2022-2023版高中化學 第1章 原子結(jié)構(gòu)與元素周期律 第2節(jié) 元素周期律和元素周期表 第1課時 元素周期律學案 魯科版必修2

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1、2022-2023版高中化學 第1章 原子結(jié)構(gòu)與元素周期律 第2節(jié) 元素周期律和元素周期表 第1課時 元素周期律學案 魯科版必修2 一、元素周期律 1.原子序數(shù) (1)概念:元素在元素周期表中的序號。 (2)原子序數(shù)與元素的原子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系:原子序數(shù)=核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)。 2.原子核外電子排布的周期性變化 原子序數(shù)為1~18的元素原子最外層電子數(shù)變化如下圖所示: 規(guī)律:隨著原子序數(shù)的遞增,同周期元素原子的最外層電子排布呈現(xiàn)由1到8的周期性變化(第一周期除外)。 3.原子半徑的周期性變化 規(guī)律:隨著原子序數(shù)的遞增,同周期元素的原子半徑呈現(xiàn)由大到小的周期性

2、變化。 4.元素化合價的周期性變化 原子序數(shù)為1~18的元素化合價的變化,如下圖所示: 規(guī)律:隨著原子序數(shù)的遞增,元素的化合價呈周期性變化,即每周期,最高正價:+1到+7(O無最高正價、F無正價),最低負價:-4到-1。 元素周期律 (1)含義:元素的性質(zhì)隨著元素原子序數(shù)的遞增而呈現(xiàn)周期性變化的規(guī)律。 (2)實質(zhì):元素性質(zhì)周期性變化是核外電子排布呈現(xiàn)周期性變化的必然結(jié)果。 例1 下列各組元素性質(zhì)的遞變情況錯誤的是(  ) A.Na、Mg、Al、Si的最外層電子數(shù)依次增多 B.Si、P、S、Cl的原子半徑依次減小 C.C、N、O、F元素的最高正化合價依次增大 D.F

3、、Cl、Br、I的電子層數(shù)依次增多 答案 C 解析 同周期元素隨著原子序數(shù)增大,原子的最外層電子數(shù)依次增多,A選項正確;同周期元素隨著原子序數(shù)增大,原子半徑依次減小,B選項正確;F沒有正化合價,O沒有最高正化合價,C選項錯誤;同主族元素隨著原子序數(shù)增大,電子層數(shù)依次增多,D選項正確。 思維啟迪——常見元素化合價的特點 (1)F:-1、0價,無正化合價。 (2)O:常見有-2、-1、0價,如CaO、Na2O2、O2,氧無+6價,只有在OF2中顯正化合價。 (3)H:+1、-1、0價,如H2O、NaH、H2。 (4)金屬元素只有正價無負價,非金屬元素既有正價又有負價(F除外),多數(shù)非

4、金屬元素的正化合價出現(xiàn)變價。 例2 某元素X的最高價氧化物對應水化物的化學式是H2XO3,則X的簡單氣態(tài)氫化物的分子式為(  ) A.HX B.H2X C.XH3 D.XH4 答案 D 解析 X元素的最高價氧化物對應的水化物的化學式為H2XO3,則X的最高正化合價為+4,說明X原子最外層有4個電子,最低負化合價為-4,形成的簡單氣態(tài)氫化物的分子式為XH4。 思維啟迪——元素最高價與最低價的關(guān)系 (1)元素最高正化合價=最外層電子數(shù)(O、F除外) (2)最低負化合價=最外層電子數(shù)-8(H除外) (3)|最高正化合價|+|最低負化合價|=8(O、F、H除外) 二、微粒半

5、徑大小比較 1.同層——“序大徑小” 規(guī)律:電子層數(shù)相同,原子序數(shù)越大,原子半徑越小。 實例:r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)。 2.同最外層電子數(shù)——“序大徑大” 規(guī)律:最外層電子數(shù)相同,原子序數(shù)越大,原子(或離子)半徑越大。 實例:r(Li)<r(Na)<r(K),r(Li+)<r(Na+)<r(K+); r(F)<r(Cl)<r(Br),r(F-)<r(Cl-)<r(Br-)。 3.同元素——“電多徑大” 規(guī)律:同種元素的不同微粒,其原子序數(shù)越多,半徑就越大。 實例:r(Na+)<r(Na),r(Cl-)>r(Cl);r(

