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渗透系统与渗透作用
易错归因
对渗透作用中水分子的流动方向判定不清;对“物质的量浓度”或“质量浓度”的大小比较理解不准确。
典型易错题
例1(2022·湖南衡阳·一模)如图是渗透作用达到平衡时的实验装置图。实验开始时漏斗内外液面相平,漏斗内溶液S1为0.3g/mL的蔗糖溶液,烧杯中的溶液S2为0.1 g/mL的蔗糖溶液(半透膜只能让水分子自由通过)。下列分析错误的是( )
A.渗透作用达到平衡时S1溶液和S2溶液浓度并不相等
B.若实验开始时将S1溶液和S2溶液互换,则渗透作用达到平衡时 h会不变
C.若实验起始时将一定量的水加入到烧杯中,则渗透作用达到平衡时 h会变大
D.若实验起始时漏斗内S1溶液换成0.3g/mL的葡萄糖溶液,则渗透作用达到平衡时 h会更大
【答案】B
【解析】蔗糖是不能穿过半透膜的分子,图中由于漏斗内的蔗糖溶液浓度高,因此烧杯中的水分子能通过渗透作用进入漏斗,使漏斗内液面升高,渗透平衡时 h会产生压力与漏斗内因溶液浓度差产生的压力大小相等,因此漏斗内的浓度仍然大于漏斗外,A正确;若实验开始时将S1溶液和S2溶液互换,由于S1溶液浓度大于S2溶液,因此漏斗外溶液浓度大于漏斗内溶液浓度,此时漏斗内的水分子能通过渗透作用进入烧杯内,则渗透作用达到平衡时△h会减小,B错误;若实验起始时将一定量的水加入到烧杯中,烧杯中溶液浓度减小,漏斗内外溶液浓度差增大,则渗透作用达到平衡时 h会变大,C正确;若实验起始时漏斗内S1溶液换成0.3g/mL的葡萄糖溶液,0.3g/mL的葡萄糖溶液比0.3g/mL的蔗糖溶液所含的溶质分子多,因此漏斗内外溶液浓度差增大,渗透作用达到平衡时 h会更大,D正确。故选B。
解题技巧
一、掌握“渗透作用”作用的发生——系统的水分流动:
1. 若S1溶液浓度大于S2,则单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2,外观上表现为S1液面上升。
2. 若S1溶液浓度小于S2,则情况相反,外观上表现为S1的液面下降。
3. 若S1浓度=S2浓度,水分子由S1→S2和由S2→S1的数量相等。
二、特别注意
1. 渗透系统适用于比较溶质不能透过半透膜的溶液浓度的大小。若溶质分子能通过半透膜,则先是浓度高的一侧液面升高,随后另一侧液面上升,最后达到渗透平衡。
2. 在达到渗透平衡后,只要存在液面差 h,则S1溶液浓度仍大于S2。
3. 两溶液间的水分子进行双向运动,我们只是观测出由水分子双向运动的差所导致的液面改变。
4. 溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度,如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液的质量浓度相同,但物质的量浓度是10%蔗糖溶液小于10%葡萄糖溶液(蔗糖的相对分子质量大于葡萄糖),故水分子由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
同类题练习
1.(2022·湖南·岳阳市教育科学技术研究院二模)图甲表示由磷脂分子合成的人工膜的结构示意图,图乙表示人的红细胞膜的结构示意图及葡萄糖和乳酸的跨膜运输情况,图丙中A为1 mol/L的葡萄糖溶液,B为1 mol/L的乳酸溶液。下列说法正确的是( )
A.图丙中的半透膜若采用甲为材料,则液面不再变化时,左右两侧液面相等
