展石油化學(xué)工業(yè)及農(nóng)業(yè)都有著主要作用,然而,氫對于人類尚有著更為主要作用,這就是作為能源使用。氫能是指以氫及其同位素為主體反應(yīng)中或氫狀態(tài)改變過程中所釋放能量,包括氫核能和氫化學(xué)能兩大部分。氫化學(xué)能是指氫燃燒生成水釋放出能量,或者是氫和氧通過化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變電能。/10/1021第十一章 化學(xué)

9、與能源、環(huán)境第21頁第21頁(1)氫作為能源只要長處儲量豐富,起源廣泛。無污染。效率高戊硼烷戊烷氫氣燃燒值(kJ/kg)6418345367120918/10/1022第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第22頁第22頁(2)氫氣其它用途用作飛機(jī)燃料用作汽車燃料用作燃料電池/10/1023第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第23頁第23頁(3)氫氣生產(chǎn)與儲存大規(guī)模廉價(jià)制氫技術(shù)儲氫技術(shù) /10/1024第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第24頁第24頁7、海洋能海洋能是一個(gè)巨大能源寶庫,大洋中波浪、潮汐、海流等動能和海洋溫度差能、鹽度差能等存儲量高達(dá)天文數(shù)字。這些海洋能源是取之不盡、用之不竭可再生能源。同時(shí),海洋能屬于清

10、潔能源,一旦開發(fā)后,本身對環(huán)境影響很小。 /10/1025第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第25頁第25頁海洋能包括溫度差能、波浪能、潮汐與潮流能、海流能、鹽度差能、岸外風(fēng)能、海洋生物能和海洋地?zé)崮艿劝朔N。 /10/1026第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第26頁第26頁8、水合甲烷近年來,越來越多專家注意到大洋深處“能夠燃燒冰”水合甲烷。由于甲烷是溫室氣體,一些科學(xué)家緊張它被釋放出來后加重全球變暖趨勢,尚有科學(xué)家猜想它也許是引起海底坍塌滑坡“罪魁禍?zhǔn)住?。然而更多人認(rèn)為,以水合物形式“沉睡”在海底巨量甲烷,也許是未來人類社會能源寶庫。/10/1027第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第27頁第27頁大洋底層甲烷來

11、自于海底厭氧微生物新陳代謝,或者是海底火山產(chǎn)物,在海底巨大壓力下,這些甲烷分子與水分子聚合成水合甲烷。從外觀上看這種物質(zhì)如同冰塊般晶瑩剔透,但又能夠燃燒,因此它被稱為“可燃冰”。它只能在高壓下穩(wěn)定存在,因此主要分布于海底巖層孔隙之中。 /10/1028第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第28頁第28頁/10/1029第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第29頁第29頁/10/1030第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第30頁第30頁/10/1031第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第31頁第31頁/10/1032第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第32頁第32頁/10/1033第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第33頁第33頁/10/1034

12、第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第34頁第34頁/10/1035第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第35頁第35頁第二節(jié) 環(huán)境問題與處理路徑/10/1036第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第36頁第36頁環(huán)境是影響人類生存 與發(fā)展各種天然通過人工改造自然原因 總和。環(huán)境含義環(huán)境自然環(huán)境 人工環(huán)境生活環(huán)境 生態(tài)環(huán)境/10/1037第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第37頁第37頁20世紀(jì)是人類對資源和環(huán)境破壞最嚴(yán)重1。20世紀(jì)末,伴隨東西方冷戰(zhàn)結(jié)束,和平與發(fā)展慢慢成為人類追求文明與進(jìn)步共同主題,核戰(zhàn)爭已不再是威脅世界第一危機(jī),取而代之是環(huán)境危機(jī)。如今,環(huán)境與發(fā)展問題已成為當(dāng)今世界各國共同面臨兩難選擇,成為21世紀(jì)對人類最嚴(yán)

13、峻挑戰(zhàn)。/10/1038第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第38頁第38頁一、人類面臨重大環(huán)境危機(jī)20世紀(jì)高度工業(yè)化,為人類帶來豐富物質(zhì)生活。當(dāng)人們陶醉在當(dāng)代文明舒適享受中時(shí),因資源過度開發(fā)引起自然災(zāi)害以及由于環(huán)境惡化引起各種疾病也向人類席卷而來。人類對大自然破壞必定引起大自然報(bào)復(fù)!在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展今天,人類發(fā)覺自己已經(jīng)陷入重大環(huán)境危機(jī)之中。/10/1039第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第39頁第39頁1、全球變暖(1)全球變暖與溫室效應(yīng) 近年來,相關(guān)地球溫暖化報(bào)道此起彼伏,日益嚴(yán)重全球變暖趨勢開始受到世界各國注重。 引起全球變暖主要原因是“溫室效應(yīng)”。地球表面溫度是由來太陽短波熱輻射和地球本身向宇宙放

