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高一化學計算題常用計算方法

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高一化學計算題常用計算方法

  化學計算題是化學中的必考題,所以掌握好常用的化學計算題的計算方法,對于提高化學成績有著重要的意義。小編在這里整理了高一化學計算題常用的計算方法,希望能幫助到大家。

  1. 商余法

  這種方法主要是應用于解答有機物(尤其是烴類)知道分子量后求出其分子式的一類題目。對于烴類,由于烷烴通式為CnH2n+2,分子量為14n+2,對應的烷烴基通式為CnH2n+1,分子量為14n+1,烯烴及環(huán)烷烴通式為CnH2n,分子量為14n,對應的烴基通式為CnH2n-1,分子量為14n-1,炔烴及二烯烴通式為CnH2n-2,分子量為14n-2,對應的烴基通式為CnH2n-3,分子量為14n-3,所以可以將已知有機物的分子量減去含氧官能團的式量后,差值除以14(烴類直接除14),則最大的商為含碳的原子數(shù)(即n值),余數(shù)代入上述分子量通式,符合的就是其所屬的類別。

  [例1] 某直鏈一元醇14克能與金屬鈉完全反應,生成0.2克氫氣,則此醇的同分異構(gòu)體數(shù)目為 ( )

  A、6個 B、7個 C、8個 D、9個

  由于一元醇只含一個-OH,每mol醇只能轉(zhuǎn)換出 molH2,由生成0.2克H2推斷出14克醇應有0.2mol,所以其摩爾質(zhì)量為72克/摩,分子量為72,扣除羥基式量17后,剩余55,除以14,最大商為3,余為13,不合理,應取商為4,余為-1,代入分子量通式,應為4個碳的烯烴基或環(huán)烷基,結(jié)合“直鏈”,從而推斷其同分異構(gòu)體數(shù)目為6個.

  2. 平均值法

  這種方法最適合定性地求解混合物的組成,即只求出混合物的可能成分,不用考慮各組分的含量。根據(jù)混合物中各個物理量(例如密度,體積,摩爾質(zhì)量,物質(zhì)的量濃度,質(zhì)量分數(shù)等)的定義式或結(jié)合題目所給條件,可以求出混合物某個物理量的平均值,而這個平均值必須介于組成混合物的各成分的同一物理量數(shù)值之間,換言之,混合物的兩個成分中的這個物理量肯定一個比平均值大,一個比平均值小,才能符合要求,從而可判斷出混合物的可能組成。

  [例2] 將兩種金屬單質(zhì)混合物13g,加到足量稀硫酸中,共放出標準狀況下氣體11.2L,這兩種金屬可能是 ( )

  A.Zn和Fe B.Al和Zn C.Al和Mg D.Mg和Cu

  將混合物當作一種金屬來看,因為是足量稀硫酸,13克金屬全部反應生成的11.2L(0.5摩爾)氣體全部是氫氣,也就是說,這種金屬每放出1摩爾氫氣需26克,如果全部是+2價的金屬,其平均原子量為26,則組成混合物的+2價金屬,其原子量一個大于26,一個小于26.代入選項,在置換出氫氣的反應中,顯+2價的有Zn,原子量為65,Fe原子量為56,Mg原子量為24,但對于Al,由于在反應中顯+3價,要置換出1mol氫氣,只要18克Al便夠,可看作+2價時其原子量為 =18,同樣假如有+1價的Na參與反應時,將它看作+2價時其原子量為23×2=46,對于Cu,因為它不能置換出H2,所以可看作原子量為無窮大,從而得到A中兩種金屬原子量均大于26,C中兩種金屬原子量均小于26,所以A、C都不符合要求,B中Al的原子量比26小,Zn比26大,D中Mg原子量比26小,Cu原子量比26大,故B,D為應選答案。

  3. 極限法

  這種方法最適合定性地求解混合物的組成,即只求出混合物的可能成分,不用考慮各組分的含量。根據(jù)混合物中各個物理量(例如密度,體積,摩爾質(zhì)量,物質(zhì)的量濃度,質(zhì)量分數(shù)等)的定義式或結(jié)合題目所給條件,可以求出混合物某個物理量的平均值,而這個平均值必須介于組成混合物的各成分的同一物理量數(shù)值之間,換言之,混合物的兩個成分中的這個物理量肯定一個比平均值大,一個比平均值小,才能符合要求,從而可判斷出混合物的可能組成。