B.若图乙所示细胞处于无氧环境中,则图中葡萄糖和乳酸的跨膜运输会停止
C.若图甲中贯穿有图乙的蛋白质①,再用作图丙的半透膜,则液面不再变化时,左侧液面高于右侧液面
D.若图甲中贯穿有图乙的蛋白质②,再用作图丙的半透膜,则液面不再变化时,左侧液面高于右侧液面
2.(2021·河南·模拟预测)如图所示U形管两侧分别装有质量浓度相同的蔗糖溶液和葡萄糖溶液,U形管两侧溶液初始液面相同,在U形管底部中间位置有一半透膜。半透膜的透性有两种情况,Ⅰ:半透膜只允许水分子通过,不允许葡萄糖和蔗糖分子通过;Ⅱ:半透膜允许水分子和葡萄糖分子通过,不允许蔗糖分子通过。一段时间后,观察两种情况下U形管液面的变化。下列叙述正确的是( )
A.I:右侧液面高于左侧液面,达到动态平衡时,右侧溶液浓度大于左侧溶液浓度
B.I:左侧液面高于右侧液面,达到动态平衡时,左侧溶液浓度大于右侧溶液浓度
C.Ⅱ:左侧液面先升高,而后右侧液面升高且高于左侧,达到动态平衡时,左侧溶液浓度大于右侧溶液浓度
D.Ⅱ:右侧液面先升高,而后左侧液面升高且高于右侧,达到动态平衡时,左侧溶液浓度大于右侧溶液浓度
3.(2022·浙江·模拟预测)图甲表示一个渗透作用装置,将半透膜袋缚于玻璃管下端,半透膜袋内部装有60 mL质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液;图乙表示放置在某溶液中的植物细胞失水量的变化情况。下列有关叙述错误的是( )
A.图甲中,平衡时半透膜两侧浓度不会相等
B.图乙从O点到B点,一直有水进入细胞
C.图甲中,若将蔗糖溶液换为相同质量浓度的淀粉溶液,玻璃管内的液面高度会改变
D.图乙表示的植物细胞在某溶液中处理的10 min内发生质壁分离,10 min后发生质壁分离复原
4.(2022·河北·模拟预测)下图是渗透装置示意图,在长颈漏斗的开口端有一层半透膜,半透膜不允许蔗糖分子通过,但水分子和离子可以自由通过。下列叙述错误的是( )
A.渗透作用发生的条件是具有半透膜和浓度差,成熟的植物细胞可以看作是一个渗透系统
B.若漏斗内是加入红墨水的蔗糖溶液,液面上升的原因是水分子只能单一方向地进入漏斗
C.图中漏斗液面达到稳定后,半透膜两侧的溶液浓度不相等
D.将装置中蔗糖溶液换成KNO3 溶液后,观察到的现象与图示不同
5.(2022·重庆·一模)如图甲、乙为两个渗透装置。甲图是发生渗透作用时的初始状态,乙图是较长时间之后的状态。下列有关叙述错误的是( )
A.图中③为半透膜,水分子能自由通过
B.图乙中溶液①的浓度与溶液②的浓度相等
C.图甲中溶液②的浓度大于溶液①的浓度
D.图甲中溶液①和②浓度差越大,则图乙中的水柱越高
6.(2021·重庆·模拟预测)淡化海水可以采用反渗透技术。反渗透技术通过对半透膜一侧的海水施加压力,让水分子可以通过半透膜,但其他物质不能通过,如图所示。下列说法错误的是( )
A.动物细胞的细胞膜和植物细胞的原生质层相当于一层半透膜
B.反渗透技术淡化海水时,水分子从低浓度溶液移向高浓度溶液
C.反渗透技术淡化海水一段时间后,图中淡水一侧的液面上升
D.在未施加压力的情况下,水分子总体从淡水向海水移动
7.(2022·福建·模拟预测)如图甲、乙所示是渗透作用装置,其中半透膜为膀胱膜(蔗糖分子不能通过,水分子可以自由通过)。图中溶液A、B、a、b均为蔗糖溶液,实验开始前其浓度分别用MA、MB、Ma、Mb表示。一段时间达到平衡后,甲、乙装置中漏斗的液面上升高度分别为 h1、h2,下列正确的是( )