14、出長波熱輻射之間平衡決定。/10/1040第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第40頁第40頁而我們地球之因此能保持15左右溫和平均溫度是由于大氣中CO2、H2O、CH4、O3、氯氟烴(CFCS)等“溫室氣體”對來自太陽短波輻射含有高度透過性,對地球發(fā)射出來長波輻射含有高度吸取性,只有很少熱輻射能散失到宇宙中去,從而維持了地球表面溫度,這種現(xiàn)象稱為“溫室效應(yīng)”。溫室效應(yīng)本是一個(gè)自然現(xiàn)象。假如沒有溫室效應(yīng),地球上將是冰天雪地,平均氣溫為-18。 /10/1041第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第41頁第41頁引起全球氣候變暖“溫室效應(yīng)”是由人為原因造成,即由于人類活動使得大氣溫室氣體含量增長,尤其是CO2濃度增

15、長對全球溫度升高起著主要作用。 (2)全球變暖帶來影響(3)厄爾尼諾和拉尼娜現(xiàn)象頻繁出現(xiàn) /10/1042第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第42頁第42頁2、臭氧層破壞對于一切生命物質(zhì)來說,陽光就是生命源泉。然而,太陽光中紫外線,尤其是UV-B(波長為280315nm紫外線)對生物細(xì)胞組織卻含有極大破壞作用,造成皮膚癌、白內(nèi)障發(fā)病率增長。那么是什么保護(hù)了地球上生物呢,就是處于地面2025km高度臭氧層。臭氧在1849年初次被人類發(fā)覺。臭氧(O3)是氧氣(O2)一個(gè)異構(gòu)體,在大氣中含量僅占一億分之一,其濃度因海拔高度而異。/10/1043第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第43頁第43頁臭氧層能夠說是地球保護(hù)

16、層,由于臭氧能吸取99%來自太陽紫外線(UV-B)。同時(shí),由于紫外線是平流層熱能起源,臭氧分子是平流層大氣主要構(gòu)成部分,因此臭氧層在平流層垂直分布對平流層溫度結(jié)構(gòu)和大氣運(yùn)動起著決定性作用,發(fā)揮著調(diào)整氣候主要功效。 /10/1044第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第44頁第44頁臭氧層問題是美國化學(xué)家Rowland和Molina于1974年首先提出來。他們認(rèn)為,在對流層大氣中極穩(wěn)定化學(xué)物質(zhì)CFCS被輸送到平流層后,在那里分解產(chǎn)生原子氯將有也許破壞臭氧層。20世紀(jì)70年代末開始,科學(xué)家們開始每年春天在南極考察臭氧層。1985年,英國科學(xué)家觀測到南極上空出現(xiàn)臭氧層空洞,并證實(shí)它與氟利昂分解產(chǎn)生氯原子有直接

17、關(guān)系。這一消息震驚了世界。1994年,人們初次觀測到了至今為止最大臭氧空洞,它面積相稱于一個(gè)歐洲,有2400萬km2。 /10/1045第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第45頁第45頁3、生物多樣性減少地球上終歸存在多少物種?我們當(dāng)前仍不確知。在地球上大約1000萬3000萬種物種中,只有140萬已經(jīng)被命名為或被簡樸地描述過。當(dāng)前地球上生物多樣性損失速度比歷史上任何時(shí)候都快,鳥類和哺乳動物現(xiàn)在滅絕速度也許是它們在未受干擾自然界中1001000倍。科學(xué)研究表明,由于人類活動,地球上平均天天有一兩種植物消失,每15分鐘有一個(gè)生物消失。 /10/1046第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第46頁第46頁/10/1

18、047第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第47頁第47頁4、酸雨蔓延酸雨危害早已被發(fā)覺。1872年,英國科學(xué)家Smith在一些工業(yè)都市發(fā)覺雨水酸性偏高,并第一次使用了“酸雨”這個(gè)詞。酸雨被稱為“空中死神”,是大氣污染一個(gè)表現(xiàn)。/10/1048第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第48頁第48頁“酸雨”是通俗性名稱,其準(zhǔn)確叫法應(yīng)為酸性沉淀,既包括酸雪、酸霧、酸冰雹等酸性降水,又包括空中污染物以干物質(zhì)形式降落到地面后,與水分作用生成酸。就是說,即使不發(fā)生降水,浮游在云中微小氣溶膠也能連續(xù)不斷降落,廣義酸雨也包括這種“酸性干沉降”。 /10/1049第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第49頁第49頁被稱為“空中惡魔”酸雨當(dāng)前