  [例3] 將兩種金屬單質(zhì)混合物13g,加到足量稀硫酸中,共放出標準狀況下氣體11.2L,這兩種金屬可能是 ( )

  A.Zn和Fe B.Al和Zn C.Al和Mg D.Mg和Cu

  將混合物當作一種金屬來看,因為是足量稀硫酸,13克金屬全部反應生成的11.2L(0.5摩爾)氣體全部是氫氣,也就是說,這種金屬每放出1摩爾氫氣需26克,如果全部是+2價的金屬,其平均原子量為26,則組成混合物的+2價金屬,其原子量一個大于26,一個小于26.代入選項,在置換出氫氣的反應中,顯+2價的有Zn,原子量為65,Fe原子量為56,Mg原子量為24,但對于Al,由于在反應中顯+3價,要置換出1mol氫氣,只要18克Al便夠,可看作+2價時其原子量為 =18,同樣假如有+1價的Na參與反應時,將它看作+2價時其原子量為23×2=46,對于Cu,因為它不能置換出H2,所以可看作原子量為無窮大,從而得到A中兩種金屬原子量均大于26,C中兩種金屬原子量均小于26,所以A、C都不符合要求,B中Al的原子量比26小,Zn比26大,D中Mg原子量比26小,Cu原子量比26大,故B,D為應選答案。

  4. 估算法

  化學題尤其是選擇題中所涉及的計算,所要考查的是化學知識,而不是運算技能,所以當中的計算的量應當是較小的,通常都不需計出確切值,可結(jié)合題目中的條件對運算結(jié)果的數(shù)值進行估計,符合要求的便可選取。

  [例4] 已知某鹽在不同溫度下的溶解度如下表,若把質(zhì)量分數(shù)為22%的該鹽溶液由50℃逐漸冷卻,則開始析出晶體的溫度范圍是

  溫度(℃) 0 10 20 30 40

  溶解度(克/100克水) 11.5 15.1 19.4 24.4 37.6

  A.0-10℃ B.10-20℃ C.20-30℃ D.30-40℃

  本題考查的是溶液結(jié)晶與溶質(zhì)溶解度及溶液飽和度的關(guān)系。溶液析出晶體,意味著溶液的濃度超出了當前溫度下其飽和溶液的濃度,根據(jù)溶解度的定義,[溶解度/(溶解度+100克水)]×100%=飽和溶液的質(zhì)量分數(shù),如果將各個溫度下的溶解度數(shù)值代入,比較其飽和溶液質(zhì)量分數(shù)與22%的大小,可得出結(jié)果,但運算量太大,不符合選擇題的特點。從表上可知,該鹽溶解度隨溫度上升而增大,可以反過來將22%的溶液當成某溫度時的飽和溶液,只要溫度低于該溫度,就會析出晶體。代入[溶解度/(溶解度+100克水)]×100%=22%,可得:溶解度×78=100×22,即溶解度=2200/78,除法運算麻煩,運用估算,應介于25與30之間,此溶解度只能在30-40℃中,故選D。

  5. 差量法

  對于在反應過程中有涉及物質(zhì)的量,濃度,微粒個數(shù),體積,質(zhì)量等差量變化的一個具體的反應,運用差量變化的數(shù)值有助于快捷準確地建立定量關(guān)系,從而排除干擾,迅速解題,甚至于一些因條件不足而無法解決的題目也迎刃而解。

  [例5] 在1升濃度為C摩/升的弱酸HA溶液中,HA,H+和A-的物質(zhì)的量之和為nC摩,則HA的電離度是 ( )

