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第 5 讲 氧化还原反应的计算与方程式的配平
复习目标 1.能利用“电子守恒”规律进行氧化还原反应的简单计算。2.掌握氧化还原反
应方程式的配平方法及技巧。
考点一 电子守恒法计算
1.电子守恒法计算的原理
氧化剂得电子总数=还原剂失电子总数
2.电子守恒法计算的流程
(1)找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物。
(2)找准一个原子或离子得失电子数(注意化学式中粒子的个数)。
(3)根据题中物质的物质的量和得失电子守恒列出等式。
n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价-低价)=n(还原剂)×变价原子个数×化合价
变化值(高价-低价)。
一、确定元素价态或物质组成
1.现有 24 mL 浓度为 0.05 mol·L-1的 NaSO 溶液恰好与 20 mL 浓度为 0.02 mol·L-1的
2 3
KCr O 溶液完全反应。已知NaSO 可被KCr O 氧化为NaSO ,则元素Cr在还原产物中的
2 2 7 2 3 2 2 7 2 4
化合价为( )
A.+2 B.+3 C.+4 D.+5
答案 B
解析 题目中指出被还原的元素是 Cr,则得电子的物质是 KCr O ,失电子的物质是
2 2 7
NaSO ,其中S元素的化合价从+4→+6,Cr元素的化合价将从+6→+n。根据氧化还原
2 3
反应中得失电子守恒规律,有 0.05 mol·L-1×0.024 L×(6-4)=0.02 mol·L-1×0.020
L×2×(6-n),解得n=3。
2.NaS 在碱性溶液中可被 NaClO氧化为NaSO ,而NaClO被还原为NaCl,若反应中
2 x 2 4
NaS 与NaClO的物质的量之比为1∶16,则x的值为( )
2 x
A.2 B.3 C.4 D.5
答案 D
解析 ―→xNaSO,NaClO―→NaCl,
2 4得关系式1×·x=16×2,x=5。
二、多元素之间得失电子守恒问题
3.在反应3BrF +5HO===9HF+Br +HBrO +O↑中,若有5 mol H O参加反应,被水还
3 2 2 3 2 2
原的溴为( )
A.1 mol B. mol
C. mol D.2 mol
答案 C
解析 设被水还原的溴(BrF )的物质的量为x,5 mol H O参加反应,失去电子4 mol,根据
3 2
得失电子守恒得:3x=4 mol,x= mol。
4.在P+CuSO +HO―→Cu P+HPO +HSO (未配平)的反应中,7.5 mol CuSO 可氧化P
4 2 3 3 4 2 4 4
的物质的量为________mol。生成 1 mol Cu P 时,参加反应的 P 的物质的量为
3
________mol。
答案 1.5 2.2
解析 设7.5 mol CuSO 氧化P的物质的量为x;生成1 mol Cu P时,被氧化的P的物质的量
4 3
为y,根据得失电子守恒得:7.5 mol×(2-1)=x×(5-0),x=1.5 mol。1 mol×3×(2-1)+
1 mol×[0-(-3)]=y×(5-0),y=1.2 mol,所以参加反应的P的物质的量为1.2 mol+1 mol
=2.2 mol。
三、多步反应得失电子守恒问题
5.取x g铜镁合金完全溶于浓硝酸中,反应过程中硝酸被还原只产生 8 960 mL的NO 气体
2
和672 mL的NO 气体(均已折算为标准状况),在反应后的溶液中加入足量的氢氧化钠溶液,
2 4
生成沉淀的质量为17.02 g。则x等于( )
A.8.64 B.9.20 C.9.00 D.9.44
答案 B
解析 反应流程为
――→
x g=17.02 g-m(OH-),
而OH-的物质的量等于镁、铜失去电子的物质的量,等于浓HNO 得电子的物质的量,即:
3
n(OH-)=×1+×2×1=0.46 mol,所以x g=17.02 g-0.46 mol×
17 g·mol-1=9.20 g。
6.足量铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO 、NO 、NO的混合气体,将这些
