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-1-化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)平衡1.處理、回收CO是環(huán)境科學(xué)家探討的熱點(diǎn)課題。(1)CO用于處理大氣污染物N2O所發(fā)生的反應(yīng)為N2O(g)+CO(g)CO2(g)+N2(g)ΔH,幾種物質(zhì)的相對(duì)能量如下:物質(zhì)N2O(g)CO(g)CO2(g)N2(g)相對(duì)能量/kJ·mol-1475.52830393.5①ΔH=_-365__kJ·mol-1,變更下列“量”,肯定會(huì)引起△H發(fā)生變更的是_D__(填代號(hào))A.溫度 B.反應(yīng)物濃度C.催化劑 D.化學(xué)計(jì)量數(shù)②有人提出上述反應(yīng)可以用“Fe+”作催化劑。其總反應(yīng)分兩步進(jìn)行:第一步:Fe++N2O=FeO++N2;其次步:__FeO++CO=Fe++CO2__(寫化學(xué)方程式)。其次步反應(yīng)不影響總反應(yīng)達(dá)到平衡所用時(shí)間,由此推知,其次步反應(yīng)速率_大于__第一步反應(yīng)速率(填“大于”或“等于”)。(2)在試驗(yàn)室,采納I2O5測(cè)定空氣中CO的含量。在密閉容器中充入足量的I2O5粉末和肯定量的CO,發(fā)生反應(yīng):I2O5(s)+5CO(g)5CO2(g)+I(xiàn)2(s)。測(cè)得CO的轉(zhuǎn)化率如圖1所示。①相對(duì)曲線a,曲線b僅變更一個(gè)條件,變更的條件可能是_加入催化劑(或增大壓強(qiáng))__。②在此溫度下,該可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)K=__eq\f(x5,1-x5)__(用含x的代數(shù)式表示)。(3)工業(yè)上,利用CO和H2合成CH3OH,在1L恒容密閉容器中充入1molCO(g)和nmolH2,在250℃發(fā)生反應(yīng):CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),測(cè)得混合氣體中CH3OH的體積分?jǐn)?shù)與H2的物質(zhì)的量的關(guān)系如圖2所示。在a、b、c、d點(diǎn)中,CO的平衡轉(zhuǎn)化率最大的點(diǎn)是_d__。(4)有人提出,利用2CO(g)=2C(s)+O2(g)消退CO對(duì)環(huán)境的污染,你的評(píng)價(jià)是_不行行__(填“可行”或“不行行”)(5)CO-空氣堿性燃料電池(用KOH作電解質(zhì)),當(dāng)恰好完全生成KHCO3時(shí)停止放電。寫出此時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式:__CO-2e-+3OH-=HCOeq\o\al(-,3)+H2O__。[解析](1)①ΔH=生成物所具有的總能量-反應(yīng)物所具有的總能量=(393.5+0-475.5-283)kJ·mol-1=-365kJ·mol-1,反應(yīng)熱只與詳細(xì)反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān),與溫度、壓強(qiáng)、催化劑、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)物濃度等無關(guān),故選D。②依據(jù)催化劑定義,其次步反應(yīng)中,中間產(chǎn)物(FeO+)氧化CO生成CO2,本身被還原成Fe+,F(xiàn)eO++CO=Fe++CO2,其次步反應(yīng)對(duì)總反應(yīng)速率沒有影響,說明第一步是慢反應(yīng),限制總反應(yīng)速率,其次步反應(yīng)速率大于第一步反應(yīng)速率。(2)①曲線b和曲線a的平衡狀態(tài)相同,曲線b反應(yīng)速率較大,對(duì)于氣體分子數(shù)相同的反應(yīng),加壓可以增大濃度,正、逆反應(yīng)速率同倍數(shù)增大,加入催化劑,正、逆反應(yīng)速率同倍數(shù)增大,平衡不移動(dòng),曲線b僅變更一個(gè)條件,變更的條件可能是加入催化劑(或增大壓強(qiáng)),故答案為:加入催化劑(或增大壓強(qiáng));②設(shè)CO的起始濃度為c(對(duì)于等氣體分子數(shù)反應(yīng),體積始終不變),平衡時(shí),c(CO)=(1-x)cmol·L-1,c(CO2)=xcmol·L-1,K=eq\f(c5CO2,c5CO)=eq\f(x5,1-x5)。(3)圖2中,b點(diǎn)代表平衡點(diǎn),增大H2、CO的投料比,CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大,在a、b、c、d點(diǎn)中,CO的平衡轉(zhuǎn)化率最大的點(diǎn)是d。(4)該反應(yīng)是焓增、熵減反應(yīng),任何溫度下自由能大于0,任何溫度下不能自發(fā)進(jìn)行,故不行行。(5)負(fù)極上CO發(fā)生氧化反應(yīng)生成KHCO3,負(fù)極的電極反應(yīng)式:CO-2e-+3OH-=HCOeq\o\al(-,3)+H2O。