  A.n×100% B.(n/2)×100%

  C.(n-1)×100% D.n%

  根據(jù)電離度的概念,只需求出已電離的HA的物質(zhì)的量,然后將這個值與HA的總量(1升×C摩/升=C摩)相除,其百分數(shù)就是HA的電離度.要求已電離的HA的物質(zhì)的量,可根據(jù)HA H++A-,由于原有弱酸為1升×C摩/升=C摩,設(shè)電離度為X,則電離出的HA的物質(zhì)的量為XC摩,即電離出的H+和A-也分別為CXmol,溶液中未電離的HA就為(C-CX)mol,所以HA,H+,A-的物質(zhì)的量之和為[(C-CX)+CX+CX]摩,即(C+CX)摩=nC摩,從而可得出1+X=n,所以X的值為n-1,取百分數(shù)故選C.本題中涉及的微粒數(shù)較易混淆,采用差量法有助于迅速解題:根據(jù)HA的電離式,每一個HA電離后生成一個H+和一個A-,即微粒數(shù)增大一,現(xiàn)在微粒數(shù)由原來的C摩變?yōu)閚C摩,增大了(n-1)*C摩,立即可知有(n-1)*C摩HA發(fā)生電離,則電離度為(n-1)C摩/C摩=n-1,更快地選出C項答案.

  6. 代入法

  將所有選項可某個特殊物質(zhì)逐一代入原題來求出正確結(jié)果,這原本是解選擇題中最無奈時才采用的方法,但只要恰當?shù)亟Y(jié)合題目所給條件,縮窄要代入的范圍,也可以運用代入的方法迅速解題。

  [例6] 某種烷烴11克完全燃燒,需標準狀況下氧氣28L,這種烷烴的分子式是

  A.C5H12 B.C4H10 C.C3H8 D.C2H6

  因為是烷烴,組成為CnH2n+2,分子量為14n+2,即每14n+2克烴完全燃燒生成n摩CO2和(n+1)摩H2O,便要耗去n+(n+1)/2即3n/2+1/2摩O2,現(xiàn)有烷烴11克,氧氣為28/22.4=5/4摩,其比值為44:5,將選項中的四個n值代入(14n+2): 因為是烷烴,組成為CnH2n+2,分子量為14n+2,即每14n+2克烴完全燃燒生成n摩CO2和(n+1)摩H2O,便要耗去n+(n+1)/2即3n/2+1/2摩O2,現(xiàn)有烷烴11克,氧氣為28/22.4=5/4摩,其比值為44:5,將選項中的四個n值代入(14n+2):3n2+1/2 ,不需解方程便可迅速得知n=3為應選答案.

  7. 關(guān)系式法

  對于多步反應,可根據(jù)各種的關(guān)系(主要是化學方程式,守恒等),列出對應的關(guān)系式,快速地在要求的物質(zhì)的數(shù)量與題目給出物質(zhì)的數(shù)量之間建立定量關(guān)系,從而免除了涉及中間過程的大量運算,不但節(jié)約了運算時間,還避免了運算出錯對計算結(jié)果的影響,是最經(jīng)常使用的方法之一。

  [例7] 一定量的鐵粉和9克硫粉混合加熱,待其反應后再加入過量鹽酸,將生成的氣體完全燃燒,共收集得9克水,求加入的鐵粉質(zhì)量為( )

  A.14g B.42g C.56g D.28g

  因為題目中無指明鐵粉的量,所以鐵粉可能是過量,也可能是不足,則與硫粉反應后,加入過量鹽酸時生成的氣體就有多種可能:或者只有H2S(鐵全部轉(zhuǎn)變?yōu)镕eS2),或者是既有H2S又有H2(鐵除了生成FeS2外還有剩余),所以只憑硫粉質(zhì)量和生成的水的質(zhì)量,不易建立方程求解.根據(jù)各步反應的定量關(guān)系,列出關(guān)系式:(1)Fe--FeS(鐵守恒)--H2S(硫守恒)--H2O(氫守恒),(2)Fe--H2(化學方程式)--H2O(氫定恒),從而得知,無論鐵參與了哪一個反應,每1個鐵都最終生成了1個H2O,所以迅速得出鐵的物質(zhì)的量就是水的物質(zhì)的量,根本與硫無關(guān),所以應有鐵為9/18=0.5摩,即28克。

  8. 比較法

  已知一個有機物的分子式,根據(jù)題目的要求去計算相關(guān)的量例如同分異構(gòu)體,反應物或生成物的結(jié)構(gòu),反應方程式的系數(shù)比等,經(jīng)常要用到結(jié)構(gòu)比較法,其關(guān)鍵是要對有機物的結(jié)構(gòu)特點了解透徹,將相關(guān)的官能團的位置,性質(zhì)熟練掌握,代入對應的條件中進行確定。