2 2 4
气体与1.68 L O (标准状况)混合后通入水中,所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝
2
酸铜溶液中加入5 mol·L-1 NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,则消耗NaOH溶液的体积是(
)
A.60 mL B.45 mL
C.30 mL D.15 mL
答案 A解析 由题意可知,HNO,则Cu失去的电子数与O 得到的电子数相等。即n(Cu)=
3 2
2n(O )=2×=0.15 mol。根据质量守恒及NaOH和Cu(NO ) 的反应可得关系式:n(NaOH)=
2 3 2
2n[Cu(NO )]=2n(Cu)=0.3 mol,则V(NaOH)==0.06 L=
3 2
60 mL。
考点二 氧化还原反应方程式的配平
1.氧化还原反应方程式配平的基本原则
2.氧化还原反应方程式配平的一般步骤
一、一般配平类
1.正向配平
(1)______HCl(浓)+______MnO =====______Cl↑+______MnCl +______HO
2 2 2 2
(2)______Cu+______HNO(稀)===______Cu(NO )+______NO↑+______HO
3 3 2 2
(3)______KI+______KIO +______HSO ===______I+______KSO +______HO
3 2 4 2 2 4 2
(4)______MnO+______H++______Cl-===______Mn2++______Cl↑+______HO
2 2
答案 (1)4 1 1 1 2 (2)3 8 3 2 4
(3)5 1 3 3 3 3 (4)2 16 10 2 5 8
2.逆向配平(1)____S+______KOH===______KS+______KSO +______HO
2 2 3 2
(2)______P +______KOH+______HO===______KPO +______PH ↑
4 2 3 4 3
答案 (1)3 6 2 1 3 (2)2 9 3 3 5
3.含有未知数的配平
(1)______FeS+____HCl===______S+______FeCl +______HS
x 2 2
(2)______Na S+______NaClO+______NaOH===______NaSO +______NaCl+______HO
2 x 2 4 2
答案 (1) 2 (-1) 1 1
(2)1 (3x+1) (2x-2) x (3x+1) (x-1)
4.有机物参与的氧化还原反应方程式的配平
(1)______KClO + ______HC O + ______HSO ===______ClO ↑ + ______CO↑ +
3 2 2 4 2 4 2 2
______KHSO+______HO
4 2
(2)______C HO + ______KMnO + ______HSO ===______KSO + ______MnSO +
2 6 4 2 4 2 4 4
______CO↑+______HO
2 2
答案 (1)2 1 2 2 2 2 2
(2)5 12 18 6 12 10 33
二、缺项配平类
5.(1)______ClO-+______Fe(OH) +________===______Cl-+______FeO+______HO
3 2
(2)______MnO+______HO+________===______Mn2++______O↑+______HO
2 2 2 2
(3)某高温还原法制备新型陶瓷氮化铝(AlN)的反应体系中的物质有:Al O、C、N、CO。
2 3 2
请将AlN之外的反应物与生成物分别填入以下空格内,并配平。
++=====AlN+
(4)将NaBiO 固体(黄色,微溶)加入MnSO 和HSO 的混合溶液里,加热,溶液显紫色(Bi3+
3 4 2 4
无色)。配平该反应的离子方程式:
NaBiO+Mn2++____===Na++Bi3++____+____
3
答案 (1)3 2 4OH- 3 2 5
(2)2 5 6H+ 2 5 8
(3)AlO 3C N 2 3CO
