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,欢迎进入化学课堂,高中化学新人教版选修2系列课件,化学与技术,第二单元化学与资源开发利用,教学目标,1.知道化学在水处理中的应用。2.了解化学在水污染处理中的具体应用，认识化学与社会发展的关系；掌握氯碱工业、海水提溴、海水冶炼镁的化学原理；了解海水的综合利用，认识化学科学发展对自然资源利用的作用。.掌握煤、石油和天然气等综合利用中基本的化学原理。.通过调查讨论煤、石油和天然气等综合利用的最新进展。.了解我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展概况。,第一节获取洁净的水,第二章化学与资源开发利用,2、你认为水污染还有其它原因吗？,讨论,一、天然水的净化,实验：在一杯浑浊的黄河水中撒入一药匙明矾粉末，观察现象。写出有关的离子方程式。,KAl（SO4）2=Al3+K+2SO42-Al3+3H2OAl(OH)3+3H+,分组实验2-1,结论：绿矾净水效果不如明矾,绿矾溶于水呈酸性，但碱性条件下更易氧化，使用时将PH调至9，变成效果更好的三价铁离子,水中呈胶体状态的污染物质，通常都带有负电荷，若向水中投加带相反电荷的电解质（混凝剂），可是污水中的胶体颗粒失去稳定性，并在分子引力作用下凝聚成大颗粒而下沉。通过混凝法可除去污水中细分散固体颗粒、乳状油及胶状物质。目前常用的混凝剂有：明矾、碱式氯化铝、铁盐等。注意：含铝混凝剂处理饮用水的安全性。,硬水和软水,硬水溶有较多量的钙离子，镁离子的水。如矿泉水，自来水，以及自然界中的地面水和地下水等。软水只溶有少量或者不含钙离子，镁离子的水。如雨水，雪水，纯净水等。,矿泉水和蒸馏水有什么区别？,1实验,2、化学软化,硬度,硬度,最初硬度是指水能溶解肥皂的程度,现在主要指水中含钙离子镁离子的浓度,硬度定义1升水中含有10mmgCaO或者相当于10mmgCaO)称为1度（1。),硬度的种类,暂时硬度,CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2,定义：由Ca（HCO3)2和Mg（HCO3)2引起的硬度,桂林地区有很多的溶洞，是怎么形成的？溶洞中和附近的水有什么特点？,煮沸暂时硬水时的反应：,请翻看书后的溶解度附表，说出CaCO3和MgCO3溶解度的差别。,CaCO3不溶，MgCO3微溶,所以碳酸镁在进一步加热的条件下还可以与水反应生成更难溶的氢氧化镁。,实验二,所以水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2，可以用稀盐酸洗，但是为了防止腐蚀设备，需要加入合适的缓蚀剂。,永久硬度,？思考：钙和镁形成的可溶性盐还有哪些？,还有：硫酸钙硫酸镁氯化钙硝酸钙硝酸镁,？思考：可以也象暂时硬水那样煮沸消除吗？提示：用反证法思考比如说：假如氯化镁加热煮沸能反应的话，生成什么物质？可能吗？,定义：由钙镁硫酸盐和氯化物引起的，不能用煮沸法消除的硬度叫做永久硬度。,水的硬度,看课本：水中有哪些阴离子？哪些阳离子？,水的硬度往往是暂时硬度和永久硬度的总和。,阴离子有：HCO3-，CO32-，Cl-，SO42-，NO3-等阳离子有：Ca2+,Mg2+等,硬水和软水硬水：硬度大于8度的水软水：硬度小于8度的水自然界中只有雨水、雪水这样的结晶水才是纯软水。,蒸馏水暂时硬水永久硬水,煮沸,蒸馏水和永久硬水,暂时硬水,永久硬水,肥皂水,蒸馏水,你还能想出其他方法来吗？,题3,3.有一最硬水，硬度是由碳酸氢镁引起的，测定硬度为30度。取一升这种水，常压下加热蒸发，最后得到残渣多少克？