2.在體積為2L的真空密閉容器中加人1molCaCO3,發(fā)生反應(yīng):CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)。測(cè)得二氧化碳的物質(zhì)的量濃度隨溫度的變更如圖所示。圖中曲線A表示CO2的平衡濃度與溫度的關(guān)系;B是不同溫度下,反應(yīng)經(jīng)過相同的時(shí)間時(shí),CO2物質(zhì)的量濃度的變更曲線。請(qǐng)回答下列問題:(1)已知:①CaO(s)+SO2(g)=CaSO3(s)ΔH1=-402kJ·mol-1②2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)=2CaSO4(s)+2CO2(g)ΔH2=-2762kJ·mol-1③2CaSO3(s)+O2(g)=2CaSO4(s)ΔH3=-2315kJ·mol-1則:CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的ΔH=_+178.5__kJ·mol-1(2)①溫度為T5℃時(shí),反應(yīng)CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)耗時(shí)20s達(dá)到平衡,則20s內(nèi)該反應(yīng)的反應(yīng)速率為v(CO2)=_0.01_mol/(L·s)__;反應(yīng)的平衡常數(shù)為_0.2__mol·L-1。②假如該反應(yīng)的平衡常數(shù)K值變大,該反應(yīng)_BC__(選填編號(hào))。A.肯定向逆反應(yīng)方向移動(dòng)B.在平衡移動(dòng)時(shí)正反應(yīng)速領(lǐng)先增大后減小C.肯定向正反應(yīng)方向移動(dòng)D.在平衡移動(dòng)時(shí)逆反應(yīng)速領(lǐng)先減小后增大(3)在T5℃下,維持溫度和容器體積不變,充入CO2氣體,則達(dá)到平衡時(shí)CaCO3的質(zhì)量_增大__(填“增大”“減小”或“不變”)。(4)在T5℃下,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后,再壓縮容器為1L,重新達(dá)到平衡時(shí),CO2的濃度_不變__(填“增大”“減小”或“不變”)(5)隨著溫度的上升,曲線B向曲線A靠近的緣由是_溫度上升,化學(xué)反應(yīng)速率加快,達(dá)到平衡的時(shí)間變短__。[解析](1)已知:①CaO(s)+SO2(g)=CaSO3(s)ΔH1=-402kJ·mol-1②2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)=2CaSO4(s)+2CO2(g)ΔH2=-2762kJ·mol-1③2CaSO3(s)+O2(g)=2CaSO4(s)ΔH3=-2315kJ·mol-1依據(jù)蓋斯定律,②×eq\f(1,2)-③×eq\f(1,2)-①可得:CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔH=(-2762kJ·mol-1)×eq\f(1,2)-(-2315kJ·mol-1)×eq\f(1,2)-(-402kJ·mol-1)=+178.5kJ·mol-1,故答案為:+178.5;(2)①T5℃時(shí)二氧化碳的物質(zhì)的量濃度為0.2mol/L,v(CO2)=eq\f(0.2mol/L,20s)=0.01mol/(L·s);CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)中碳酸鈣和氧化鈣都是固態(tài),則K=c(CO2)=0.2,故答案為:0.01mol/(L·s),0.2;②依據(jù)圖象可知,溫度越高,二氧化碳的物質(zhì)的量濃度越大,此反應(yīng)為吸熱反應(yīng),若要使該反應(yīng)的平衡常數(shù)K值變大,須要上升溫度,則正逆反應(yīng)速率都增大,且v(正)>v(逆),在平衡移動(dòng)時(shí)正反應(yīng)速領(lǐng)先增大后減小,故BC正確;(3)在T5℃下,維持溫度和容器體積不變,充入CO2氣體的瞬間c(CO2)增大,由于溫度不變,平衡常數(shù)K=c(CO2)不變,則平衡向著逆向移動(dòng),達(dá)到平衡時(shí)CaCO3的質(zhì)量會(huì)增大,故答案為:增大;(4)在T5℃下,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后,再壓縮容器為1L,重新達(dá)到平衡時(shí),由于溫度不變,則平衡常數(shù)K=c(CO2)不變,即平衡時(shí)CO2的濃度不變;(5)依據(jù)溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響可知,隨著溫度上升,反應(yīng)速率加快,達(dá)到平衡所須要的時(shí)間變短,所以曲線B向曲線A靠近。3.硫的化合物在化工生產(chǎn)、污水處理等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。Ⅰ.羰基硫(O=C=S)廣泛存在于以煤為原料制備的各種化工原料氣中,能引起催化劑中毒、大氣污染等。羰基硫的水解和氫解是兩種常用的脫硫方法,其反應(yīng)式分別為:a.