2023-2024學(xué)年蘇教版新教材選擇性必修二 專題2第一單元原子核外電子的運動第2課時 學(xué)案_第1頁
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文檔簡介

第2課時原子核外電子的排布[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.從微觀層面理解原子的組成及結(jié)構(gòu),了解核外電子的排布規(guī)則,培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。2.能結(jié)合能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規(guī)則書寫和說明1~36號元素基態(tài)原子的核外電子排布式和軌道表示式,發(fā)展證據(jù)推理與模型認知的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。一、核外電子的排布原理及表示方法(一)核外電子的排布原理原子核外電子運動狀態(tài)的描述涉及電子層、原子軌道和電子自旋。構(gòu)造原理:科學(xué)家經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),電子是按順序填充的,填滿一個能級之后再填充下一個能級,這種規(guī)律稱為構(gòu)造原理。1.能量最低原理(1)能量最低原理原子核外電子先占據(jù)能量低的軌道,然后依次進入能量較高的軌道,這樣使整個原子處于能量最低的狀態(tài)。(2)基態(tài)原子的核外電子在原子軌道上的排列順序隨著原子核電荷數(shù)的遞增,絕大多數(shù)元素的原子核外電子排布遵循下列順序:①電子所排的軌道順序:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……,這是從實驗得到的規(guī)律,適用于大多數(shù)基態(tài)原子的核外電子排布。②由上圖可知,各軌道的能量高低順序,可由下列公式得出:ns<(n-2)f<(n-1)d<np(n表示電子層序數(shù))。2.泡利不相容原理(1)內(nèi)容:每個原子軌道上最多只能容納兩個自旋狀態(tài)不同的電子。(2)根據(jù)泡利不相容原理,可以獲得以下幾個重要結(jié)論:①每一種運動狀態(tài)的電子只能有一個。②由于每一個原子軌道包括兩種運動狀態(tài),所以每一個原子軌道最多只能容納兩個自旋方向相反的電子。③因為s,p,d,f軌道的原子軌道數(shù)分別為1,3,5,7個,所以s,p,d,f各原子軌道分別最多能容納2,6,10,14個電子。3.洪特規(guī)則(1)內(nèi)容:原子核外電子在能量相同的各個軌道上排布時,電子盡可能分占在不同的原子軌道上,且自旋狀態(tài)相同,這樣整個原子的能量最低。(2)特例:能量相同的原子軌道在全充滿(如p6和d10)、半充滿(如p3和d5)和全空(如p0和d0)狀態(tài)時,體系的能量較低,原子較穩(wěn)定。這稱為洪特規(guī)則特例。(二)核外電子排布的表示方法1.電子排布式(1)概念:將軌道上所排布的電子數(shù)標(biāo)注在該軌道符號右上角,并按照電子層從左到右的順序排列的式子。(2)表示方法(3)寫出下列原子的電子排布式:①16S:1s22s22p63s23p4;②20Ca:1s22s22p63s23p64s2;③26Fe:1s22s22p63s23p63d64s2。(4)為了避免電子排布式書寫過于繁瑣,把內(nèi)層電子已達到稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分寫成“原子實”,以相應(yīng)稀有氣體的元素符號外加方括號表示,得到簡化的電子排布式。上述四種原子的簡化電子排布式為①[Ne]3s23p4;②[Ar]4s2;③[Ar]3d64s2。(5)在簡化的電子排布式中,省去相應(yīng)的稀有氣體的元素符號后剩下的部分稱為外圍電子排布式。上述四種原子的外圍電子排布式為①3s23p4;②4s2;③3d64s2。2.