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(共50张PPT)
[学习目标]
1.结合实例认识无机非金属材料的组成、性能与应用之间的联系。
2.结合真实情境中的应用实例，了解硅酸盐、硅和二氧化硅的主要性质。
3.通过新型无机非金属材料的学习，认识新型无机非金属材料在生产中的应用。
1.无机非金属材料
(1)组成元素：多含有__、__等元素。
(2)分类：____无机非金属材料、新型无机非金属材料。
(3)性能：具有耐高温、抗腐蚀、硬度___等特点，以及特殊的光学、电学等性能。
(4)应用领域：日常生活应用、航空、航天、信息和新能源等领域。
2.传统无机非金属材料——硅酸盐材料
(1)硅酸盐及其结构
①硅酸盐的概念
硅酸盐是由硅、氧和金属等元素组成的化合物的总称。它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。
硅
氧
传统
高
②硅酸盐的结构
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧________，其结构如图所示。每个Si结合__个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角。

③硅酸盐的特性
硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度___、熔点高、___溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。
四面体
4
大
难
(2)三种常见的硅酸盐产品
硅酸盐产品 原料 主要设备 主要成分
陶瓷 黏土 — Al2O3·2SiO2·2H2O
玻璃 ____________________ 玻璃窑 Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
水泥 石灰石、黏土 水泥回转窑 硅酸二钙2CaO·SiO2
硅酸三钙3CaO·SiO2
铝酸三钙3CaO·Al2O3
纯碱、石灰石、石英砂
[正误判断]　（正确的打“√”，错误的打“×”）。
(1)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物( )
(2)汉代烧制出的“明如镜，声如磬”的陶瓷，其主要原料是黏土( )
(3)生产玻璃、水泥、陶瓷的原料中都有石灰石( )
(4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行( )
(5)玻璃和水泥生产中都发生了复杂的物理和化学变化( )
×
√
×
√
√
1.下列物质不属于硅酸盐的是(　　)
A.黏土 B.石英
C.Al2Si2O5(OH)4 D.Mg2SiO4
解析　硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，黏土、Al2Si2O5(OH)4、Mg2SiO4均是硅酸盐，石英是二氧化硅，属于酸性氧化物。
B
2.下列关于硅酸盐材料的说法错误的是(　　)
A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷
B.生产陶瓷的主要原料是黏土
C.普通玻璃的主要成分只有SiO2
D.硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料
解析　普通玻璃的主要成分为硅酸钙、硅酸钠、二氧化硅。
C
3.化学版《青花瓷》中所描绘的“蓝色絮状的沉淀跃然试管底，铜离子遇氢氧根，再也不分离”“无色酚酞面对碱羞涩脸绯红，紫色石蕊遇到碱，青蓝慢淡出”等现象大家耳熟能详，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡（BaCuSi2Ox，铜为＋2价），下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是(　　)
A.可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2
B.性质稳定，不易脱色
C.易溶解于强酸和强碱
D.x等于6
C
解析　在硅酸铜钡中铜元素化合价为 ＋2，硅元素化合价为＋4，氧元素的化合价为－2价，钡元素的化合价为＋2价，则由化学式 BaCuSi2Ox，根据化合物中正负化合价的代数和为0可得：(＋2)＋(＋2)＋(＋4)×2＋(－2)×x＝0，解得x＝6。硅酸盐用氧化物形式表示时，书写顺序为：活泼金属氧化物、较不活泼金属氧化物、二氧化硅、水，所以硅酸铜钡用氧化物形式表示：BaO·CuO·2SiO2，故A、D正确；BaCuSi2O6中铜显＋2价，Cu2+显蓝色，二价铜离子不容易被还原，所以性质较稳定，不容易褪色，故B正确；BaCuSi2O6是弱酸盐，所以能和强酸反应，和强碱不反应，故C错误。
[名师点睛]
硅酸盐氧化物形式的改写方法
一、硅和二氧化硅
1.硅
(1)硅元素的存在与结构
存在 原子结构示意图 周期表中位置
含量 存在形态
地壳中居第__位 氧化物和硅酸盐
_________ 第__周期第____族
三
ⅣA
二
(2)高纯硅的制备
(3)硅的用途
单质硅是应用最广泛的_______材料，高纯硅广泛用于信息技术（如硅晶片是生产芯片的基础材料）和新能源技术（如太阳能电池板）等领域。
半导体
2.二氧化硅
(1)物理性质
熔点___；硬度___；溶解性：不溶于水。
(2)化学性质
(3)主要用途
SiO2用于生产_________。
高
大
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
光导纤维
二、新型陶瓷
(1)组成：不再限于传统的硅酸盐体系。
(2)特性和功能：在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
(3)碳化硅(SiC)俗称________，硬度大，可用作砂纸和砂轮的磨料；具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。
(4)常见类型：
①高温结构陶瓷，原料为碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。
②压电陶瓷，原料为钛酸盐和锆酸盐，实现机械能与电能的相互转化。
③透明陶瓷，有氧化铝、氟化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优良的光学性能、耐高温、绝缘性好。
④超导陶瓷，在某一临界温度下电阻为零，具有超导性。
金刚砂
三、碳纳米材料