6、Fe2+)>r(Fe3+)。 4.同結(jié)構(gòu)——“序大徑小” 規(guī)律:電子層結(jié)構(gòu)相同的離子,原子序數(shù)越大,離子半徑越小。 實例:r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)。 (1)稀有氣體元素原子半徑的測量依據(jù)與其他原子半徑的測量依據(jù)不同,不能進行比較。 (2)微粒電子層數(shù)和核電荷數(shù)、電子數(shù)都不相同時,可以借助“橋元素”比較。如比較O和P原子半徑時,P>N>O,或P>S>O。 例3 (2018·雅安中學3月月考)下列各組元素中按微粒半徑遞增順序排列的是(  ) A.K Na Li B.N O F C.Ca2+ K+ Cl- D.Ba2+ Ca2

7、+ Mg2+ 考點 元素周期律 題點 粒子半徑的大小比較 答案 C 解析 原子最外層電子數(shù)相同時,電子層數(shù)越多原子半徑越大,則原子半徑大小為Li<Na<K,A錯誤;原子電子層數(shù)相同時,原子序數(shù)越大,則原子半徑大小順序為N>O>F,B錯誤;離子電子層結(jié)構(gòu)相同,核電荷數(shù)越大離子半徑越小,則離子半徑大小為Ca2+<K+<Cl-,C正確;離子的最外層電子數(shù)相同,離子電子層越多,離子半徑越大,則離子半徑大小為Ba2+>Ca2+>Mg2+,D錯誤。 例4 已知原子序數(shù)小于18的元素的離子aA2+、bB+、cC2-、dD-都具有相同的電子層結(jié)構(gòu),則下列敘述正確的是(  ) A.原子半徑:A>B>

8、D>C B.離子半徑:C2->D->B+>A2+ C.原子序數(shù):d>c>b>a D.原子的最外層電子數(shù)目:A>B>D>C 答案 B 解析 由4種離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu)可得a-2=b-1=c+2=d+1,a>b>d>c,C項錯誤;原子的最外層電子數(shù)目D>C>A>B,D項錯誤;原子半徑B>A>C>D,A項錯誤。 思維啟迪 電子層結(jié)構(gòu)相同的離子, 離子半徑:序大徑?。? 原子最外層電子數(shù):陰多陽少; 原子序數(shù):陽大陰小。 1.元素的以下結(jié)構(gòu)與性質(zhì),隨著原子序數(shù)的遞增不呈周期性變化的是(  ) A.化合價 B.原子半徑 C.元素原子的最外層電子排布 D.相對原

9、子質(zhì)量 答案 D 解析 元素的化合價、原子半徑、最外層電子排布等性質(zhì)都隨元素原子序數(shù)的遞增而呈周期性變化,但相對原子質(zhì)量的決定因素是原子中的質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)及同一元素的同位素原子在自然界中的百分數(shù),故相對原子質(zhì)量不呈周期性變化。 2.元素X、Y、Z的電子層數(shù)相同,原子序數(shù)依次增大,下列敘述一定正確的是(  ) A.X、Y、Z原子的核內(nèi)質(zhì)子數(shù)依次增大 B.X、Y、Z的最高正化合價依次升高 C.X、Y、Z原子的原子半徑依次增大 D.X、Y、Z單質(zhì)的金屬活動性依次增大 答案 A 解析 元素的原子序數(shù)等于原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù),A項正確;氟沒有正價,氧沒有最高正化合價,B項錯誤;電子層數(shù)相同

10、的原子,原子序數(shù)越大,原子半徑越小,C項錯誤;X、Y、Z中可能含有非金屬,D項錯誤。 3.某主族元素的最高正價與最低負價的代數(shù)和為4,則該元素原子的最外層電子數(shù)為(  ) A.4 B.5 C.6 D.7 答案 C 解析 設(shè)該元素的最高正價為x,最低負價為y,則解得x=+6,y=-2,因此該原子的最外層電子數(shù)為6。 4.(2017·衡水高一檢測)下列粒子半徑之比大于1的是(  ) A. B. C. D. 答案 B 解析 A項,r(K+)<r(K),<1;B項,r(Ca)>r(Mg),>1;C項,r(S)<r(P),<1;D項,r(Cl)<r(Cl-),<1。