軌道表示式(1)概念:將每一個原子軌道用一個方框表示,在方框內(nèi)標(biāo)明基態(tài)原子核外電子排布的式子稱為軌道表示式。(2)表示方法(3)寫出下列基態(tài)原子的軌道表示式:①O:;②Na:。1.下列軌道表示式中哪個是氧的基態(tài)原子?為什么?A.B.C.提示A根據(jù)洪特規(guī)則,基態(tài)原子中,填入原子軌道的電子總是先單獨分占,且自旋平行。2.為什么基態(tài)氦原子的電子排布式是1s2而不是1s12s1?提示氦原子核外有2個電子,根據(jù)能量最低原理和泡利不相容原理,基態(tài)氦原子的2個電子以自旋相反的形式填充在能量最低的1s軌道中,且1s軌道和2s軌道能量相差較大,所以基態(tài)氦原子不會出現(xiàn)2個電子單獨分占1s、2s軌道的情況。3.為什么基態(tài)K和Ca的外圍電子排布是4s1和4s2,而不是3d1和3d2。提示根據(jù)構(gòu)造原理,3d軌道的能量大于4s軌道的能量,所以依據(jù)能量最低原理,電子填入能量低的原子軌道可使整個原子的能量最低。4.(1)鉻原子的核外電子排布式是[Ar]3d54s1還是[Ar]3d44s2?為什么?提示是[Ar]3d54s1,因為3d54s1均為半充滿結(jié)構(gòu),更穩(wěn)定。(2)銅原子的核外電子排布式是[Ar]3d104s1,還是[Ar]3d94s2?為什么?提示是[Ar]3d104s1,因為3d104s1一個全充滿,一個半充滿,更穩(wěn)定。歸納總結(jié)1.若以E(nl)表示某原子軌道的能量,以下各式正確的是()A.E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d)B.E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)C.E(4s)<E(3s)<E(2s)<E(1s)D.E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d)答案B解析原子核外電子排布的軌道能量順序為1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p……可選出答案。2.下列有關(guān)碳原子的軌道表示式中,能量最低的是()A.B.C.D.答案D解析根據(jù)洪特規(guī)則,原子的核外電子在能量相同的軌道上排布時,電子盡可能分占不同的軌道且自旋狀態(tài)相同,這樣整個原子的能量最低。A中2p軌道上兩個電子擠在同一個軌道上,B、C中兩個軌道上電子的自旋狀態(tài)相反,均與洪特規(guī)則相違背,只有D中的排布符合洪特規(guī)則,能量最低。3.寫出15P、25Mn的軌道表示式,并按要求填空。15P:,有6個電子對,有3個單電子。25Mn:,有25種空間運動狀態(tài),有5個單電子,屬于半充滿狀態(tài)。4.下列原子或離子的電子排布式或軌道表示式正確的是________(填序號,下同),違反能量最低原理的是________,違反洪特規(guī)則的是________,違反泡利不相容原理的是__________。①Ca2+:1s22s22p63s23p6②F-:1s22s23p6③P:④Fe:1s22s22p63s23p63d64s2⑤Mg2+:1s22s22p6⑥C:答案①④⑤②③⑥解析根據(jù)核外電子排布規(guī)律知②中錯誤在于電子排滿2s軌道后應(yīng)排2p軌道,而不是3p軌道,正確的應(yīng)為1s22s22p6;③中沒有遵循洪特規(guī)則——電子在同一能級的不同軌道上排布時,應(yīng)盡可能分占不同的軌道并且自旋狀態(tài)相同,正確的應(yīng)為;⑥違反泡利不相容原理,正確的應(yīng)為。二、光譜與光譜分析1.光譜形成原因不同元素的原子發(fā)生躍遷時會吸收或釋放不同的光。2.光譜分類3.光譜分析在現(xiàn)代化學(xué)中,人們可通過原子發(fā)射光譜或吸收光譜來檢測元素,稱為光譜分析。1.許多金屬元素都可以發(fā)生焰色反應(yīng),請用原子結(jié)構(gòu)的知識解釋其原因。提示基態(tài)原子吸收能量,電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后,電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時,將能量以光的形式釋放出來。