,【分析】硬度的计算是把镁离子折算成氧化钙，只含有碳酸氢镁的暂时硬水加热煮沸，最后得到的残渣是氢氧化镁。,所以：水中相当于含有钙离子的质量：m=30度*10毫克/度=300毫克钙离子看成是以氧化钙的形式，所以钙离子的物质的量为n=300/56毫摩尔一个钙离子由一个镁离子折算得到，所以n镁离子=n钙离子=300/56毫摩尔=0.3/56摩尔最后镁离子转化为氢氧化镁，质量为：0.32/56*58=0.31克,返回,硬水的危害,硬水与人体健康,长期饮用硬度过高的水对人体健康不利高硬度水中与结合SO有苦涩味，还会使人的肠胃功能紊乱，出现站是性的腹胀，排气多，腹泻等现象。久居南方的人初到北方，开始一段时间会出现“水土不服”的现象，是因为北方不少地方饮用硬度比较高的地下水，而时间长了，胃肠逐渐适应后，这种现象就会随之消失。,那么硬水毫无是处了吗？,不对，否则怎么会有那么多的人要买矿泉水喝呢？,原来钙和镁都是生命必需元素中的宏量金属元素科学和医学家们还调查发现，人的某些心血管疾病，如高血压和动脉硬化性心脏病的死亡率，与饮水的硬度成反比，水质硬度低，死亡率反而高。长期饮用过硬或者过软的水都不利与人体健康。我国规定：饮用水的硬度不得超过25度,硬水对我们的生产和生活也有很大的危害洗涤浪费肥皂锅炉结成水垢，危害生产所以，我们必须将硬水进行软化。那么，就让我们接着学习硬水软化的方法吧！,返回,硬水软化的方法,煮沸法离子交换法石灰-纯碱法其他方法,煮沸法(复习),煮沸暂时硬水时的反应：,仅仅适用于软化硬水,暂时性,离子交换法,碳质离子交换剂离子交换树脂磺化煤（黑色颗粒，不溶于酸碱）,碳质离子交换剂：磺化煤NaR烟煤和褐煤用发烟硫或浓硫酸处理后的产物钠离子可以交换水中的钙镁离子,交换,交换：2NaR+Ca2+=CaR2+2Na2NaR+Mg2+=MgR2+2Na+,交换过程,离子交换柱,返回,交换过程,返回,再生,交换并非是无止境的。当交换后的水不再符合软水的标准时，磺化煤就失效了，需要,再生：用810的食盐水浸泡磺化煤交换剂。CaR2+2Na=2NaR+Ca2+MgR2+2Na+2NaR+Mg2+,再生过程是交换过程的逆过程。,水质变化,思考回忆：经过离子交换的水，水质有什么变化？,交换：2NaR+Ca2+=CaR2+2Na2NaR+Mg2+=MgR2+2Na+,水质变化：原水硬度降低阴离子基本不变钠离子数目大大增加,磺化煤缺点：不耐热，交换容量小，再生剂消耗大。交换容量和原水硬度以及再生水平有关，影响因素较多。,优点：质量高，占地小，设备简单，操作方便。,性状：透明或半透明，颜色有黄色，白色等，形状有交换膜，球状，柱状等,用途：纯水制取（H型OH型）硬水软化，原料提纯，有机合成等。,缺点：原水硬度和碱度高时，经济效益不好。,返回,离子交换树脂,石灰纯碱法,工业上也用化学药剂来软化硬水。CaO白色粉末CaO+H2O=Ca(OH)2(避免灰尘污染),想想还有哪些可能发生的反应？,家用简易净水器,课外探索,1、了解家用简易净水器的工作原理。,2、利用滤纸、木炭粉、细沙、沙砾、碎石、棉花等物品制作简易过滤器。,每一层分别放上：滤纸、木炭粉、细沙、沙砾、碎石、棉花等,第二节获取洁净的水,第二章化学与资源开发利用,课题2海水资源的综合利用,第一课时,浩瀚的海洋是个巨大的资源宝库，它不仅孕育着无数的生命，还孕育着丰富的矿产，而海水本身含有大量的化学物质，又是宝贵的化学资源,海水中储有大量的化学物质，储量可观的就有80多种化学元素，其中70多种可以被人类提取利用，海洋是地球上最大的矿产资源库。全世界每年都要从海洋中提取大量的食盐、镁、溴、碘、钾等有用物质，海水素有“液体工业原料”之美誉。