A.若Ma=Mb>MA>MB,则 h1>h2 B.若h1>h2,MA=MB,则 MaC.若h1>h2,MA=MB,则 Ma>Mb D.一段时间后,漏斗内外的溶液浓度相等
8.(2022·河北·武安市第一中学模拟预测)在无任何相反压力时,渗透吸水会使细胞膨胀甚至破裂,不同的细胞用不同的机制解决这种危机。下图表示高等动物、高等植物与原生生物细胞以三种不同的机制避免渗透膨胀,据此推断下列说法正确的是( )
A.动物细胞避免渗透膨胀需要转运蛋白的协助
B.植物细胞吸水达到渗透平衡时,细胞内外溶液浓度相等
C.若将原生生物置于高于其细胞质浓度的溶液中,其收缩泡的伸缩频率会升高
D.三种细胞发生渗透吸水的原理均为细胞膜相当于半透膜
9.(2021·全国·高三专题练习)下图中E、F、G为3个半透膜制成的透析袋,透析袋E中装有溶液甲,透析袋F和G中装有溶液乙。E、F、G3个透析袋的上端分别与口径相同的小玻璃管e、f、g连接。开始时3个小玻璃管内的液面高度相同。透析袋E和F的容积相同,但G的容积较大。3个透析袋均置于盛有溶液丙的大烧杯中。已知3种溶液的浓度高低顺序为甲<乙<丙。请回答:一段时间后,下图中能显示f管和g管内液面变化趋势的是A、B、C、D中的哪组曲线?( )
10.(2021·全国·高三专题练习)图1表示半透膜对淀粉和葡萄糖的透性不同,图2是依据图1设计的相关实验。下列有关叙述正确的是( )
A.图甲中液面a将持续上升 B.图甲中液面a将先上升后下降
C.图乙中液面b将持续上升 D.图乙中液面b将先上升后下降
11.(2021·全国·高三专题练习)分别将淀粉溶液和葡萄糖溶液装入半透膜制成的透析袋内,再将透析袋置于清水中。装置静置一段时间后,A组在清水中加入适量碘―碘化钾溶液,B组在清水中加入本尼迪特试剂。下列叙述正确的是( )
A.A试管透析袋涨大
B.A试管透析袋外的溶液将变蓝
C.B试管透析袋外出现红黄色沉淀
D.B试管透析袋内葡萄糖浓度增大
12.(2021·全国·高三专题练习)如图为常见的两套渗透装置,图中S1为0.3 mol·L-1的蔗糖溶液、S2为蒸馏水、S3为0.3 mol·L-1的葡萄糖溶液;已知葡萄糖能通过半透膜,但蔗糖不能通过半透膜;两装置半透膜面积相同,初始时液面高度一致,A装置一段时间后再加入蔗糖酶。下列有关叙述错误的是( )
A.实验刚刚开始时,装置A和装置B中水分子从S2侧进入另一侧的速度一样
B.装置B的现象是S3溶液液面先上升后下降,最终S3和S2溶液液面持平
C.漏斗中液面先上升,加酶后继续上升,然后开始下降
D.若不加入酶,装置A、B达到渗透平衡时,S1溶液浓度小于S3溶液浓度
13.(2021·全国·高三专题练习)小明用玻璃槽、饱和蔗糖溶液和清水做如图所示的实验装置,进行生物膜透性的模拟实验。甲、乙两槽间的隔板中央的圆圈为玻璃纸,玻璃纸是一种半透膜,蔗糖分子不能通过,而水分子能自由通过。几小时后,发现( )
A.甲槽内水的体积减小 B.乙槽内溶液的浓度增大
C.甲槽内水的体积无变化 D.乙槽内溶液的浓度无变化
同类题练习参考答案