2 3 2
(4)5 2 14 H+ 5 5 2 MnO 7 HO
2
解析 (3)根据氮元素、碳元素的化合价变化,N 是氧化剂,C是还原剂,AlN为还原产物,
2
CO为氧化产物。
“三步法”突破缺项型氧化还原方程式的配平
缺项方程式是指某些反应物或生成物在方程式中没有写出来,它们一般为水、酸(H+)或碱
(OH-),其配平流程为1.(1)[2018·全国卷Ⅱ,26(1)]闪锌矿(ZnS)在空气中焙烧,反应的化学方程式为
_____________
________________________________________________________________________。
(2)[2018·北京,28(2)①改编]KFeO 在酸性溶液中不稳定,快速产生O ,反应的离子方程式
2 4 2
为__________________________________________________________________________。
答案 (1)2ZnS+3O=====2ZnO+2SO
2 2
(2)4FeO+20H+===4Fe3++3O↑+10HO
2 2
2.(2020·山东等级模拟考,12改编)已知 Pb O 与HNO 溶液发生反应Ⅰ:Pb O +4H+
3 4 3 3 4
===PbO +2Pb2++2HO;PbO 与酸化的MnSO 溶液发生反应Ⅱ:5PbO +2Mn2++4H++
2 2 2 4 2
5SO===2MnO+5PbSO +2HO。下列推断正确的是( )
4 2
A.由反应Ⅰ可知,Pb O 中Pb(Ⅱ)和Pb(Ⅳ)含量之比为1∶2
3 4
B.由反应Ⅰ、Ⅱ可知,氧化性:HNO>PbO >MnO
3 2
C.Pb可与稀硝酸发生反应:3Pb+16HNO===3Pb(NO )+4NO↑+8HO
3 3 4 2
D.Pb O 可与盐酸发生反应:Pb O+8HCl===3PbCl +4HO+Cl↑
3 4 3 4 2 2 2
答案 D
解析 反应Ⅰ中HNO 未将Pb2+氧化,可证明氧化性:HNO <Pb(Ⅳ),故B、C错误;D选
3 3
项,根据反应Ⅱ可知氧化性:PbO >MnO,又知氧化性(酸性条件):MnO>Cl ,故能发生
2 2
反应。
3.(2021·湖南1月适应性考试,8)已知反应:2NaClO +4HCl===2ClO ↑+Cl↑+2NaCl+
3 2 2
2HO,下列关于该反应说法错误的是( )
2
A.氧化性:NaClO>Cl
3 2
B.当反应中有2 mol e-转移时,被氧化的HCl为4 mol
C.氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2
D.产物ClO 和Cl 都可以用于自来水消毒杀菌
2 2
答案 B
解析 氯酸钠是氧化剂,氯气是氧化产物,在同一个氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧
化产物的氧化性,则氧化性:NaClO>Cl ,故A不选;当反应中有2 mol e-转移时,氯化氢
3 2
中氯元素的化合价由-1升高到0,则被氧化的HCl为2 mol,故B选;Cl 是氧化产物,
2ClO 是还原产物,由化学方程式2NaClO +4HCl===2ClO ↑+Cl↑+2NaCl+2HO可知,
2 3 2 2 2
氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2,故C不选;产物ClO 和Cl 都具有氧化性,
2 2
可以用于自来水消毒杀菌,故D不选。
课时精练
1.下列反应中,氧化产物与还原产物为同一种物质的是( )
A.KClO+6HCl===KCl+3Cl↑+3HO
3 2 2
B.2Na+2HO===2NaOH+H↑
2 2
C.2NaO+2HO===4NaOH+O↑
2 2 2 2
D.I+2NaSO===2NaI+NaSO
2 2 2 3 2 4 6
答案 A
解析 KClO 中Cl元素的化合价由+5降低为0,HCl中Cl元素的化合价由-1升高为0,
3
Cl 既是氧化产物也是还原产物,故选 A;Na元素的化合价升高,NaOH为氧化产物,H元
2
素的化合价降低,氢气为还原产物,故不选B;NaO 中O元素的化合价一部分由-1升高
2 2