碳纳米材料主要包括碳纳米管、富勒烯、_______等，广泛应用于能源、信息、医药等领域。
新型材料 结构或性能 意义或用途
富勒烯 由_______构成的一系列笼形分子的总称，C60是富勒烯的代表物 C60的发现开启了碳纳米材料研究和应用的新时代
碳纳米管 ①由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。
②比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能 可用于生产复合材料、电池和传感器等
石墨烯 ①只有一个碳原子直径厚度的单层石墨。
②电阻率低、热导率高，具有很高的强度 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等
石墨烯
碳原子
[自我思考]
1.单质硅既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸(HF)反应，试写出反应的化学方程式。
提示　Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
2.实验室里如何盛放氢氟酸？为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放NaOH溶液？
提示　用塑料瓶盛放氢氟酸，不能用玻璃瓶盛放，原因是HF能腐蚀玻璃；NaOH能与磨口玻璃塞中的SiO2反应，生成具有黏性的Na2SiO3，把玻璃塞与瓶口黏在一起，不易打开。
[正误判断]　（正确的打“√”，错误的打“×”）。
(1)石英砂可用于生产单晶硅( )
(2)晶体硅熔点高、硬度大，故可用作半导体材料( )
(3)晶体硅用于半导体材料可生产芯片，二氧化硅可用来生产光导纤维( )
(4)晶体硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料都属于新型无机非金属材料( )
√
×
√
√
1.光导纤维已成为信息社会必不可少的高技术材料。下列物质用于制造光导纤维的是(　　)
A.金刚石 B.大理石
C.铝合金 D.二氧化硅
解析　用于制造光导纤维的材料是二氧化硅。
D
2.石墨烯可看作是石墨的层状结构一层一层地剥开得到的单层碳原子，它既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高出百倍，同时表现出良好的导电性能（如图）。下列关于石墨烯的说法正确的是(　　)
A.石墨烯是一种新型的纳米化合物
B.石墨烯与C60互为同素异形体
C.石墨烯的结构中所有原子不可能处于同一平面
D.石墨制取石墨烯的过程是化合反应
B
解析　A项，石墨烯是由一种元素组成的纯净物，属于单质，错误；B项，石墨烯与C60是由碳元素组成的不同的单质，互为同素异形体，正确；C项，石墨烯可看作是石墨的层状结构一层一层地剥开得到的单层碳原子，所以石墨烯的结构中部分碳原子处于同一平面，错误；D项，石墨制成石墨烯，反应物与生成物均是一种，所以不属于化合反应，错误。
3.无机非金属材料中，硅一直扮演着重要的角色。下列有关硅及其化合物的说法中正确的是(　　)
A. Si最外层有四个电子，位于元素周期表的第三周期第ⅤA族
B.SiO2是酸性氧化物，可以与水反应：SiO2＋H2O===H2SiO3
C.硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在
D.碳化硅具有优异的耐高温性能是因为碳原子和硅原子通过离子键连接，硬度很大
解析　Si最外层有四个电子，位于元素周期表的第三周期第ⅣA族，A错误；SiO2是酸性氧化物，可与碱反应生成盐和水，但不能与水反应，B错误；硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在，C正确；碳化硅具有优异的耐高温性能是因为碳原子和硅原子通过共价键连接，硬度很大，D错误。
C
[名师点睛]
硅及其化合物的“反常”
(1)非金属的单质与碱反应一般无H2放出，但Si能跟强碱溶液反应放出H2。
(2)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但Si能跟氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
(3)非金属氧化物的晶体中一般有分子，但SiO2晶体只含有O、Si原子。
(4)酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2能与氢氟酸反应生成SiF4气体。
(5)无机酸一般易溶于水，但H2SiO3却难溶于水。
1.自然界中硅元素主要以硅酸盐和二氧化硅的形式存在于地壳中。下列有关硅元素的说法正确的是(　　)
A.水泥、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品
B.制造太阳能电池板的主要材料是二氧化硅
C.芯片的主要材料是单晶硅
D.陶瓷和玻璃都使用共同的原料石灰石
解析　水晶、玛瑙主要成分为二氧化硅，是氧化物，不是硅酸盐，A错误；太阳能电池板的主要材料是硅，不是二氧化硅，B错误；晶体硅为良好的半导体材料，可用于制造芯片，C正确；石灰石是制备玻璃、水泥等物质的工业原料之一，陶瓷原料主要是黏土，D错误。
C
2.（2025·无锡高一检测）下列物质性质与用途具有对应关系的是(　　)
A.晶体硅熔点高，可用于制作半导体材料
B.SiO2硬度大，可用于制作光导纤维
C.碳化硅硬度大，可用作砂纸、砂轮的磨料
D.硅酸钠耐热性好，它的水溶液常用作黏合剂
解析　晶体硅是良好的半导体，常用于制作半导体材料，与熔点高无关，A错误；二氧化硅具有良好的导光性能，常用于制作光导纤维，与硬度大无关，B错误；碳化硅是硬度大的新型无机非金属材料，常用作砂纸、砂轮的磨料，C正确；硅酸钠溶液具有良好的黏结性，常用作黏合剂，与耐热性好无关，D错误。
C
3.碳纳米管是由石墨烯卷曲成的单层或多层的直径为2～20 nm的中空管状结构。下列说法不正确的是(　　)
A.碳纳米管是一种胶体
B.石墨烯卷成管状结构发生了化学变化
C.根据碳纳米管的形状可推测它可能用作催化剂的载体
D.石墨烯和碳纳米管在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景
解析　碳纳米管是碳的单质，而胶体是混合物，A错误；石墨烯和碳纳米管是两种结构不同的单质，所以石墨烯卷成管状结构发生了化学变化，B正确；碳纳米管具有中空管状结构，可以支撑催化剂活性组分，使活性组分得到分散，因此可推测它可能用作催化剂的载体，C正确；石墨烯和碳纳米管在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景，D正确。