水解反應(yīng):COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g)ΔH1=-35kJ·mol-1b.氫解反應(yīng):COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g)ΔH2已知:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)ΔH3=-42kJ·mol-1(1)完成上述氫解反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:__COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g)__ΔH=+7__kJ/mol__。(2)肯定條件下,密閉容器中發(fā)生反應(yīng)a,其中COS(g)的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度(T)的關(guān)系如圖所示。則A、B、C三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)中,v(COS)=v(H2S)的是_ABC__(填字母)。(3)反應(yīng)b的正、逆反應(yīng)的平衡常數(shù)(K)與溫度(T)的關(guān)系如圖所示,其中表示正反應(yīng)的平衡常數(shù)(K正)的是_A__(填“A”或“B”)。(4)T1℃時(shí),向容積為10L的恒容密閉容器中充入2molCOS(g)和2molH2(g),發(fā)生反應(yīng)b,則COS的平衡轉(zhuǎn)化率為__50%__。Ⅱ.礦石冶煉與含硫化合物有關(guān)。(5)將冰銅礦(主要為Cu2S和FeS相熔合而成)加熔劑(石英砂)在1200℃左右吹入空氣進(jìn)行吹煉:Cu2S被氧化為Cu2O,生成的Cu2O與Cu2S反應(yīng),生成含Cu量約為98.5%的粗銅,該過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式分別是:__2Cu2S+3O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2Cu2O+2SO2__;__2Cu2O+Cu2Seq\o(=,\s\up7(高溫))6Cu+SO2↑__。(6)廢氣中的SO2可用NaOH溶液汲取,汲取SO2后的堿性溶液還可用于Cl2的尾氣處理,汲取Cl2后的溶液仍呈強(qiáng)堿性。①汲取Cl2后的溶液中肯定存在的陰離子有OH-、_SOeq\o\al(2-,4)、Cl-__。②汲取Cl2后的溶液中可能存在SOeq\o\al(2-,3),取該溶液于試管中,滴加黃色的溴水,得到無色溶液。此試驗(yàn)不能證明溶液中含有SOeq\o\al(2-,3),理由是_NaOH溶液能跟溴單質(zhì)反應(yīng),使溶液呈無色__。[解析](1)①COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g)ΔH1=-35kJ·mol-1②CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)ΔH3=-42kJ·mol-1將方程式①-②得COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g)ΔH=(-35kJ/mol)-(-42kJ/mol)=+7kJ/mol;(2)依據(jù)方程式知,COS和H2S的化學(xué)計(jì)量數(shù)相等,則二者化學(xué)反應(yīng)速率相等,與反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)無關(guān),與溫度無關(guān),故選ABC;(3)該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),則逆反應(yīng)是放熱反應(yīng),上升溫度平衡正向移動(dòng),導(dǎo)致正反應(yīng)平衡常數(shù)增大,故選A;(4)T1℃時(shí),正逆平衡常數(shù)相等,正逆反應(yīng)平衡常數(shù)互為倒數(shù),則該溫度下正逆反應(yīng)平衡常數(shù)為1,起先時(shí)c(H2)=c(COS)=eq\f(2mol,10L)=0.2mol/L,設(shè)COS的平衡轉(zhuǎn)化率為x,可逆反應(yīng)COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g)起先(mol/L)0.20.200反應(yīng)(mol/L)0.2x0.2x0.2x0.2x平衡(mol/L)0.2-0.2x0.2-0.2x0.2x0.2x化學(xué)平衡常數(shù)K=eq\f(0.2x2,0.2-0.2x2)=1,x=0.5=50%;(5)Cu2S被氧化為Cu2O:2Cu2S+3O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2Cu2O+2SO2;Cu2O與Cu2S反應(yīng):2Cu2O+Cu2Seq\o(=,\s\up7(高溫))6Cu+SO2↑;(6)①汲取SO2后的堿性溶液還可用于Cl2的尾氣處理,亞硫酸鈉與氯氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸鈉和鹽酸,則汲取Cl2后的溶液中肯定存在的陰離子有OH-、SOeq\o\al(2-,4)、Cl-,故答案為:SOeq\o\al(2-,4)、Cl-;②滴加黃色的溴水,得到無色溶液,此試驗(yàn)不能證明溶液中含有SOeq\o\al(2-,3),理由是NaOH溶液能跟溴單質(zhì)反應(yīng),使溶液呈無色。