到0,氧化产物是氧气,一部分由-1降低到-2,还原产物为氢氧化钠,故不选C;I元素
的化合价由0降低到-1,还原产物为NaI,S元素的化合价由+2升高到+,氧化产物是
NaSO,故不选D。
2 4 6
2.在一定条件下,PbO 与Cr3+反应,产物是Cr O和Pb2+,则与1 mol Cr3+反应所需PbO
2 2 2
的物质的量为( )
A.3.0 mol B.1.5 mol C.1.0 mol D.0.75 mol
答案 B
解析 当1 mol Cr3+被氧化生成0.5 mol Cr O时,失去的电子为3 mol,而1 mol PbO 被还原
2 2
只能得到2 mol电子,因此所需PbO 的物质的量为1.5 mol。
2
3.碘在地壳中主要以NaIO 的形式存在,在海水中主要以I-的形式存在,几种粒子之间的
3
转化关系如图所示。已知淀粉遇单质碘变蓝,下列说法正确的是( )
A.向含I-的溶液中通入Cl,所得溶液加入淀粉溶液一定变蓝
2
B.途径 Ⅱ 中若生成1 mol I ,消耗2.5 mol NaHSO
2 3
C.氧化性的强弱顺序为Cl>I>IO
2 2
D.一定条件下,I-与IO反应可能生成I
2
答案 D
4.NaNO 是一种食品添加剂。但食用过量可能致癌。酸性KMnO 溶液与NaNO 反应的化
2 4 2学方程式为MnO+NO+―→Mn2++NO+HO(未配平)。下列叙述中正确的是( )
2
A.该反应中NO被还原
B.反应过程中溶液的pH减小
C.生成1 mol NaNO 需消耗0.4 mol KMnO
3 4
D.中的粒子是OH-
答案 C
解析 NO中N元素的化合价升高,NO被氧化,A项错误;根据得失电子守恒和原子守恒
可知反应的离子方程式为2MnO+5NO+6H+===2Mn2++5NO+3HO,据此可知B、D项错
2
误,C项正确。
5.已知三个氧化还原反应:① 2FeCl +2KI===2FeCl +2KCl+I ,② 2FeCl +
3 2 2 2
Cl===2FeCl ,③2KMnO +16HCl(浓)===2KCl+2MnCl +8HO+5Cl↑。若某溶液中有
2 3 4 2 2 2
Fe2+、I-、Cl-共存,要将I-氧化除去而不氧化Fe2+和Cl-,则可加入的试剂是( )
A.Cl B.KMnO
2 4
C.FeCl D.HCl
3
答案 C
解析 由信息可知,氧化性由强至弱的顺序为MnO>Cl >Fe3+>I ,还原性由强至弱的顺序为
2 2
I->Fe2+>Cl->Mn2+。氯气能将Fe2+、I-氧化,故A错误;KMnO 能将Fe2+、I-和Cl-氧化,
4
故B错误;FeCl 能氧化除去I-而不影响Fe2+和Cl-,故C正确;HCl与三种离子均不反应,
3
故D错误。
6.向KI溶液中逐滴加入少量CuSO 溶液,观察到有白色沉淀生成,溶液变为淡黄色。再向
4
反应后的混合物中不断通入SO 气体,溶液逐渐变成无色。下列分析不正确的是( )
2
A.最后溶液变成无色表明SO 具有还原性
2
B.通入SO 气体时,每反应1 mol SO 会转移1 mol e-
2 2
C.根据上述实验现象可知氧化性:Cu2+>I>SO
2
D.加入少量CuSO 溶液时的离子方程式为2Cu2++4I-===2CuI↓+I
4 2
答案 B
解析 溶液呈淡黄色,说明有I 生成,碘元素化合价由-1升高到0,硫酸根离子只有在浓
2
硫酸状态时有氧化性,所以化合价能够降低的只有Cu2+,观察到产生白色沉淀,由于Cu为
红色,所以Cu2+应还原为Cu+,白色沉淀是CuI;向反应后的混合物中不断通入SO 气体,
2
溶液逐渐变成无色,说明I 与SO 反应生成I-,SO 被氧化为HSO ,表明SO 具有还原性,
2 2 2 2 4 2
故A正确;通入SO 气体时,发生反应:SO +2HO+I===HSO +2HI,由反应可知,每
2 2 2 2 2 4
反应1 mol SO 会转移2 mol e-,故B错误;由反应2CuSO +4KI===2KSO +2CuI↓+I 可
2 4 2 4 2
知,物质的氧化性:Cu2+>I ,由反应SO +2HO+I===HSO +2HI可知,物质氧化性:I
2 2 2 2 2 4 2
>SO,所以氧化性:Cu2+>I >SO,故C正确;加入少量CuSO 溶液时的离子方程式为
2 4