,一、海水中盐的开发与利用,结晶池,蒸发池,盐是人类日常生活中的必需品，也是很多工业部门的原料之一，而海盐又是盐的主要来源之一。海水制盐的方法主要有三种，即：盐田法、电渗析法和冷冻法。盐田法历史最悠久，而且也是最简便和经济有效的方法，现在还在广泛采用。,2、食盐资源的利用,氯碱工业,以食盐为原料制取NaOHCl2H2再进一步生产一系列的化工产品的工业,动手、动脑：分析图2-9所示实验，溶液中离子的运动，两极的电极反应式,（1）电解饱和食盐水反应原理,阴极：阳极：总反应：,2H+2e-=H2,2Cl-2e-=Cl2,思考？上述装置的弱点：,1.H2和Cl2混合不安全2.Cl2会和NaOH反应，会使得到的NaOH不纯,1离子交换膜电解槽的简单构造如何?2离子交换膜的作用是什么?3工业制碱的简单生产流程怎样?,思考：,(2)离子交换膜法制烧碱,Cl2,Cl2,Cl,H2,H+,OH,淡盐水,NaOH溶液,精制饱和NaCl溶液,H2O（含少量NaOH）,离子交换膜,1、生产设备名称：离子交换膜电解槽阳极：金属钛网(涂钛钌氧化物)阴极：碳钢网(有镍涂层)阳离子交换膜：只允许阳离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。2、离子交换膜的作用：(1)防止氯气和氢气混合而引起爆炸(2)避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠的产量,(3)生产流程,1用什么方法除去泥沙？2用什么试剂除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-？3所用试剂只有过量才能除净这些杂质，你能设计一个合理的顺序逐一除杂吗？,思考：,粗盐水（Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-）,Ba2+SO42-=BaSO4,Ca2+、Mg2+、Fe3+、Ba2+,BaSO4,Ca2+CO32-=CaCO3Ba2+CO32-=BaCO3,CaCO3BaCO3,Mg2+、Fe3+、CO32-,Mg2+2OH-=Mg(OH)2Fe3+3OH-=Fe(OH)3,Fe(OH)3Mg(OH)2,OH-、CO32-,精制食盐水,电解食盐水思考：,（1）以惰性材料作电极，电解滴有几滴酚酞的饱和食盐水，观察实验现象？（2）以活性材料作电极，电解滴有几滴酚酞的饱和食盐水，观察实验现象？由此可得出什么结论？,活性材料作电极阴极上，阳离子的放电顺序同惰性电极阳极上，电极材料的溶解,氯碱工业,饱和食盐水,氢气,氯气,氢氧化钠,盐酸,漂白剂,冶炼金属等,合成农药等,造纸、玻璃、肥皂、纺织等,课题2海水资源的综合利用,第二课时,电解饱和食盐水反应原理,阴极：阳极：总反应：,2H+2e-=H2,2Cl-2e-=Cl2,复习：,Cl2,Cl2,Cl,H2,H+,OH,淡盐水,NaOH溶液,精制饱和NaCl溶液,H2O（含少量NaOH）,离子交换膜,复习：,1、氧化工业上从海水中提取溴时，首先通氯气于pH为3.5左右晒盐后留下苦卤(富含Br-离子)中置换出Br2。,二、海水提溴,Cl2+2Br-=Br2+2Cl-,2、吹出然后用空气把Br2吹出，再用Na2C03溶液吸收，即得较浓的NaBr和NaBrO3溶液：3CO32-+3Br2=5Br-+BrO33-+3CO2最后，用硫酸将溶液酸化，Br2即从溶液中游离出来：5Br-+BrO33-+6H+=3Br2+3H2O,3、吸收用还原剂二氧化硫使溴单质变为HBr，再用氯气将其氧化成溴产品。,Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4,Cl2+2Br-=Br2+2Cl-,思考：海水是一种混合溶液，其中主要含有哪些离子？,Cl-Na+Mg2+Ca2+SO42-,结合海水资源的特点，我们从海水中提取镁到底有没有实际意义？在提取过程中又可能会面临怎样的困难？,三、海水提镁,思考：,、如何实现Mg2+的富集和分离？,可以加入一种试剂使Mg2+沉淀,、是不是直接往海水中加沉淀剂？,不是，因为海水中的Mg2+的浓度很小，直接加沉淀剂不利于Mg2+的沉淀，而且会增大沉淀剂的用量，我们可以先将海水浓缩，再加沉淀剂,、从综合角度考虑选用哪种试剂作沉淀剂好？,Ca(OH)2,思考：如何由贝壳制得氢氧化钙？,贝壳(CaCO3),CaO,Ca(OH)2,、从沉淀效果看，澄清石灰水比氢氧化钠效果差得多，如何解决这一矛盾？,、如何制得无水MgCl2？,、由MgCl2到Mg究竟用还原法还是电解法好？,思考：,用石灰乳代替石灰水,先加盐酸反应，再浓缩得MgCl26H2O晶体，然后再将MgCl26H2O晶体在HCl气氛中加热脱水即可得无水MgCl2,由于镁本身比较活泼，用还原法比较困难，工业上常使用电解熔融的氯化镁得到镁,、请设计由Mg(OH)2到Mg的可能途径。,CaO,Mg(OH)2,MgCl26H2O,MgCl2,Mg,Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O,思考：电解产生的Cl2怎么处理？,探究一：取一小段除去氧化膜的镁条投入盛有一定量稀盐酸的试管中；现象：结论或化学方程式：,镁条逐渐溶解，有大量气体产生,Mg+2HCl=MgCl2+H2,探究二：取一小段除去氧化膜的镁条投入滴有酚酞的水中；现象：结论或化学方程式：,有气体产生，滴有酚酞的水溶液变红(但比钠与水反应缓和得多）,探究三：取一根除去氧化膜的镁条，点燃后插入充满CO2的的集气瓶中。现象：结论或化学方程式：,燃着的镁条在CO2中继续燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体，在集气瓶的内壁有黑色固体附着,四、Mg条与氮气的反应,1、海水中含的MgCl2是Mg的重要来源之一,从海水中提镁，可按如下步骤进行：（1）将贝壳制成石灰乳（）在引入的海水中加入石灰乳、沉降、过滤、洗涤沉淀物（）将沉淀物与盐酸反应、结晶、过滤、干燥产物（）将产物熔融后电解关于提取镁，下列说法中不正确的是（）、此法的优点之一是原料来源丰富、进行（1）、（2）、（3）步的目的是从海水中提取MgCl2、第四步会产生氯气D、以上过程中涉及到复分解反应、化合反应和置换反应,2、分析镁在空气中的燃烧产物，肯定不存在的物质是（）A、CB、MgOC、MgCO3D、Mg3N2,C,小结,、海水中的化学元素的存在与利用,、海水提镁的工艺流程,、镁的性质,、镁的用途,四、从海水中提取重水,海水中溶存着80多种元素，其中不少元素可以提取利用，具有重要的开发价值。据计算，每立方千米海水中含有3750104t固体物质，其中除氯化钠约3000104t外，镁约450104t，钾、溴、碘、钍、钼、铀等元素也不少。,中国海域,镁在海水中含量很高，仅次于氯和钠，居第3位。,溴的浓度较高，平均为6710-3mL/L，地球上99以上的溴都储存在海水里，故溴有“海洋元素”之称。,碘在海水中的浓度只有0.0610-6，属于微量元素。,钾在海水中的总量为5001012t以上。海水中所含钾的储量远远超过钾盐矿物储量。,铀海水中的总量非常可观，达45108t，相当于陆地储量的4500倍。,一吨海水中所含重水的核聚变反应，可释放出相当于256t石油燃烧所产生的能量。