2.金屬元素的焰色反應(yīng)屬于吸收光譜還是發(fā)射光譜?提示光(輻射)是電子躍遷釋放能量的重要形式之一,焰色反應(yīng)屬于發(fā)射光譜。電子躍遷形式(1)電子從能量較低的軌道躍遷至能量較高的軌道吸收光譜(2)電子從能量較高的軌道躍遷回能量較低的軌道發(fā)射光譜1.正誤判斷,正確的打“√”,錯誤的打“×”(1)光(輻射)是電子躍遷釋放能量的重要形式之一()(2)霓虹燈光、激光、螢光都與原子核外電子躍遷吸收能量有關(guān)()(3)產(chǎn)生激光的前提是原子要處于激發(fā)態(tài)()(4)電子躍遷時只吸收能量()(5)同一原子處于激發(fā)態(tài)時的能量一定高于基態(tài)時的能量()(6)激發(fā)態(tài)原子的能量較高,極易失去電子,表現(xiàn)出較強的還原性()答案(1)√(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×2.圖中所發(fā)生的現(xiàn)象與電子的躍遷無關(guān)的是()答案D解析燃放煙火、霓虹燈、燃燒蠟燭等獲得的光能都是電子躍遷時能量以光的形式釋放出來導(dǎo)致的,而平面鏡成像則是光線反射的結(jié)果。隨堂練習(xí)1.下列敘述正確的是()A.原子軌道就是電子層B.每個電子層最多可容納的電子數(shù)是2n2C.同一電子層中的不同原子軌道的能量高低相同D.不同電子層中的s軌道的能量高低相同答案B解析對于同一電子層里能量不同的電子,又將其分為不同的原子軌道,故A錯誤;每個電子層最多可容納的電子數(shù)是2n2,故B正確;同一電子層中不同原子軌道,能量按照s、p、d、f的順序升高,故C錯誤;不同電子層中的s軌道的能量不同,電子層越大,s軌道的能量越高,例如:E(1s)<E(2s)<E(3s)……,故D錯誤。2.第N電子層所含原子軌道類型數(shù)目、最多容納電子數(shù)分別為()A.3、18 B.4、24C.5、32 D.4、32答案D解析第N電子層含有的原子軌道分別為s、p、d、f,最多可以容納32個電子,D正確。3.下列現(xiàn)象和應(yīng)用與電子躍遷無關(guān)的是()A.激光 B.焰色反應(yīng)C.燃燒放熱 D.霓虹燈答案C4.寫出19~36號元素原子的外圍電子排布式(用ZX表示元素原子)。答案19K4s1、20Ca4s2、21Sc3d14s2、22Ti3d24s2、23V3d34s2、24Cr3d54s1、25Mn3d54s2、26Fe3d64s2、27Co3d74s2、28Ni3d84s2、29Cu3d104s1、30Zn3d104s2、31Ga4s24p1、32Ge4s24p2、33As4s24p3、34Se4s24p4、35Br4s24p5、36Kr4s24p65.(1)已知短周期元素A、B,A元素原子的最外層電子數(shù)為m,次外層電子數(shù)為n;B元素原子的M層(有電子)電子數(shù)為m-n-1,L層電子數(shù)為m+n+2,則A為________(填元素符號,下同),B為________。(2)已知X元素原子的L層比Y元素原子的L層少3個電子,Y元素原子的核外電子總數(shù)比X元素原子核外電子總數(shù)多5,則X、Y分別為________、________。答案(1)CNa(2)NMg解析(1)短周期元素的原子最多有三個電子層(K、L、M),則A元素原子的次外層只可能為K層或L層,n只可能是2或8,又因為B元素原子的L層電子數(shù)為m+n+2,而L層最多容納8個電子,所以n只可能等于2。由m+n+2=8,得m=4。故A元素原子的核外電子排布情況為K層2個電子,L層4個電子,則A為C;B元素原子的核外電子排布情況為K層2個電子,L層8個電子,M層1個電子,則B為Na。(2)根據(jù)題意,Y元素原子的核外電子總數(shù)比X元素原子的核外電子總數(shù)多5,而Y元素原子的L層電子只比X元素原子的L層電子多3個,故Y元素原子的最外層不是L層,而是M層,根據(jù)核外電子排布規(guī)律可知,其L層為次外層時只能排8個電子,則X元素原子的L層有5個電子,其原子核外電子數(shù)為2+5=7,故X為N;Y元素原子核外電子數(shù)為7+5=12,故Y為Mg。