4.CO和NO都是汽車尾氣中的有害氣體,它們?cè)诖呋D(zhuǎn)換器中能反應(yīng)生成氮?dú)夂虲O2,對(duì)此反應(yīng),下列說法中錯(cuò)誤的是(A)A.變更壓強(qiáng)不行以變更反應(yīng)速率B.運(yùn)用催化劑能同時(shí)增加正、逆反應(yīng)的速率C.增加壓強(qiáng)能增加反應(yīng)速率D.上升溫度能增加吸熱方向的反應(yīng)速率[解析]該反應(yīng)方程式為2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g);A.變更壓強(qiáng)時(shí)能引起反應(yīng)物、生成物濃度的變更,能變更反應(yīng)速率,如:恒溫條件下增大壓強(qiáng),容器體積減小,反應(yīng)物和生成物濃度都增大,反應(yīng)速率增大,故A錯(cuò)誤;B.催化劑降低反應(yīng)所需活化能,活化分子百分?jǐn)?shù)增大,所以能同等程度的增大正逆反應(yīng)速率,故B正確;C.依據(jù)A知,增大壓強(qiáng)能增大反應(yīng)速率,故C正確;D.上升溫度使部分非活化分子轉(zhuǎn)化為活化分子,增大活化分子百分?jǐn)?shù),反應(yīng)速率增大,故D正確;故選A。5.合成氨生產(chǎn)中,說法正確的是(D)A.運(yùn)用催化劑,提高原料的利用率B.采納高溫、高壓工藝提高氨的產(chǎn)率C.產(chǎn)物用水汲取,剩余氣體循環(huán)利用D.增大反應(yīng)物濃度,對(duì)v正影響更大[解析]A.加入催化劑使反應(yīng)速率加快,但平衡不移動(dòng),原料利用率不變,故A錯(cuò)誤;B.合成氨工廠通常采納高壓(20MPa~50MPa)和700K(催化劑活性高)的條件,高溫條件是催化劑的活性高,但不利于平衡的正向移動(dòng),高壓有利用平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),可提高氨的產(chǎn)率,故B錯(cuò)誤;C.平衡混合氣體是用冷水冷卻,而不是用水汲取,故C錯(cuò)誤;D.增大反應(yīng)物濃度,正、逆反應(yīng)的速率都加快,但對(duì)v正影響更大,故D正確;故選D。6.(雙選)某溫度下,在2L恒容密閉容器中投入肯定量的A、B發(fā)生反應(yīng):3A(g)+bB(g)cC(g)ΔH=-QkJ·mol-1(Q>0),12s時(shí)生成C的物質(zhì)的量為0.8mol(反應(yīng)進(jìn)程如圖所示)。下列說法中正確的是(AC)A.2s時(shí),A的平均反應(yīng)速率為0.15mol·L-1·s-1B.交點(diǎn)時(shí),A的消耗速率等于A的生成速率C.化學(xué)計(jì)量數(shù)之比b∶c=1∶2D.12s內(nèi),反應(yīng)放出0.2QkJ熱量[解析]A.圖象分析可知A的濃度變更=0.8mol/L-0.5mol/L=0.3mol/L,反應(yīng)速率v=eq\f(Δc,Δt)=eq\f(0.3mol/L,2s)=0.15mol/(L·s),故A正確;B.交點(diǎn)時(shí),隨時(shí)間變更A的濃度變更,反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài),A的消耗速率不等于A的生成速率,故B錯(cuò)誤;C.圖象分析A的濃度變更量為0.8mol/L-0.2mol/L=0.6mol/L,B的濃度變更量為0.5mol/L-0.3mol/L=0.2mol/L,生成C的濃度為eq\f(0.8mol,2L)=0.4mol/L,由此可得0.6∶0.2∶0.4=3∶b∶c,則b∶c=1∶2,故C正確;D.12s內(nèi)反應(yīng)3molA放熱QKJ,反應(yīng)A的物質(zhì)的量=(0.8mol/L-0.2mol/L)×2L=1.2mol,結(jié)合化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算,3A(g)+B(g)2C(g)ΔH=-QkJ·mol-1,1.2molA反應(yīng)放出熱量0.4QkJ,故D錯(cuò)誤;故選AC。7.某溫度下,體積肯定的密閉容器中進(jìn)行如下可逆反應(yīng):3X(g)+2Y(s)2Z(g)+W(g)ΔH>0,下列敘述錯(cuò)誤的是(D)A.上升溫度,正逆反應(yīng)速率都增大B.若單位時(shí)間內(nèi)每消耗3molX的同時(shí)消耗2molZ,則反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)C.適當(dāng)增大壓強(qiáng),化學(xué)平衡不發(fā)生移動(dòng)D.平衡時(shí),X與W的物質(zhì)的量濃度之比肯定為3∶1[解析]A.上升溫度,可以提高反應(yīng)物、生成物的活化分子百分?jǐn)?shù),正逆反應(yīng)速率都增大,故A正確;B.