A
4.硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
(1)下列物质不属于硅酸盐材料的是　 　 　。
A.陶瓷 B.玻璃 C.水泥 D.生石灰
(2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2和CO2都属于酸性氧化物，性质相似，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　，工艺师常用______
（填物质名称）来雕刻玻璃，其反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作　　　　。
D
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
氢氟酸
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
防火剂
C
SiO2
解析　(1)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含硅元素，不属于硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。(4)制备硅单质的反应中，C被氧化；SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2是氧化剂。
1.下列物质中，不含有硅酸盐的是(　　)
A.水玻璃 B.硅芯片
C.黏土 D.普通水泥
解析　水玻璃中含有硅酸钠，普通水泥中含有硅酸钙、铝酸钙，黏土含有复杂的硅酸盐，硅芯片中含的是硅单质。
B
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2.下列说法正确的是(　　)
A.富勒烯是碳纳米材料，C60是有机物
B.碳纳米管属于胶体
C.碳纳米管的比表面积大，可用于生产复合材料
D.石墨烯具有纳米尺度的直径
解析　C60是单质，不属于有机物，A错误；碳纳米管具有纳米尺度的直径，但不是胶体，其比表面积大，具有相当高的强度，可用于生产复合材料，而石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，B、D错误，C正确。
C
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3.（2025·湖州高一检测）下列说法不正确的是(　　)
A.晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维
B.加入适量的石膏可以调节水泥的硬化速率
C.普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料的
D.天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅
解析　硅不常用于制造光导纤维，常用于制造光导纤维的是二氧化硅，A错误；为调节水泥的硬化速率，向水泥中加入适量的石膏，石膏加入越多，水泥凝固越慢，B正确；生产普通玻璃的原料是石灰石、石英、纯碱，C正确；石英、水晶、硅石、沙子的主要成分均为二氧化硅，D正确。
A
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4.下列有关物质的性质或应用的说法不正确的是(　　)
A.二氧化硅是生产光纤制品的基本原料
B.硅酸不溶于水，可溶于NaOH溶液
C.Na2O、Na2O2与CO2反应产物相同
D.SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应
解析　A项，光导纤维的主要成分为二氧化硅，正确；B项，硅酸与NaOH溶液反应生成易溶于水的Na2SiO3，正确；C项，氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠，过氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气，二者产物不同，不正确，符合题意；D项，二氧化硅是酸性氧化物，能和氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，正确。
C
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5.用胶头滴管向用石蜡围成的“Spark”凹槽内注入某溶液，即可在玻璃上刻蚀出“Spark”的字样，则该溶液是(　　)

A.盐酸 B.氢氟酸
C.烧碱 D.饱和食盐水
解析　能腐蚀玻璃的是氢氟酸，反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
B
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6.硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是(　　)
A.氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4
B.碳化硅(SiC)的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C.光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2
D.二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2
解析　A项，在氮化硅中N元素为－3价，Si元素为＋4价，则化学式为Si3N4，正确；D项，在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。
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D
7.（2025·无锡高一检测）无锡窑群遗址博物馆，位于古运河与伯渎港交汇处，它是我国第一座全面展示中国砖瓦发展史的主题博物馆。下列叙述正确的是(　　)
A.展柜使用的钢化玻璃，其主要成分只有SiO2
B.墙体使用的砖瓦、水泥都是硅酸盐材料
C.陈列的砖瓦的原料有高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，其中硅元素的化合价为＋3价
D.青砖的青色主要来自氧化铁(Fe2O3)