基礎(chǔ)練習(xí)題組一構(gòu)造原理與核外電子表示方法1.下列各離子的電子排布式錯誤的是()A.Na+1s22s22p6 B.F-1s22s22p6C.N3+1s22s22p6 D.O2-1s22s22p6答案C解析本題的關(guān)鍵是判斷所給的電子數(shù)與離子符號是否相符。Na+、F-、O2-都含有10個電子,A、B、D均正確;N3+含有4個電子,故C項錯誤。2.下列電子排布式表示的是基態(tài)原子核外電子排布的是()A.1s22s22p63s13p3B.1s22s22p63s23p63d104s14p1C.1s22s22p63s23p63d24s2D.1s22s22p63s23p63d104s14p2答案C解析A項,Si原子的核外電子數(shù)為14,其基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p2,錯誤;B項,Zn原子的核外電子數(shù)為30,其基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2,錯誤;C項,Ti原子的核外電子數(shù)為22,其基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2,正確;D項,Ga原子的核外電子數(shù)為31,其基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1,錯誤。3.下列硼原子軌道表示式表示的狀態(tài)中,能量最高的是()A.B.C.D.答案C4.某原子核外共有6個電子,分布在K與L電子層上,其基態(tài)原子在L層分布中正確的是()A.B.C.D.答案D解析A項中2s軌道上應(yīng)有兩個電子;B項2p軌道上的兩個電子的自旋狀態(tài)應(yīng)相同;C項違反洪特規(guī)則,電子應(yīng)盡可能占據(jù)不同軌道。5.下列各項敘述錯誤的是()A.若硫原子的軌道表示式為,違反了泡利不相容原理B.若第25號Mn元素的基態(tài)原子電子排布式為1s22s22p63s23p63d7,則違反了構(gòu)造原理C.氮原子的軌道表示式為,符合洪特規(guī)則和泡利不相容原理D.泡利不相容原理、洪特規(guī)則、構(gòu)造原理都是核外電子排布滿足能量最低的條件答案A解析若硫原子的軌道表示式為,3p軌道電子排布違反了洪特規(guī)則,故A錯誤;第25號Mn元素的基態(tài)原子電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2,若寫成1s22s22p63s23p63d7,則違反了構(gòu)造原理,故B正確;氮原子的軌道表示式為,符合洪特規(guī)則和泡利不相容原理,故C正確;泡利不相容原理、洪特規(guī)則、構(gòu)造原理都是核外電子排布滿足能量最低的條件,故D正確。題組二光譜與光譜分析6.以下現(xiàn)象與核外電子的躍遷有關(guān)的是()①霓虹燈發(fā)出有色光②棱鏡分光③激光器產(chǎn)生激光④石油蒸餾⑤凸透鏡聚光⑥燃放的焰火,在夜空中呈現(xiàn)五彩繽紛的禮花⑦日光燈通電發(fā)光⑧冷卻結(jié)晶A.①③⑥⑦ B.②④⑤⑧C.①③⑤⑥⑦ D.①②③⑤⑥⑦答案A解析①霓虹燈發(fā)出有色光,因為燈管中的稀有氣體原子吸收能量,電子發(fā)生躍遷,發(fā)射出不同顏色的光,正確;②棱鏡分光是由于不同色彩的光在玻璃中的折射率不同引起的,與電子躍遷無關(guān),錯誤;③激光的產(chǎn)生就是在外部刺激的情況下,很多高能的電子同時釋放相位和能級相同的能量,這些能量成為顏色一樣的光子,有的在激光器內(nèi)反射,繼續(xù)與電子碰撞,釋放更多的與它相同的光子,有的離開激光器,形成激光,與電子躍遷有關(guān),正確;④石油蒸餾是利用石油中各成分的沸點不同加以分離,與電子躍遷無關(guān),錯誤;⑤凸透鏡聚光是由光的折射形成的,與電子躍遷無關(guān),錯誤;⑥燃放的焰火,是因為不同金屬元素吸收能量,電子發(fā)生躍遷,形成不同顏色的光,正確;⑦日光燈通電發(fā)光,是因為原子受到激發(fā)時電子會釋放出可見光子,與電子躍遷有關(guān),正確;⑧冷卻結(jié)晶,是由于溫度降低,物質(zhì)的溶解度減小,析出溶質(zhì),與電子躍遷無關(guān)。