2Cu2++4I-===2CuI↓+I,故D正确。
27.羟胺(NH OH)是一种还原剂,能将某些氧化剂还原。现用25.00 mL 0.049 mol·L-1羟胺的
2
酸性溶液与足量硫酸铁溶液在煮沸条件下反应,生成的 Fe2+恰好与24.50 mL 0.020 mol·L-1
酸性KMnO 溶液完全反应。已知(未配平):FeSO +KMnO +HSO ―→Fe (SO ) +KSO +
4 4 4 2 4 2 4 3 2 4
MnSO +HO,则羟胺的氧化产物是( )
4 2
A.N B.NO C.NO D.NO
2 2 2
答案 B
解析 根据题意,可以认为羟胺被酸性KMnO 氧化,羟胺中N元素的化合价是-1,设羟
4
胺的氧化产物中N元素的化合价是x,根据得失电子守恒,存在25.00×10-3 L×0.049 mol·
L-1×(x+1)=24.50×10-3L×0.020 mol·L-1×5,解得x=1,故羟胺的氧化产物为NO。
2
8.水热法制备纳米颗粒Y(化合物)的反应为3Fe2++2SO+O +aOH-===Y+SO+2HO,
2 2 4 2
下列有关说法不正确的是( )
A.a=4
B.Y的化学式为Fe O
2 3
C.SO是还原剂
2
D.每32 g O 参加反应,转移电子的物质的量为4 mol
2
答案 B
解析 由电荷守恒可知3×2+a×(-1)+2×(-2)=-2,则a=4;由质量守恒可知Y中含
Fe原子的个数为3,含O原子的个数为4,故Y的化学式为Fe O ;该反应中还原剂为Fe2
3 4
+、SO,氧化剂为O。
2 2
9.向100 mL的FeBr 溶液中,通入标准状况下Cl 5.04 L,Cl 全部被还原,测得溶液中
2 2 2
c(Br-)=c(Cl-),则原FeBr 溶液的物质的量浓度是( )
2
A.0.75 mol·L-1 B.1.5 mol·L-1
C.2 mol·L-1 D.3 mol·L-1
答案 D
解析 标准状况下Cl 的物质的量是=0.225 mol,由于Fe2+的还原性强于Br-,通入氯气后,
2
Cl 先氧化Fe2+再氧化Br-,设原FeBr 溶液的物质的量浓度是 x mol·L-1,则0.225×2=
2 2
0.1x×1+(0.1x×2-0.225×2)×1,解得x=3。
10.已知酸性KCr O 溶液可与FeSO 反应生成Fe3+和Cr3+。现将硫酸酸化的KCr O 溶液
2 2 7 4 2 2 7
与FeSO 溶液混合,充分反应后再向所得溶液中加入KI溶液,混合溶液中Fe3+的物质的量
4
随加入的KI的物质的量的变化关系如图所示,下列说法不正确的是( )
A.图中AB段的氧化剂为KCr O
2 2 7B.图中BC段发生的反应为2Fe3++2I-===2Fe2++I
2
C.KCr O 与FeSO 反应的物质的量之比为1∶6
2 2 7 4
D.开始加入的KCr O 为0.1 mol
2 2 7
答案 D
解析 AB段为KCr O 和碘化钾的反应,KCr O 为氧化剂,A正确;BC段为铁离子和碘
2 2 7 2 2 7
化钾的反应,反应的离子方程式为 2Fe3++2I-===2Fe2++I ,B正确;由图可知BC段消耗
2
0.9 mol I-,由2Fe3+~2Fe2+~2e-~2I-~I 可得,则n(Fe3+)=n(Fe2+)=n(I-)=0.9 mol,根
2
据Fe原子守恒可知,KCr O 与FeSO 反应的Fe2+的物质的量为0.9 mol,那么根据Cr O~
2 2 7 4 2
2Cr3+~6e-~6Fe2+~6Fe3+可得,与FeSO 反应的KCr O 物质的量为mol=0.15 mol,所以
4 2 2 7
KCr O 与FeSO 反应的物质的量之比为0.15 mol∶0.9 mol=1∶6,C正确;三个过程合在一
2 2 7 4
起 Fe 元素化合价没变,变价的只有 Cr 和 I 元素,所以,由得失电子守恒可得关系式
KCr O ~6Fe3+~6I-,共消耗的n(I-)=1.5 mol,则刚开始加入的KCr O 的物质的量为mol
2 2 7 2 2 7
=0.25 mol,D错误。
11.已知氧化性:Fe3+>M2+(M为不活泼的常见金属),向物质的量浓度均为1 mol·L-1的
Fe (SO ) 和MSO 的100 mL混合液中加入a mol铁粉,充分反应后,下列说法不正确的是(