1.A 【解析】据图分析,图甲表示磷脂双分子层;图乙中葡萄糖的运输方式是协助扩散,运输方向是高浓度运输到低浓度,需要载体,不需要能量;乳酸的运输方式是主动运输,逆浓度梯度运输、需要载体和能量;图丙代表渗透作用的装置,水分的运输方向是低浓度(水分子多)运输到高浓度,由于两侧浓度相同,所以液面不发生变化。在单位体积的1 mol/L的葡萄糖溶液和1 mol/L的乳酸溶液中,溶质分子数相等,水分子数也相等,葡萄糖分子和乳酸分子都不能通过以磷脂双分子层构成的半透膜,因此如果用图甲所示人工膜作为图丙中的半透膜,则液面不再变化时,左侧液面等于右侧液面,A正确;葡萄糖进入哺乳动物成熟的红细胞是协助扩散,不需要能量,乳酸的跨膜运输是主动运输,消耗能量。人的红细胞虽然只能进行无氧呼吸,但也可以产生少量能量,故图乙所示细胞放在无氧环境中,葡萄糖的跨膜运输不受影响,乳酸的跨膜运输会受到影响,B错误;如果在图甲所示人工膜上贯穿上图乙的蛋白质①,蛋白质①是运输葡萄糖的载体,葡萄糖会由A侧运向B侧,B侧渗透压升高,水分子由A向B移动,造成A侧液面降低,B侧液面升高,即左侧液面低于右侧液面,C错误;如果在图甲所示人工膜上贯穿上图乙的蛋白质②,由于乳酸的运输是主动运输,没有能量不能进行,所以液面不再变化时,左侧液面等于右侧液面,D错误。故选A。
2.B 【解析】根据题意和图示分析可知:两侧溶液的质量浓度相同,但由于蔗糖是二糖,分子量大于葡萄糖,因此左侧溶液的摩尔浓度高于右侧,因此水从右侧进入左侧,左侧液面上升;加入蔗糖酶后,蔗糖酶将蔗糖分解成1分子的葡萄糖+1分子果糖,使右侧的摩尔浓度高于左侧,导致水从在左侧进入右侧,使右侧液面上升。质量浓度相同的蔗糖溶液和葡萄糖溶液,由于相对分子质量不同,蔗糖的物质的量浓度小于葡萄糖的物质的量浓度,即单位体积蔗糖溶液中水分子数多于葡萄糖溶液中的水分子数。在I情况下,水分子从蔗糖溶液向葡萄糖溶液扩散的多,导致左侧液面高于右侧液面,到动态平衡时,左侧溶液浓度大于右侧溶液浓度,A错误,B正确;在Ⅱ情况下,由于单位体积蔗糖溶液中水分子数少于葡萄糖溶液中水分子数,左侧液面先升高,由于葡萄糖也能通过半透膜,最终右侧溶液物质的量浓度更高,导致右侧液面升高且高于左侧液面,达到动态平衡时,右侧溶液浓度大于左侧溶液浓度,CD错误。故选B。
3.D 【解析】渗透装作用是指水分通过半透膜,从溶质浓度低的溶液向溶质浓度高的溶液的转移现象;据图甲分析,漏斗内为0.3 g/mL的蔗糖溶液,而烧杯内为清水,由于半透膜两侧存在浓度差,装置发生渗透作用,导致漏斗内液面上升。乙图中植物细胞在一定浓度的某溶液中细胞失水量先增加后减少,最后还会吸水,说明在该溶液中发生了质壁分离的自动复原现象。图甲中,平衡时半透膜两侧浓度不会相等,漏斗内溶液浓度高于烧杯中的清水,A正确;在发生渗透作用的时候,水分子是双向运动。图乙从O点到B点,细胞先发生质壁分离,后发生质壁分离的自动复原,一直有水进入细胞,B正确;图甲中,若将蔗糖溶液换为相同质量浓度的淀粉溶液,物质的量浓度降低,半透膜两侧的浓度差变小,玻璃管内的液面高度会下降,C正确;图乙表示的植物细胞在某溶液中处理的10min内处于质壁分离状态,但从A点细胞的失水量开始减少,说明此时细胞已经开始吸水,到10min时,细胞已经处于复原的状态,D错误。故选D。
4.B 【解析】 渗透作用是指水分子等溶剂分子通过半透膜从高浓度一侧运输到低浓度一侧;渗透作用发生的条件是具有半透膜和浓度差。成熟植物细胞中的原生质层可以看作一层半透膜,细胞液与外界溶液均具有一定的浓度,可以看作一个渗透系统,A正确;漏斗内液面上升的原因是水分子进入漏斗的速度比出漏斗的速度快,B错误;由于液柱差的存在,图中漏斗液面达到稳定后,半透膜两侧的溶液浓度不相等,漏斗外是清水,漏斗内是蔗糖溶液,C 正确;将蔗糖溶液换成 KNO3 溶液后,由于 K+ 和 NO3- 可以通过半透膜,最终液面不会上升,观察到的现象与图示不同,D 正确。故选B。