  [例8] 分子式為C12H12的烴,結(jié)構(gòu)式為 ,若萘環(huán)上的二溴代物有9種同分異構(gòu)體,則萘環(huán)上四溴代物的同分異構(gòu)體數(shù)目有( )

  A.9種 B.10種 C.11種 D.12種

  本題是求萘環(huán)上四溴代物的同分異構(gòu)體數(shù)目,不需考慮官能團異構(gòu)和碳鏈異構(gòu),只求官能團的位置異構(gòu),如按通常做法,將四個溴原子逐個代入萘環(huán)上的氫的位置,便可數(shù)出同分異構(gòu)體的數(shù)目,但由于數(shù)量多,結(jié)構(gòu)比較十分困難,很易錯數(shù),漏數(shù).抓住題目所給條件--二溴代物有9種,分析所給有機物峁固氐?不難看出,萘環(huán)上只有六個氫原子可以被溴取代,也就是說,每取代四個氫原子,就肯定剩下兩個氫原子未取代,根據(jù)"二溴代物有9種"這一提示,即萘環(huán)上只取兩個氫原子的不同組合有9種,即意味著取四個氫原子進行取代的不同組合就有9種,所以根本不需逐個代,迅速推知萘環(huán)上四溴代物的同分異構(gòu)體就有9種.

  9. 殘基法

  這是求解有機物分子結(jié)構(gòu)簡式或結(jié)構(gòu)式中最常用的方法.一個有機物的分子式算出后,可以有很多種不同的結(jié)構(gòu),要最后確定其結(jié)構(gòu),可先將已知的官能團包括烴基的式量或所含原子數(shù)扣除,剩下的式量或原子數(shù)就是屬于殘余的基團,再討論其可能構(gòu)成便快捷得多.

  [例9] 某有機物5.6克完全燃燒后生成6.72L(S.T.P下)二氧化碳和3.6克水,該有機物的蒸氣對一氧化碳的相對密度是2,試求該有機物的分子式.如果該有機物能使溴水褪色,并且此有機物和新制的氫氧化銅混合后加熱產(chǎn)生紅色沉淀,試推斷該有機物的結(jié)構(gòu)簡式.

  因為該有機物的蒸氣對一氧化碳的相對密度為2,所以其分子量是CO的2倍,即56,而5.6克有機物就是0.1摩,完全燃燒生成6.72L(S.T.P)CO2為0.3摩,3.6克水為0.2摩,故分子式中含3個碳,4個氫,則每摩分子中含氧為56-3×12-4×1=16克,分子式中只有1個氧,從而確定分子式是C3H4O.根據(jù)該有機物能發(fā)生斐林反應,證明其中有-CHO,從C3H4O中扣除-CHO,殘基為-C2H3,能使溴水褪色,則有不飽和鍵,按其組成,只可能為-CH=CH2,所以該有機物結(jié)構(gòu)就為H2C=CH-CHO。

  10. 守恒法

  物質(zhì)在參加反應時,化合價升降的總數(shù),反應物和生成物的總質(zhì)量,各物質(zhì)中所含的每一種原子的總數(shù),各種微粒所帶的電荷總和等等,都必須守恒.所以守恒是解計算題時建立等量關(guān)系的依據(jù),守恒法往往穿插在其它方法中同時使用,是各種解題方法的基礎(chǔ),利用守恒法可以很快建立等量關(guān)系,達到速算效果.

  [例10] 已知某強氧化劑[RO(OH)2]+能被硫酸鈉還原到較低價態(tài),如果還原含 2.4×10-3mol[RO(OH)2]+的溶液到低價態(tài),需12mL0.2mol/L的亞硫酸鈉溶液,那么R元素的最終價態(tài)為

  A.+3 B.+2 C.+1 D.-1

  因為在[RO(OH)2]-中,R的化合價為+3價,它被亞硫酸鈉還原的同時,亞硫酸鈉被氧化只能得硫酸鈉,硫的化合價升高了2價,根據(jù)2.4×10-3mol[RO(OH)2]-與12ml×0.2mol•L-1=0.0024mol的亞硫酸鈉完全反應,亞硫酸鈉共升0.0024×2=0.0048價,則依照升降價守恒,2.4×10-3mol[RO(OH)2]-共降也是0.0048價,所以每摩爾[RO(OH)2]-降了2價,R原為+3價,必須降為+1價,故不需配平方程式可直接選C。