11、 5.X和Y兩元素的陽離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu),X元素的陽離子半徑大于Y元素的陽離子半徑;Z和Y兩元素的原子核外電子層數(shù)相同,Z元素的原子半徑小于Y元素的原子半徑。X、Y、Z三種元素原子序數(shù)的關(guān)系是(  ) A.X>Y>Z B.Y>X>Z C.Z>X>Y D.Z>Y>X 答案 D 解析 已知電子層結(jié)構(gòu)相同的陽離子,核電荷數(shù)大的則半徑?。痪哂邢嗤娮訉訑?shù)的原子,隨著原子序數(shù)增大,原子半徑減小。根據(jù)題意,X和Y兩元素的陽離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu),X元素的陽離子半徑大于Y元素的陽離子半徑,則X的原子序數(shù)小于Y的原子序數(shù);Z和Y元素的原子核外電子層數(shù)相同,且Z元素的原子半徑小于Y元素的

12、原子半徑,則Y和Z兩元素同周期,Z的原子序數(shù)大于Y的原子序數(shù)。由此得出三種元素原子序數(shù)的關(guān)系為Z>Y>X。 6.已知Y為1~18號元素。在水溶液中,YO和S2-發(fā)生反應的離子方程式為YO+3S2-+6H+===Y-+3S↓+3H2O,YO中Y的化合價是________,Y元素原子的最外層電子數(shù)是__________,S2-的半徑__________(填“大于”或“小于”)Y-的半徑。 答案?。? 7 大于 解析 在氧化還原反應中得電子總數(shù)與失電子總數(shù)是相等的,即化合價升高總數(shù)等于降低總數(shù)。硫元素化合價升高總數(shù)為2×3=6,則Y元素化合價降低總數(shù)也是6,由此可知YO中Y的化合價是+5價;由

13、Y-可知,Y原子得到1個電子變?yōu)榉€(wěn)定結(jié)構(gòu),故Y元素原子的最外層電子數(shù)是7;因為Y是1~18號元素,又屬于鹵族元素,則Y是Cl,而Cl-與S2-具有相同的電子層結(jié)構(gòu)但原子序數(shù)大于S2-,故其半徑小于S2-的半徑。 7.(1)有下列四種微粒:①O ②Na?、跰g ④N(用序號填空)。 Ⅰ.按原子半徑由大到小順序排列是_______________________________________________。 Ⅱ.微粒中質(zhì)子數(shù)小于中子數(shù)的是_________________________________________________。 Ⅲ.在化合物中呈現(xiàn)的化合價的數(shù)值最多的是____

14、___________________________________。 Ⅳ.能形成X2Y2型化合物的是________,能形成X3Y2型的化合物的是________。 (2)已知An+、B(n+1)+、Cn-、D(n+1)-都具有相同的電子層結(jié)構(gòu),則A、B、C、D的離子半徑由大到小的順序是________________________________,原子序數(shù)由大到小的順序是__________________。 (3)X元素最高價氧化物對應的水化物為H3XO4,則它對應的氣態(tài)氫化物的化學式為________,R元素的氣態(tài)氫化物化學式為H2R,此元素最高價氧化物對應水化物的化學式__

15、______。 答案 (1)Ⅰ.②>③>④>① Ⅱ.①②?、?④ Ⅳ.①② ③④ (2)D(n+1)->Cn->An+>B(n+1)+ B>A>C>D (3)XH3 H2RO4 解析 (1)Ⅰ.由O、N具有2個電子層,而Na、Mg具有3個電子層,因此Na、Mg的原子半徑大于O、N的原子半徑,而對于11Na、12Mg來說,由于Mg的核電荷數(shù)大,因此r(Na)>r(Mg),同樣r(N)>r(O),故原子半徑由大到小排列為r(Na)>r(Mg)>r(N)>r(O)。 Ⅱ.由N=A-Z得中子數(shù)分別為N(O)=10、N(Na)=12、N(Mg)=12、N(N)=7。 Ⅳ.能形成X2Y2