,重水核聚变反应可释放出相当能量，海水中约有200108t重水。,提取,氘是氢的同位素。氘的原子核除包含一个质子外，比氢多了一个中子。氘的化学性质与氢一样，但是一个氘原子比一个氢原子重一倍，所以叫做“重氢”。氢二氧一化合成水，重氢和氧化合成的水叫做“重水”。重水主要赋存于海水中，总量可达250亿吨。重水现在已是核反应堆运行不可缺少的辅助材料，也是制取氘的原料。,制备重水有两种方法，蒸馏法：这种方法只能得到纯度为92%的重水；电解法：可得99.7%的重水，但消耗电能特别大。化学法：,重水可以通过多种方法生产。然而只有两种方法已证明具有商业意义：水-硫化氢交换法（和氨-氢交换法。水-硫化氢交换法是基于在一系列塔内（通过顶部冷和底部热的方式操作）水和硫化氢之间氢与氘交换的一种方法。在此过程中，水向塔底流动，而硫化氢气体从塔底向塔顶循环。使用一系列多孔塔板促进硫化氢气体和水之间的混合。在低温下氘向水中迁移，而在高温下氘向硫化氢中迁移。氘被浓缩了的硫化氢气体或水从第一级塔的热段和冷段的接合处排出，并且在下一级塔中重复这一过程。最后一级的产品（氘浓缩至30%的水）送入一个蒸镏单元以制备反应堆级的重水（即99.75%的氧化氘）。,第三节石油、煤和天然气的综合利用,第二章化学与资源开发利用,必修2内容：石油主要是由各种烷烃、环烷烃和环烷烃所组成的混合物。石油的大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态烃和固态烃。石油主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素。,思考与交流,石油炼制的目的是什么？,一方面是将石油中的混合物进行一定程度的分离使它们物尽其用；另一方面。将含碳原子数较多的烃转变为含碳原子数较少的烃作为化工原料，以提高石油的利用价值。,汽油C5C11,煤油C11C16,柴油C15C18,常压蒸馏塔,重油C20以上,减压蒸馏塔,燃料油,沥青,石蜡,润滑油,催化裂化,石油气C4以下,Liquidpetroleumgas,LPG,原油,石油通过分馏获得的汽油、煤油、柴油等轻质油的产量比较低，仅占石油总产量的25左右。但社会需求量大的正是这些轻质油，为了提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量，还可以采用裂化的方法从重油中获取轻质油。,裂化就是在一定的条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程。例如，在加热、加压和催化剂存在的条件下，十六烷裂化为辛烷和辛烯：,裂化有热裂化和催化裂化。,热裂化,催化裂化,目的:提高汽油的质量和产量,目的:提高汽油的产量,缺点：温度过高，发生结焦现象,催化剂：硅酸铝，分子筛（铝硅酸盐）,实验,为获得有机化工的基本原料。在石油化工生产过程里，常用石油分馏产品（包括石油气）作原料，采用比裂化更高的温度（700800，有时甚至高达1000以上），使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，以提供有机化工原料。工业上把这种方法叫做石油的裂解。所以说裂解就是深度裂化，以获得短链不饱和烃为主要成分的石油加工过程。石油裂解的化学过程是比较复杂的，生成的裂解气是一种复杂的混合气体，它除了主要含有乙烯、丙烯、丁二烯等不饱和烃外，还含有甲烷、乙烷、氢气、硫化氢等。裂解气里烯烃含量比较高。因此，常把乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志。把裂解产物进行分离，就可以得到所需的多种原料。