  11. 規(guī)律法

  化學反應過程中各物質(zhì)的物理量往往是符合一定的數(shù)量關(guān)系的,這些數(shù)量關(guān)系就是通常所說的反應規(guī)律,表現(xiàn)為通式或公式,包括有機物分子通式,燃燒耗氧通式,化學反應通式,化學方程式,各物理量定義式,各物理量相互轉(zhuǎn)化關(guān)系式等,甚至于從實踐中自己總結(jié)的通式也可充分利用.熟練利用各種通式和公式,可大幅度減低運算時間和運算量,達到事半功倍的效果.

  [例11] 120℃時,1體積某烴和4體積O2混和,完全燃燒后恢復到原來的溫度和壓強,體積不變,該烴分子式中所含的碳原子數(shù)不可能是( )

  A、1 B、2 C、3 D、4

  本題是有機物燃燒規(guī)律應用的典型,由于烴的類別不確定,氧是否過量又未知,如果單純將含碳由1至4的各種烴的分子式代入燃燒方程,運算量大而且未必將所有可能性都找得出.應用有機物的燃燒通式,設(shè)該烴為CXHY,其完全燃燒方程式為:CXHY+(X+Y/4)O2==XCO2+Y/2H2O,因為反應前后溫度都是120℃,所以H2O為氣態(tài),要計體積,在相同狀況下氣體的體積比就相當于摩爾比,則無論O2是否過量,每1體積CXHY只與X+Y/4體積O2反應,生成X體積CO2和Y/2體積水蒸氣,體積變量肯定為1-Y/4,只與分子式中氫原子數(shù)量有關(guān).按題意,由于反應前后體積不變,即1-Y/4=0,立刻得到分子式為CXH4,此時再將四個選項中的碳原子數(shù)目代入,CH4為甲烷,C2H4為乙烯,C3H4為丙炔,只有C4H4不可能.

  12. 排除法

  選擇型計算題最主要的特點是,四個選項中肯定有正確答案,只要將不正確的答案剔除,剩余的便是應選答案.利用這一點,針對數(shù)據(jù)的特殊性,可運用將不可能的數(shù)據(jù)排除的方法,不直接求解而得到正確選項,尤其是單選題,這一方法更加有效.

  [例12] 取相同體積的KI,Na2S,FeBr2三種溶液,分別通入氯氣,反應都完全時,三種溶液所消耗氯氣的體積(在同溫同壓下)相同,則KI,Na2S,FeBr2三種溶液的摩爾濃度之比是

  A、1∶1∶2 B、1∶2∶3

  C、6∶3∶2 D、2∶1∶3

  本題當然可用將氯氣與各物質(zhì)反應的關(guān)系式寫出,按照氯氣用量相等得到各物質(zhì)摩爾數(shù),從而求出其濃度之比的方法來解,但要進行一定量的運算,沒有充分利用選擇題的特殊性.根據(jù)四個選項中KI和FeBr2的比例或Na2S和FeBr2的比例均不相同這一特點,只要求出其中一個比值,已經(jīng)可得出正確選項.因KI與Cl2反應產(chǎn)物為I2,即兩反應物mol比為2∶1,FeBr2與Cl2反應產(chǎn)物為Fe3+和Br2,即兩反應物mol比為2∶3,可化簡為 ∶1,當Cl2用量相同時,則KI與FeBr2之比為2∶ 即3∶1, A、B、D中比例不符合,予以排除,只有C為應選項.如果取Na2S與FeBr2來算,同理也可得出相同結(jié)果.本題還可進一步加快解題速度,抓住KI,Na2S,FeBr2三者結(jié)構(gòu)特點--等量物質(zhì)與Cl2反應時,FeBr2需耗最多Cl2.換言之,當Cl2的量相等時,參與反應的FeBr2的量最少,所以等體積的溶液中,其濃度最小,在四個選項中,也只有C符合要求,為應選答案.