5.B 【解析】渗透作用是指水分子等溶剂分子通过半透膜从低浓度一侧运输到高浓度一侧。渗透作用发生的条件是具有半透膜和膜两测的溶液具有浓度差。1、半透膜可以是生物性的选择透过性膜,如细胞膜,也可以是物理性的过滤膜,如玻璃纸。2、半透膜两侧的溶液具有浓度差。浓度差的实质是单位体积溶液中溶质分子数的差,即物质的量浓度之差,即摩尔浓度而不是质量浓度。图甲中③代表半透膜,水分子较小能自由通过,而大分子不能通过,A正确;由于漏斗内液柱压力的作用,当液面不再上升时,小分子进出达到平衡,但溶液②的浓度依然大于溶液①的浓度,B错误;图甲和图乙比较,漏斗内液面上升,说明漏斗内溶液②浓度高于烧杯中溶液①,C正确;图甲中溶液①和②浓度差越大,则水分跨膜运输的数量越多,则图乙中的水柱上升得越高,D正确。故选B。
6.B 【解析】动物细胞的细胞膜和植物细胞的原生质层都有选择透过性,相当于一层半透膜,A正确;反渗透技术通过对半透膜一侧的海水施加压力,让水分子可以通过半透膜,故淡化海水时,水分子从高浓度溶液移向低浓度溶液,B错误;反渗透技术淡化海水一段时间后,淡水中水分子增多,图中淡水一侧的液面上升,C正确;在未施加压力的情况下,海水中的浓度更大,水分子总体从淡水向海水移动,D正确。故选B。
7.C 【解析】水分子运输方式是自由扩散,其动力是浓度差,且总是由从低浓度溶液向高浓度溶液运输。若Ma=Mb>MA>MB,则甲吸收的水分少于乙,所以h1<h2,A错误;若h1>h2,说明甲吸收水分多于乙,即甲半透膜两侧溶液的浓度差大于乙半透膜两侧的溶液浓度差,而MA=MB,则说明Ma>Mb,B错误;C正确;一段时间后,当液面不再升高时,水分的进出达到动态平衡,则A→a与a→A、B→b与b→B的水分子扩散速率均相等,但漏斗内外的溶液浓度不相等,D错误。故选C。
8.A 【解析】分析图示可知,动物细胞通过将细胞内的离子运输到细胞外而抵抗过度吸水而涨破。植物细胞的细胞壁伸缩性较小,因为细胞壁的作用植物细胞不能过度吸水而涨破。原生生物通过形成收缩泡将细胞内的水分向外释放,从而抵抗过度吸水而涨破。动物细胞避免渗透膨胀需要转运蛋白将离子转运到细胞外,以减小细胞内液的渗透压,防止细胞渗透吸水涨破,A正确;植物细胞在低浓度溶液中会发生吸水,但是由于细胞壁的支撑作用,吸水到一定程度后达到平衡,但此时细胞外溶液浓度仍可能小于细胞液浓度,B错误;原生动物生活在低渗溶液中,会通过收缩泡将多余的水排到细胞外,若将原生动物置于高于细胞质浓度的溶液中,其收缩泡的伸缩频率会降低,C错误;动物细胞和原生动物发生渗透吸水的原理均为细胞膜相当于半透膜,而植物细胞发生渗透吸水的原理是原生质层相当于半透膜,D错误。故选A。
9.A 【解析】液体浓度的大小与水势的高低成反比,即液体浓度越大,水势越低;液体浓度越小,水势越高,且水有从高水势流向低水势的趋势。根据渗透作用原理,由于溶液丙浓度大于溶液乙的浓度,所以透析袋F、G都失水,液面都下降。由于透析袋G的体积比透析袋F大,与溶液甲的接触面积大,这样相同时间透析袋G失去的水就比透析袋F多,又由于透析袋F、G上端玻璃管的口径相同,所以g管内液面下降速度比f快。故选A。
10.D 【解析】分析图解:图1可以看出,葡萄糖可以通过半透膜,而淀粉不能透过半透膜。甲图中半透膜两侧是清水和淀粉溶液,存在浓度差,发生渗透作用,刚开始导致水柱升高,到一定高度后,由于液面高度差的存在,导致水柱不再升高。乙图中半透膜两侧是清水和葡萄糖溶液,存在浓度差也发生渗透作用,刚开始导致水柱升高,当半透膜两侧的水分子达到动态平衡后,葡萄糖也能透过半透膜,并且也要在半透膜两侧达到动态平衡,所以使水柱又下降。甲图中半透膜两侧是清水和淀粉溶液,存在浓度差,发生渗透作用,刚开始导致水柱升高,到一定高度后,由于液面高度差的存在,导致水柱不再升高,A错误;图甲中a液面先上升,然后停止,B错误;乙图中半透膜两侧是清水和葡萄糖溶液,存在浓度差也发生渗透作用,刚开始导致水柱升高,当半透膜两侧的水分子达到动态平衡后,葡萄糖也能透过半透膜,并且也要在半透膜两侧达到动态平衡,所以使水柱又下降,C错误,D正确。故选D。