解析　钢化玻璃与普通玻璃的主要成分相同（只是制造的工艺不同），主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，A项错误；砖瓦和水泥都是硅酸盐制品，B项正确；高岭土[Al2Si2O5(OH)4]应该表示为Al2O3·2SiO2·2H2O，其中硅元素的化合价为＋4价，C项错误；青砖的青色主要来自四氧化三铁(Fe3O4)，D项错误。
B
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D
解析　反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O生成气体促使反应进行，二氧化硅和NaOH溶液反应生成盐和水，所以二氧化硅属于酸性氧化物，A错误；反应是在非水溶液状态下进行的，不能说明H2SiO3酸性比H2CO3强，实际H2SiO3酸性比H2CO3弱，B错误；高温下碳的还原性比硅强，但不能说明C、Si的非金属性强弱，C错误；碳酸钠溶液显碱性，会和玻璃中的二氧化硅反应生成硅酸钠，故盛放Na2CO3溶液的试剂瓶应使用橡胶塞而不用玻璃塞，D正确。
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9.已知下列物质有如图所示转化关系，水和部分产物已略去。

①X为不溶于水的坚硬固体，Z无固定熔点，是现代建筑中不可缺少的装饰材料；
②无色气体A是引起温室效应的主要气体；
③B、D均为难溶于水的白色固体；
④高纯度的F是制造电脑芯片的一种非金属单质。
据此回答下列问题：
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(1)B的化学式是　　　　，F的名称是　　　　。
(2)由X、Y制F的过程中，Y作　　　　（填“氧化”或“还原”）剂。
(3)转化①的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)转化②（A少量）的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析　由①知Z应为玻璃，则X应为SiO2，C为Na2SiO3，A为CO2，D为H2SiO3，E为Na2CO3，B为CaCO3，Y为C，F为Si。
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CaCO3
硅
还原
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
10.下列说法正确的是(　　)
A.普通玻璃的主要成分可以表示为Na2O·CaO·6SiO2，说明普通玻璃为纯净物
B.制玻璃、水泥时都用到了石灰石和黏土
C.水晶玻璃、普通玻璃均属于硅酸盐产品
D.青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，用氧化物形式可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O
解析　普通玻璃的主要成分可以表示为Na2O·CaO·6SiO2，但普通玻璃属于混合物，A项错误；制玻璃的主要原料是石灰石、纯碱和石英砂，制水泥的主要原料是石灰石和黏土，制玻璃不需要黏土，B项错误；水晶玻璃的主要成分是二氧化硅，不属于硅酸盐产品，C项错误。
D
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11.（2025·衡水高一检测）氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料。用石英砂和原料气（含N2和少量O2）制备Si3N4的操作流程如下。已知：粗硅中含少量Fe、Cu的单质及其化合物；常温下氮化硅除与氢氟酸反应外不与其他酸反应。下列说法正确的是(　　)

A.“还原”步骤中产生的气体能使澄清石灰水变浑浊
B.“操作X”可将原料气通过灼热的铜网
C.“高温氮化”合成反应中Si是氧化剂
D.“稀酸Y”可选用稀硫酸除去产物中的杂质
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B
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12.（2025·凉山高一检测）硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上，工业硅应用已经渗透到我国国防军工、信息产业、新能源等相关行业中，展现了广阔的应用前景。
(1)太阳能电池芯片的主要成分是　　　　（填化学式），光导纤维的主要成分是
　　　　　（填名称）。
(2)实验室盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶应使用橡胶塞，而不用玻璃塞，请用化学方程式解释原因　　　　　　　　　　　　　　。
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Si
二氧化硅
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(3)工业上制取高纯硅的其中一种工艺流程示意图如下：

①用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅，该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　。
②已知SiHCl3（常温下为液体）能与H2O强烈反应，生成两种酸和一种质量最轻的气体单质， 写出SiHCl3与水反应的化学方程式： __________________________________________________________________________
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SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
3HCl或SiHCl3＋4H2O===H4SiO4↓＋H2↑＋3HCl
(4)某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用如图所示装置进行实验（夹持仪器已略去，气密性已检验）。

①C中X溶液的名称是　　　　　　 　　，D中看到的现象为　　　　　　　　　　。
②该实验可说明碳、硅的非金属性强弱顺序为C　　　　Si（填“>”或“<”）。
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饱和碳酸氢钠溶液
产生白色（胶状）沉淀
>
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