7.元素Na的焰色反應(yīng)呈黃色,從能量變化的角度其光譜類型屬于()A.發(fā)射光譜B.吸收光譜C.連續(xù)光譜D.線狀光譜答案A解析焰色反應(yīng)是待測物的金屬元素吸收能量后,原子中的電子發(fā)生躍遷變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài),而激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定,釋放能量變?yōu)檩^低能量的激發(fā)態(tài)或基態(tài),產(chǎn)生發(fā)射光譜。8.A原子的結(jié)構(gòu)示意圖為,則X、Y及該原子3d軌道上的電子數(shù)不可能的組合是()A.18、8、0 B.20、8、0C.25、13、5 D.30、18、10答案A解析若X=18,則原子核外各層電子數(shù)分別為2、8、8,應(yīng)為Ar,故A錯誤;若X=20,則原子核外各層電子數(shù)分別為2、8、8、2,3d軌道上的電子數(shù)為0,故B正確;若X=25,則原子核外各層電子數(shù)分別為2、8、13、2,應(yīng)為Mn,3d軌道上的電子數(shù)為5,故C正確;若X=30,則原子核外各層電子數(shù)分別為2、8、18、2,應(yīng)為Zn,3d軌道上的電子數(shù)為10,故D正確。題組三核外電子排布規(guī)律的應(yīng)用9.已知元素X的基態(tài)原子最外層電子排布為nsn-1npn+2,則X元素的原子序數(shù)為()A.9B.10C.17D.18答案C解析X的基態(tài)原子最外層電子排布為3s23p5,為氯元素。10.下列各組表述中,兩個微粒一定不屬于同種元素原子的是()A.3p軌道有一個空軌道的基態(tài)原子和核外電子排布式為1s22s22p63s23p2的原子B.M層全充滿而N層為4s2的原子和核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2的原子C.最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)的原子和外圍電子排布式為4s24p5的原子D.2p軌道有一個未成對電子的基態(tài)原子和外圍電子排布式為2s22p5的原子答案B解析3p軌道有一個空軌道,說明3p上有2個電子,外圍電子排布式為3s23p2,兩微粒相同,A選項不符合題意;M層全充滿而N層為4s2,M層上有d軌道,即:3s23p63d10,是鋅元素,外圍電子排布式為3d64s2的元素是鐵元素,B選項符合題意;外圍電子排布式為4s24p5,則3d上已排滿10個電子,核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p5,最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)的的原子,可按下述方法討論:若最外層電子數(shù)為1,核外電子總數(shù)為5不可能,最外層電子數(shù)為2,核外電子總數(shù)為10不可能,只有最外層電子數(shù)為7,核外電子總數(shù)為35時合理,其電子排布式也是1s22s22p63s23p63d104s24p5,二者是同種元素的原子,C選項不符合題意;2p軌道有一個未成對電子,可以是2p1,也可以是2p5,因此二者可能屬于同種元素的原子,D項不符合題意。綜合強化11.具有如下電子層結(jié)構(gòu)的原子,其相應(yīng)元素一定屬于同一主族的是()A.3p軌道上有2個未成對電子的原子和4p軌道上有2個未成對電子的原子B.3p軌道上只有1個空軌道的原子和4p軌道上只有1個空軌道的原子C.最外層電子排布式為1s2的原子和最外層電子排布式為2s22p6的原子D.