  13. 十字交叉法

  十字交叉法是專門用來計算溶液濃縮及稀釋,混合氣體的平均組成,混合溶液中某種離子濃度,混合物中某種成分的質(zhì)量分數(shù)等的一種常用方法,其使用方法為:

  組分A的物理量a 差量c-b

  平均物理量c(質(zhì)量,濃度,體積,質(zhì)量分數(shù)等)

  組分B的物理量b 差量a-c

  則混合物中所含A和B的比值為(c-b):(a-c),至于濃縮,可看作是原溶液A中減少了質(zhì)量分數(shù)為0%的水B,而稀釋則是增加了質(zhì)量分數(shù)為100%的溶質(zhì)B,得到質(zhì)量分數(shù)為c的溶液.

  [例13] 有A克15%的NaNO3溶液,欲使其質(zhì)量分數(shù)變?yōu)?0%,可采用的方法是

  A.蒸發(fā)溶劑的1/2

  B.蒸發(fā)掉A/2克的溶劑

  C.加入3A/14克NaNO3

  D.加入3A/20克NaNO3

  根據(jù)十字交叉法,溶液由15%變?yōu)?0%差量為15%,增大溶液質(zhì)量分數(shù)可有兩個方法:(1)加入溶質(zhì),要使100%的NaNO3變?yōu)?0%,差量為70%,所以加入的質(zhì)量與原溶液質(zhì)量之比為15:70,即要3A/14克.(2)蒸發(fā)減少溶劑,要使0%的溶劑變?yōu)?0%,差量為30%,所以蒸發(fā)的溶劑的質(zhì)量與原溶液質(zhì)量之比為15%:30%,即要蒸發(fā)A/2克.如果設(shè)未知數(shù)來求解本題,需要做兩次計算題,則所花時間要多得多.

  14. 拆分法

  將題目所提供的數(shù)值或物質(zhì)的結(jié)構(gòu),化學式進行適當分拆,成為相互關(guān)聯(lián)的幾個部分,可以便于建立等量關(guān)系或進行比較,將運算簡化.這種方法最適用于有機物的結(jié)構(gòu)比較(與殘基法相似),同一物質(zhì)參與多種反應,以及關(guān)于化學平衡或討論型的計算題.

  [例14] 將各為0.3214摩的下列各物質(zhì)在相同條件下完全燃燒,消耗氧氣的體積最少的是

  A.甲酸 B.甲醛

  C.乙醛 D.甲酸甲酯

  這是關(guān)于有機物的燃燒耗氧量的計算,因為是等摩爾的物質(zhì),完全可用燃燒通式求出每一個選項耗氧的摩爾數(shù),但本題只需要定量比較各個物質(zhì)耗氧量的多少,不用求出確切值,故此可應用拆分法:甲酸結(jié)構(gòu)簡式為HCOOH,可拆為H2O+CO,燃燒時辦只有CO耗氧,甲醛為HCHO,可拆為H2O+C,比甲酸少了一個O,則等摩爾燃燒過程中生成相同數(shù)量的CO2和H2O時,耗多一個O.同理可將乙醛CH3CHO拆為H2O+C2H2,比甲酸多一個CH2,少一個O,耗氧量必定大于甲酸,甲酸甲酯HCOOCH3拆為2H2O+C2,比乙醛少了H2,耗氧量必定少,所以可知等量物質(zhì)燃燒時乙醛耗氧最多.

  當然,解題方法并不僅局限于以上14種,還有各人從實踐中總結(jié)出來的各種各樣的經(jīng)驗方法,各種方法都有其自身的優(yōu)點.在眾多的方法中,無論使用哪一種,都應該注意以下幾點:

  1.要抓住題目中的明確提示,例如差值,守恒關(guān)系,反應規(guī)律,選項的數(shù)字特點,結(jié)構(gòu)特點,以及相互關(guān)系,并結(jié)合通式,化學方程式,定義式,關(guān)系式等,確定應選的方法.

  2.使用各種解題方法時,一定要將相關(guān)的量的關(guān)系搞清楚,尤其是差量,守恒,關(guān)系式等不要弄錯,也不能憑空捏造,以免適得其反,弄巧反拙.

  3.扎實的基礎(chǔ)知識是各種解題方法的后盾,解題時應在基本概念基本理論入手,在分析題目條件上找方法,一時未能找到巧解方法,先從最基本方法求解,按步就班,再從中發(fā)掘速算方法.

  4.在解題過程中,往往需要將多種解題方法結(jié)合一齊同時運用,以達到最佳效果.

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