16、型化合物,則X可呈+1價而Y呈-1價,故為Na2O2;能形成X3Y2型化合物,則X呈+2價,Y呈-3價,故為Mg3N2。 (2)當微粒具有相同電子層數(shù)時,核電荷數(shù)越大,核對最外層電子的吸引力就越大,其微粒半徑就越小。設(shè)An+、B(n+1)+、Cn-、D(n+1)-具有電子數(shù)為x,則質(zhì)子數(shù)分別為x+n、x+(n+1)、x-n、x-(n+1),故離子半徑由大到小的順序為D(n+1)->Cn->An+>B(n+1)+。 (3)X元素的最高正價是+5價,則其最低化合價為-3價,故X元素氫化物的化學式為XH3;R的最低化合價為-2價,其最高化合價為+6價,此元素最高價氧化物對應水化物的化學式為H2R

17、O4。 [對點訓練] 題組一 元素性質(zhì)變化規(guī)律及應用 1.(2017·濟南高一檢測)結(jié)合元素周期律的知識分析下列說法,其中正確的是(  ) A.原子序數(shù)為15的元素的最高化合價為+5 B.隨著元素原子序數(shù)的遞增,原子最外層電子數(shù)總是從1到8重復出現(xiàn) C.隨著元素原子序數(shù)的遞增,元素的最高化合價從+1到+7,最低化合價從-7到-1重復出現(xiàn) D.B、C、N、O、F最高正價依次增加 答案 A 解析 A項,P原子最外層為5個電子,最高化合價為+5,正確;B項,H、He電子由1個到2個,錯誤;C項,F(xiàn)無正價,負價從-4到-1,錯誤;D項,O無最高正價,F(xiàn)無正價,錯誤。 2.(20

18、17·濰坊高一檢測)下列關(guān)于各組元素性質(zhì)的遞變情況描述錯誤的是(  ) A.Li、Be、B原子最外層電子數(shù)依次增大 B.P、S、Cl元素最高正價依次升高 C.N、O、F原子半徑依次增大 D.Na、K、Rb的電子層數(shù)逐漸增多 答案 C 3.如圖中橫坐標均表示11~17號元素按由小到大順序排列的原子序數(shù)。根據(jù)圖像變化趨勢判斷,縱坐標表示其最高化合價的是(  ) 答案 C 解析 11~17號元素,隨原子序數(shù)的遞增,最高化合價從+1→+7。 4.元素X、Y可組成化學式為XY3的化合物,則X、Y的原子序數(shù)不可能是(  ) A.3和9 B.7和1 C.13和17 D.15

19、和17 答案 A 解析 A項,兩元素分別為Li、F,只能形成化合物LiF;B項,兩元素分別為N、H,可形成NH3分子;C項,兩元素分別為Al、Cl,能形成化合物AlCl3;D項,兩元素分別為P、Cl,可形成PCl3和PCl5兩種化合物。 5.(2017·淮北高一檢測)某元素原子L層電子數(shù)比K層的多5個,該元素的最高正化合價為(  ) A.+5 B.+6 C.+7 D.無最高正化合價 答案 D 解析 據(jù)題意可知該元素原子的核外電子排布為,為氟元素,無最高正化合價。 6.如圖是部分1~18號元素化合價與原子序數(shù)的關(guān)系圖,下列說法正確的是(  ) A.原子半徑:Z>Y>

20、X B.離子半徑:Z>Y>X C.元素W的最高價和最低價代數(shù)和為4 D.Y和Z兩者最高價氧化物對應的水化物不能相互反應 答案 C 解析 根據(jù)隨原子序數(shù)遞增化合價變化特點分析知,X為O,Y為Na,Z為Al。電子層數(shù)相同時,原子序數(shù)越大,半徑越小;同族自上而下原子半徑逐漸增大,則半徑:Na>Al,Al>B,B>O,則Na>Al>O,A項錯誤;Na、O、Al形成的離子核外電子排布相同,核電荷數(shù)越大,半徑越小,故離子半徑:O2->Na+>Al3+,B項錯誤;Na與Al的最高價氧化物對應的水化物分別為NaOH、Al(OH)3,兩者能夠反應,D項錯誤;根據(jù)化合價知W為S,其最高價和最低價代數(shù)和為