若單位時(shí)間內(nèi)每消耗3molX的同時(shí)生成2molZ,且同時(shí)消耗2molZ,正逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),故B正確;C.適當(dāng)增大壓強(qiáng),平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動(dòng),左右兩邊氣體系數(shù)相等,化學(xué)平衡不發(fā)生移動(dòng),故C正確;D.平衡時(shí),X與W的物質(zhì)的量濃度之比不能確定,與投料比和轉(zhuǎn)化率有關(guān),故D錯(cuò)誤;故選D。8.肯定條件下NO2與SO2可發(fā)生反應(yīng):NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)ΔH<0,將NO2與SO2以體積比1∶2置于密閉容器中反應(yīng),下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是(C)A.體系壓強(qiáng)保持不變B.混合氣體的密度保持不變C.NO2和SO2的體積比保持不變D.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變[解析]依據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答,當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),正逆反應(yīng)速率相等,各物質(zhì)的濃度、百分含量保持不變,以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變更,解題時(shí)要留意,選擇推斷的物理量,隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變更,當(dāng)該物理量由變更到定值時(shí),說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)。A.兩邊氣體計(jì)量數(shù)相等,所以體系壓強(qiáng)始終保持不變,故A錯(cuò)誤;B.混合氣體的密度始終保持不變,不能說明達(dá)平衡狀態(tài),故B錯(cuò)誤;C.將NO2與SO2以體積比1∶2置于密閉容器中反應(yīng),NO2和SO2的體積比保持不變,說明反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài),故C正確;D.氣體的總物質(zhì)的量不變,混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量始終保持不變,故D錯(cuò)誤;故選C。9.對(duì)于可逆反應(yīng)4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),下列敘述正確的是(A)A.達(dá)到化學(xué)平衡時(shí),4v正(O2)=5v逆(NO)B.若單位時(shí)間內(nèi)生成xmolNO的同時(shí),消耗xmolNH3,則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)C.達(dá)到化學(xué)平衡時(shí),若增加容器體積,則正反應(yīng)速率減小,逆反應(yīng)速率增大D.化學(xué)反應(yīng)速率關(guān)系是:2v正(NH3)=3v正(H2O)[解析]A.4v正(O2)=5v逆(NO)能證明化學(xué)反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率是相等的,達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài),故A正確;B.單位時(shí)間內(nèi)生成xmolNO,同時(shí)消耗xmolNH3,則不能說明化學(xué)反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率是相等的,只表示了正反應(yīng)方向,故B錯(cuò)誤;C.若增加容器體積即減小壓強(qiáng),化學(xué)反應(yīng)速率減慢,故C錯(cuò)誤;D.反應(yīng)速率之比等于方程式的系數(shù)之比,所以3v正(NH3)=2v正(H2O),故D錯(cuò)誤。故選A。10.在容積不變的密閉容器中存在如下反應(yīng):2SO2(g)+O2(g)2SO3(g);ΔH=-QkJ/mol(Q>0),某探討小組探討了其他條件不變時(shí),變更某一條件對(duì)上述反應(yīng)的影響,下列分析正確的是(B)[解析]A.增大氧氣濃度時(shí),三氧化硫濃度不變,則逆反應(yīng)速率瞬間不變,所以變更條件時(shí)刻,逆反應(yīng)速率曲線有接觸點(diǎn),該圖象沒有接觸點(diǎn),故A錯(cuò)誤;B.催化劑能同等程度的變更正逆反應(yīng)速率,所以平衡不移動(dòng),故B正確;C.催化劑變更正逆反應(yīng)速率但不影響平衡移動(dòng),則二氧化硫的轉(zhuǎn)化率不變,故C錯(cuò)誤;D.溫度越高反應(yīng)速率越大,則反

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