19、已成為一個(gè)范圍廣泛、跨越國界大氣污染現(xiàn)象。酸雨危害主要表現(xiàn)在下列幾種方面:酸雨對水生生態(tài)系統(tǒng)影響酸雨對陸生生態(tài)系統(tǒng)影響酸雨對各種材料影響酸雨對人體健康影響 /10/1050第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第50頁第50頁5、森林銳減歷史上,郁郁蔥蔥森林覆蓋著地球三分之二陸地。伴隨世界人口增長以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展,大片森林遭受砍伐,然而人類損失不但僅只是森林,尚有孕育了人類家園。聯(lián)合國相關(guān)資料表明,全球森林面積減少主要發(fā)生在20世紀(jì)50年代以后,而1980年至1990年期間全球平均每年損失森林995萬hm2,約等于一個(gè)韓國面積。/10/1051第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第51頁第51頁近1來,中國森林資源銳減

20、。原有森林面積已經(jīng)減少了50%,木材蓄積量減少了33%;森林覆蓋率僅為13.92%,不到世界森林覆蓋率30%二分之一,居世界第100位左右。中國許多主要林區(qū),森林面積大幅度減少,昔日郁郁蔥蔥林海已一去不復(fù)返。 /10/1052第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第52頁第52頁6、土地荒漠化/10/1053第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第53頁第53頁7、大氣污染/10/1054第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第54頁第54頁8、水體污染/10/1055第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第55頁第55頁9、海洋污染/10/1056第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第56頁第56頁10、垃圾圍城/10/1057第十一章 化學(xué)與能源

21、、環(huán)境第57頁第57頁11、放射性污染/10/1058第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第58頁第58頁12、戰(zhàn)爭:生態(tài)環(huán)境劫難/10/1059第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第59頁第59頁二、室內(nèi)污染問題/10/1060第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第60頁第60頁1、室內(nèi)污染物種類及危害/10/1061第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第61頁第61頁2、日常生活污染/10/1062第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第62頁第62頁3、建筑和裝修材料污染/10/1063第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第63頁第63頁三、人類面臨新環(huán)境問題/10/1064第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第64頁第64頁1、生命倫理受到挑戰(zhàn)/10/10

22、65第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第65頁第65頁2、人類遭受新舊傳染病圍攻/10/1066第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第66頁第66頁3、人類活動污染宇宙/10/1067第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第67頁第67頁4、人類本身隱憂增長/10/1068第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第68頁第68頁/10/1069第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第69頁第69頁/10/1070第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第70頁第70頁/10/1071第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第71頁第71頁/10/1072第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第72頁第72頁你說我說 大家一起來 說說我們 美麗故鄉(xiāng)/10/1073第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境

23、第73頁第73頁大明山判斷下面幾幅圖各屬于什么類型環(huán)境上海外灘臨安石長城萬里長城/10/1074第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第74頁第74頁 美麗青山湖婉如一顆明珠,綴在青山懷抱中,令人賞心悅目。青山湖有10平方公里寬曠湖面,這里水質(zhì)清澈,空氣清新,更有全國獨(dú)有“水上森林”景觀。然而,一段時(shí)間來,違規(guī)挖沙船在這里夜以繼日地作業(yè),將一湖碧水?dāng)嚨脺啙岵豢?。以后,珍珠和鴨子也相繼“看中”這里,加重了湖水污染。青山湖漸失昔日光彩,令眾多慕名而來游人大失所望。為了恢復(fù)青山湖美麗景色,臨安市旅游局、水利局、交通局和環(huán)境保護(hù)局聯(lián)合清理了湖面及周圍垃圾,撤出挖沙船,搬走養(yǎng)殖場,再現(xiàn)一片青山碧水。/10/1075

24、第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第75頁第75頁 思考 1)青山湖為臨安人民做出了哪些奉獻(xiàn)? 2)青山湖遭污染后又會給臨安人民造成什么損失? 3)結(jié)合前兩問,你認(rèn)為人類與環(huán)境存在什么關(guān)系? 美麗青山湖婉如一顆明珠,綴在青山懷抱中,令人賞心悅目。青山湖有10平方公里寬曠湖面,這里水質(zhì)清澈,空氣清新,更有全國獨(dú)有“水上森林”景觀。然而,一段時(shí)間來,違規(guī)挖沙船在這里夜以繼日地作業(yè),將一湖碧水?dāng)嚨脺啙岵豢?。以后,珍珠和鴨子也相繼“看中”這里,加重了湖水污染。青山湖漸失昔日光彩,令眾多慕名而來游人大失所望。為了恢復(fù)青山湖美麗景色,臨安市旅游局、水利局、交通局和環(huán)境保護(hù)局聯(lián)合清理了湖面及周圍垃圾,撤出挖沙船,搬走養(yǎng)殖場,再現(xiàn)一片青山碧水。/10/1076第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第76頁第76頁人類環(huán)境依賴作用于自然資源廢棄物提供被開發(fā)利用排放沉積恩賜報(bào)復(fù)環(huán)境問題環(huán)境破壞環(huán)境污染有限被索取過多過多反作用/10/1077第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第77頁第77頁黃河:長江,長江, 我是黃河,我是黃河。長江:黃河,黃河, 我也是黃河,我也是黃河/10/1078第十一章 化學(xué)與能源、環(huán)境第78

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