21、4,C項正確。 題組二 微粒半徑大小比較 7.下列各元素原子半徑依次增大的是(  ) A.Na、Mg、Al B.Na、O、F C.P、Si、Al D.C、Si、P 答案 C 解析 比較元素原子半徑的大小有兩條規(guī)律:①具有相同電子層數(shù)的元素,隨著原子序數(shù)的遞增,原子半徑遞減;②具有相同最外層電子數(shù)的元素,隨著電子層數(shù)的增加,原子半徑增大。A項,r(Na)>r(Mg)>r(Al);B項,r(Na)>r(O)>r(F);D項,r(Si)>r(P)>r(C)。 8.(2017·淄博高一檢測)下列微粒半徑大小比較正確的是(  ) A.Na+<Mg2+<Al3+<O2- B.Na

22、+>Al3+>S2->Cl- C.Na<Mg<Al<S D.Na<K<Rb<Cs 考點 元素周期律 題點 微粒半徑的大小比較 答案 D 解析 A項,4種離子核外電子數(shù)相同,隨著核電荷數(shù)增多,離子半徑依次減小,即Al3+<Mg2+<Na+<O2-,A項錯誤;因S2-、Cl-比Na+、Al3+多一個電子層,則S2-、Cl-半徑比Na+、Al3+大,而S2-、Cl-和Na+、Al3+也分別適用“序小徑大”的原則,則S2->Cl->Na+>Al3+,B項錯誤;Na、Mg、Al、S的原子半徑依次減小,C項錯誤;Na、K、Rb、Cs最外層電子數(shù)相同,電子層數(shù)依次增多,半徑依次增大,D項正確。

23、 9.構(gòu)成下列化合物的陰離子和陽離子的半徑比值最大的是(  ) A.LiI B.KCl C.NaBr D.NaI 答案 A 解析 離子半徑:r(Li+)<r(Na+)

24、具有相同的電子層結(jié)構(gòu),則有a-n=b+n=c+m,n>m,可知a>c>b,故A錯誤、B正確;由關(guān)系式可知a=c+m+n,故C、D錯誤。 11.已知原子序數(shù)小于18的元素的離子aAm+、bBn+、cCm-、dDn-(m>n)都具有相同的電子層結(jié)構(gòu),則下列敘述中正確的是(  ) A.原子半徑:A>B>C>D B.原子序數(shù):d>c>b>a C.離子半徑:Cm-> Dn->Bn+>Am+ D.原子的最外層電子數(shù)目:A>B>D>C 答案 C 解析 四種離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu),則陽離子對應的原子A、B比陰離子對應的原子C、D多1個電子層,且陽離子所帶電荷數(shù)越多,其核電荷數(shù)越大,原子序數(shù)越大

25、,原子半徑越小;陰離子所帶電荷數(shù)越多,其核電荷數(shù)越小,原子序數(shù)越小,原子半徑越大。故有原子半徑B>A>C>D,原子序數(shù)a>b>d>c,故A項和B項錯誤;四種離子電子層結(jié)構(gòu)相同,依據(jù)核電荷數(shù)越大,離子半徑越小可知,離子半徑Cm->Dn->Bn+>Am+,故C項正確;原子的最外層電子數(shù)目D>C>A>B,故D項錯誤。 12.已知X元素的陽離子和Y元素的陰離子具有與氬原子相同的電子層結(jié)構(gòu),則下列敘述正確的是(  ) A.X的原子序數(shù)比Y的小 B.X原子的最外層電子數(shù)比Y的大 C.X的原子半徑比Y的大 D.X元素的最高正價比Y的大 答案 C 解析 利用舉例法解答。假設(shè)X為K元素,Y為Cl元