最外層電子排布式為1s2的原子和最外層電子排布式為2s2的原子答案B解析p軌道有3個原子軌道,最多可以容納6個電子,根據(jù)泡利不相容原理和洪特規(guī)則,當(dāng)p軌道上有2個電子或4個電子時,p軌道上有2個未成對電子,所以可能是第ⅣA族元素,也可能是第ⅥA族元素,故A不符合題意;p軌道上有1個空軌道,說明另外兩個軌道各容納了1個電子,加上s軌道上的2個電子,最外層是4個電子,屬于第ⅣA族元素,故B符合題意;最外層電子排布式為1s2和2s22p6的原子,二者都是稀有氣體元素,但不屬于主族元素,故C不符合題意;最外層電子排布式為1s2的原子為He,位于0族,而最外層電子排布為2s2的原子是Be,屬于第ⅡA族元素,故D不符合題意。12.下列各組原子中,彼此化學(xué)性質(zhì)一定相似的是()A.原子核外L電子層的未成對電子數(shù)與M電子層的未成對電子數(shù)相等的原子B.原子核外M電子層上僅有兩個電子的X原子與原子核外N電子層上僅有兩個電子的Y原子C.2p軌道只有1個空軌道的X原子和3p軌道只有1個空軌道的Y原子D.最外層都只有一個電子的X、Y原子答案C解析L電子層(M電子層)只有1個未成對電子的可能是Li或F(Na或Cl),L電子層(M電子層)有2個未成對電子的可能是C或O(Si或S),A項錯誤;B項中X為Mg,Y可能為Ca、Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn;C項為C()和Si();D項中最外層只有1個電子的原子中,氫原子與堿金屬元素原子化學(xué)性質(zhì)不相似。13.某元素基態(tài)原子的最外層電子數(shù)為2,價層電子數(shù)為5,并且該元素是同族中原子序數(shù)最小的元素,關(guān)于該元素的判斷錯誤的是()A.該元素基態(tài)原子的核外電子排布式為[Ar]3d34s2B.該元素為VC.該元素為第ⅡA族元素D.該元素屬于過渡元素答案C解析該元素基態(tài)原子最外層電子數(shù)為2,而價層電子數(shù)為5,說明價層電子排布為(n-1)d3ns2,并且該元素是同族中原子序數(shù)最小的元素,則該元素價層電子排布為3d34s2,為V元素,位于第ⅤB族,屬于過渡元素。14.(1)金屬鋁質(zhì)輕且有良好的防腐蝕性,在國防工業(yè)中有非常重要的作用。鋁原子核外電子云有________種不同的伸展方向,有________種不同運動狀態(tài)的電子。(2)基態(tài)鐵原子有________個未成對電子,三價鐵離子的電子排布式為________________。(3)29Cu+的外圍電子排布式為________。答案(1)413(2)41s22s22p63s23p63d5(3)3d10解析(1)Al原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p1,原子中存在s、p兩種形狀的電子云,s電子云呈球形,有1種伸展方向,而p電子云呈紡錘形,有3種伸展方向,則鋁原子核外電子云共有4種不同的伸展方向。由于每個核外電子的運動狀態(tài)都不完全相同,所以鋁原子核外共有13種不同運動狀態(tài)的電子。(2)26號元素Fe的核外電子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2,則基態(tài)Fe原子上有4個未成對的電子,當(dāng)Fe原子失去2個4s電子和1個3d電子,就得到了Fe3+,因此Fe3+的電子排布式是1s22s22p63s23p63d5。(3)29號元素Cu的簡化電子排布式為[Ar]3d104s1,原子失去電子時首先失去最外層電子,即Cu+的簡化電子排布式為[Ar]3d10,則其外圍電子排布式為3d10。15.某元素A原子的L層要比M層少6個電子,它有兩種常見的陽離子a和b(其中a的化合價大于b的化合價)。則:(1)a的M層比N層多________個電子;b的L層比M層少________個電子。a的穩(wěn)定性________(填“大于”或“小于”)b的穩(wěn)定性。(2)寫出A的電子排布式:_______________________________________________________。a的最外層電子軌道表示式為____________________________________________________。答案(1)136大

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