2 4 3 4
)
A.当a≤0.1时,发生的反应为2Fe3++Fe===3Fe2+
B.当0.1≤a<0.2时,溶液中n(Fe2+)=(0.2+a) mol
C.当a≥0.2时,发生的反应为2Fe3++M2++2Fe===4Fe2++M
D.若有固体剩余则可能只是铁
答案 D
解析 因氧化性:Fe3+>M2+,加入铁粉后,先与Fe3+反应,后与M2+反应。混合溶液中
n(Fe3+)= 1 mol·L-1×0.1 L×2=0.2 mol,则:当a≤0.1时,Fe粉只能将Fe3+还原,A正确;
当 0.1≤a<0.2时,Fe3+全部被还原,n(M2+)=1 mol·L-1×0.1 L=0.1 mol,加入的铁粉全部
变为Fe2+,根据铁元素守恒,n(Fe2+)=(0.2+a) mol,B正确;当a≥0.2 时,Fe3+和M2+均
反应完全,此时发生的反应为2Fe3++M2++2Fe===4Fe2++M,C正确;若有固体剩余,则
固体中一定有M,当铁粉过量时,还会含有Fe,不可能只有Fe,D错误。
12.(1)联氨(N H)是一种常用的还原剂。其氧化产物一般为N 。联氨可用于处理高压锅炉
2 4 2
水中溶解的氧,防止锅炉被腐蚀。理论上1 kg的联氨可除去水中溶解的O________kg。
2
(2)工业上可用KClO 与NaSO 在HSO 存在下制得ClO ,该反应氧化剂与还原剂物质的量
3 2 3 2 4 2
之比为________。
(3)H PO 是一元中强酸,HPO 及NaH PO 均可将溶液中的Ag+还原为银,从而可用于化学
3 2 3 2 2 2
镀银。
①HPO 中,P元素的化合价为________。
3 2
②利用HPO 进行化学镀银的反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为 4∶1,则氧化产
3 2物为________(填化学式)。
答案 (1)1 (2)2∶1 (3)①+1 ②HPO
3 4
解析 (1)联氨与高压锅炉水中溶解的氧发生的反应为NH +O===N +2HO,理论上1 kg
2 4 2 2 2
的联氨可除去水中溶解的氧气为×32 g·mol-1=1 000 g=1 kg。
(2)n(KClO)×(5-4)=n(Na SO )×(6-4),=。
3 2 3
(3)②设氧化产物中 P的化合价为+x,则 4×(1-0)=1×(x-1),x=5,故氧化产物为
HPO 。
3 4
13.已知还原性:HSO>I-,氧化性:IO>I。
2
(1)在NaIO 溶液中滴加少量NaHSO 溶液,发生下列反应。配平反应方程式,并用单线桥标
3 3
出电子转移的方向和数目。
NaIO +NaHSO===I+NaSO +HSO +HO
3 3 2 2 4 2 4 2
(2)在NaIO 溶液中滴加过量 NaHSO 溶液,反应完全,推测反应后溶液中的还原产物为
3 3
__________(填化学式)。
(3)在含5 mol NaHSO 的溶液中逐滴加入NaIO 溶液,加入NaIO 的物质的量和析出I 的物
3 3 3 2
质的量的关系曲线如图所示。写出反应过程中与 AB 段曲线对应的离子方程式:
_____________________________________________________________________________;
当溶液中I-与I 的物质的量之比为5∶3时,加入的NaIO 为__________mol。
2 3
答案 (1) ===2I +7NaSO +3HSO +2HO (2)NaI (3)IO+5I-+6H+
2 2 4 2 4 2
===3I+3HO
2 2
解析 (2)由还原性:HSO>I-可知,当NaHSO 溶液过量时,IO先被还原成I,再被还原成I
3 2
-。(3)OA段,随着IO的量增加,NaHSO 的量减少,IO被还原成I-,至A点恰好完全反应,
3
此时继续加入NaIO ,又发生NaIO 氧化I-的反应:IO+6H++5I-===3I +3HO。当I-与I
3 3 2 2 2
的物质的量之比为5∶3时,设加入的NaIO 为x mol,根据转移电子数守恒,得 5×2=
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x×6+x×5,解得x=。