26、素,則原子序數(shù):K>Cl,最外層電子數(shù):Cl>K,最高正化合價:Cl>K。 [綜合強化] 13.在原子序數(shù)11~18的元素中: (1)原子半徑最小的是________(填元素符號,下同);只有正化合價的是________;最高正化合價與最低負化合價絕對值之差為4的元素是________。 (2)與冷水劇烈反應生成H2的物質(zhì)是________(填名稱)。與水反應能生成具有漂白性物質(zhì)是________(填名稱),反應的離子方程式是___________________________________________。 (3)化學性質(zhì)最穩(wěn)定的物質(zhì)是___________________

27、__________(填化學式)。 答案 (1)Cl Na、Mg、Al S (2)鈉 氯氣 Cl2+H2O===H++Cl-+HClO (3)Ar 解析 (1)在11~18號原子中,半徑最小的是Cl;金屬元素Na、Mg、Al只有正化合價;S元素最高正化合價是+6,最低負化合價是-2,絕對值之差是4。 (2)金屬鈉與冷水劇烈反應生成H2和NaOH; Cl2和水反應生成HCl和HClO,其中HClO有漂白性。 (3)稀有氣體元素Ar原子最外層有8個電子,是穩(wěn)定結(jié)構(gòu),通常不與其他物質(zhì)發(fā)生反應,化學性質(zhì)穩(wěn)定。 14.原子序數(shù)是指元素在元素周期表中的序號,數(shù)值上等于原子核的核電荷數(shù)(即質(zhì)子數(shù))

28、或原子的核外電子數(shù)。今有A、B兩種元素,其原子序數(shù)分別為9和15。 (1)寫出元素符號:A________,B________。 (2)A元素原子核外有______個電子層,最外層有______個電子。 (3)B元素最高正價為________,最低負價為________。 (4)A、B元素原子半徑大小關(guān)系為r(A)________r(B)。 答案 (1)F P (2)2 7 (3)+5?。? (4)< 15.有A、B、C、D四種元素,A的最高正價與其最低負價的絕對值之差為6;A、D次外層都是8個電子,A與D的化合物DA在水溶液中能電離出具有相同電子層結(jié)構(gòu)的陰、陽離子;B有兩個電子層

29、,其最高正價與最低負價的代數(shù)和為0;C2-與氬原子具有相同的電子層結(jié)構(gòu)。 (1)試寫出上述各元素的符號: A________,B________,C________,D________。 (2)畫出下列粒子的結(jié)構(gòu)示意圖: A__________________,C2-_________________________。 (3)寫出A、D的最高價氧化物對應水化物反應的化學方程式:_______________________。 答案 (1)Cl C S K (2)  (3)HClO4+KOH===KClO4+H2O 解析 因為“A的最高正價與其最低負價的絕對值之差為6”,確定A

30、為氯(Cl);“B有兩個電子層,最高正價與最低負價的代數(shù)和為0”,確定B為碳(C);C2-的結(jié)構(gòu)示意圖為,確定C為硫(S);再由A推出D為鉀(K)。 16.有A、B、C、D、E五種元素,它們的原子序數(shù)按E、C、D、A、B依次增大,E原子最外層有4個電子;A-與B+的核外電子排布相同;D的氣態(tài)氫化物的化學式為H2D,最高價氧化物中D的質(zhì)量分數(shù)為40%,且D原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相等;C的原子序數(shù)比D少9,比B少12。 (1)寫出五種元素的符號:A________,B________, C________,D________,E________。 (2)畫出A-、B+的結(jié)構(gòu)示意圖:____

31、____、________。 (3)A、D最高價氧化物對應的水化物化學式分別為________、________。 (4)寫出E的最高價氧化物與過量B的最高價氧化物對應的水化物反應的離子方程式:________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)寫出B、C最高價氧化物對應的水化物之間相互反應的化學方程式:___________________

32、_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)Cl K N S C (2)  (3)HClO4 H2SO4 (4)CO2+2OH-===CO+H2O (5)KOH+HNO3===KNO3+H2O 解析 D的氧化物分子式為DO3,D的質(zhì)量分數(shù)為40%,可推出D的相對原子質(zhì)量為32,從而推出D為S元素;C原子序數(shù)比D少9,比B少12,則C為N元素,B為K元素;A-與B+核外電子排布相同,則A為Cl元素;E原子最外層有4個電子,且原子序數(shù)按E、C、D、A、B依次增大,則E為C元素。

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