11.A 【解析】渗透作用发生的条件:一是具有半透膜;二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。宏观上,水分子总是通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。用半透膜制成的透析袋,淀粉等大分子物质不能透过,葡萄糖等小分子则能透过。淀粉不能透过透析袋,在A试管中,将装有淀粉溶液的透析袋置于清水中,由于淀粉溶液的浓度大于清水,所以水分子会进入透析袋内,使透析袋内水分增多,导致透析涨大,A正确;A组装置静置一段时间后,在清水中加入适量碘―碘化钾溶液,因淀粉是大分子物质,不能通过透析袋进入清水中,所以A试管透析袋外的溶液(清水)不会变蓝,B错误;还原性糖与本尼迪特试剂发生作用,在水浴加热的条件下会生成红黄色沉淀,在B试管中,虽然葡萄糖能通过透析袋而进入清水中,但因没有进行水浴加热,所以B组在清水中加入本尼迪特试剂后,B试管透析袋外不会出现红黄色沉淀,C错误;在B试管中,将装有葡萄糖溶液的透析袋置于清水中,因葡萄糖能透过透析袋,所以静置一段时间后,B试管透析袋内葡萄糖浓度会减少,D 错误。故选A。
12.D 【解析】渗透作用的原理是水分子等溶剂分子由单位体积中分子数多的一侧透过半透膜向单位体积内分子数少的一侧扩散,如图装置A中烧杯中S2为蒸馏水,而漏斗中S1为0.3mol/L的蔗糖溶液,所以烧杯中单位体积内水分子数多于漏斗中单位体积内的水分子数,所以水分子会透过半透膜由烧杯向漏斗内渗透,使漏斗内液面上升;同理,B装置中起始半透膜两侧溶液浓度不等,水分子仍然会发生渗透作用。根据渗透作用的原理,实验刚刚开始时,由于装置A和装置B中半透膜两侧的溶液浓度差分别相同,所以水分子从S2侧进入另一侧的速度一样,A正确;由于葡萄糖能通过半透膜,所以装置B的现象是S3溶液液面先上升后下降,最终S3和S2溶液液面持平,B正确;装置A因渗透作用,水分子进入漏斗使液面上升,加酶后,漏斗中溶液浓度继续增大,液面会继续上升,但是由于蔗糖被水解酶催化为葡萄糖和果糖,其中由于葡萄糖能透过半透膜,所以漏斗内溶液浓度减小,而烧杯中溶液浓度增大,故漏斗中液面开始下降,C正确;装置A达到渗透平衡后,由于漏斗中溶液存在重力势能,所以S1溶液浓度仍大于S2溶液浓度,装置B中由于葡萄糖能透过半透膜,最后两侧的葡萄糖溶液浓度相等,由于装置A中烧杯内的蒸馏水不可能进入到漏斗中,所以最后漏斗中蔗糖溶液浓度大于“U”型管两侧的葡萄糖溶液浓度,即S1溶液浓度大于S3溶液浓度,D错误。故选D。
13.A 【解析】根据题意和图示分析可知:甲槽内是清水,乙槽内是饱和的蔗糖溶液,水分的运输方向是低浓度向高浓度,因此甲槽内水的体积减少,乙槽内溶液的体积增加。根据题意,玻璃纸只能让水分子通过,而蔗糖分子不能透过,乙槽溶液浓度高于甲槽,则从甲槽进入乙槽的水分子数多于从乙槽到甲槽的水分子数,所以几小时后,甲槽内水的体积减少,乙槽内溶液的体积增多,乙槽内溶液的浓度减小,A正确。故选A。
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