这些原料在合成纤维工业、塑料工业、橡胶工业等方面得到广泛应用。,阅读,裂解,定义：使具有长链分子的烃在700度以上高温时断裂成短链的烃的过程叫裂解,目的：生产短链不饱和烃如工业“三烯”,乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志,用途：合成纤维，塑料，橡胶等,总结,裂化、催化裂化、裂解的对比,归纳,思考与交流,结合在必修化学所学内容，与同学交流：以乙烯为原料合成那些产品：体会乙烯在工业合成中的价值。,合成：乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、氯乙烷、聚乙烯等等,学习第40页第一自然段回答：天然气的来源用途。,2、天然气的利用合成氨所需的氢气、制乙烯、制甲醇、合成液体燃料、,石油化工厂的景观,二、煤的综合利用,无烟煤,泥煤,褐煤,思考与交流,阅读课本40页第二段，说出煤的主要元素，目前煤的综合利用方法。,煤除了主要含碳外还含有少量的S、P、N、H、O等元素以及无机矿物质（主要有硅、铝、钙、铁等元素）煤是有机物和无机物组成的复杂混合物,1、煤的干馏（）的过程叫煤的干馏。是一个（）过程。,把煤隔绝空气加强热使它分解,石油的分馏是物理变化、煤的干馏是化学变化过程。,化学变化,石油的分馏和煤的干馏的区别：,为了预防或减少煤燃料对环境和人体健康带来的危害，近二三十年来，世界各国大力开展了对煤利用新技术的研究，其中主要包括对煤的液化和汽化技术。煤的汽化和液化就是使煤变成清洁能源的有效途径，与此同时煤的燃烧效率等也得到提高,2、煤的汽化与液化,（1）汽化煤的汽化就是将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。煤汽化的主要化反应是指碳和水蒸气的反应。C+H2O=COH2这是一个吸热反应，所需热量一般都由同时进行的碳的燃烧反应来提供。CO2=CO2碳燃烧时可以使用空气，也可以使用氧气，但得到的煤气成分、热值及用途都不同，分别叫低热值气和中热值气。中热值气在适当催化剂的作用下，又可以转变成高热值气。即把中热值煤气里的CO和H2用催化剂合成甲烷。CO3H2CH4H2O,把煤粉和煤液化过程中产生的油跟氢气混合，在高温下经催化剂催化，进行加氢解聚反应，同时脱去硫、氮、氧等原子，生成固-液混合物的油、液化的煤以及含有未液化的煤和炭等固态物质。经过分离可以得到油，成为低氢、低硫的重质液体燃料。,(2)液化煤的液化是将煤转化为液体燃料的过程。煤的液化可以分为直接和间接两个途径。,间接液化的气化-液化法首先把煤气化为H2、CO和CH4。用催化剂把气态物质转变为液态。nCO2nH2(CH2)nnH2O2nCOnH2(CH2)nnCO2煤的液化是否能得到发展，决定于石油是否能满足不断增长的需要、煤跟石油的比价以及煤的液化技术的成熟程度。从世界范围来看，由于石油价格的增长，液化技术的日臻成熟，煤液化工业的再度兴起是可能的。对我国来说，目前汽油和煤的比价比国外更有利于发展以合成高级汽油为主要目的的煤的液化。在有煤地区发展煤的液化还是可以探索的。,碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等)为原料，用化工的方法制造一系列化工原料和燃料的化学。,2CO=2COC+H2O=COH2CO+H2O=CO2H2,高温条件，天然气重整：CH4H2O=CO3H2,煤汽化的主要反应：,三、煤化工和天然气化工的发展碳化学,典型例题,例1：工业上合成氨的原料气之一H2有一种来源是取自石油气，如丙烷。（1）有人设计了以下反应途径（假设反应都能进行），你认为最合理的是A、D、B、C、（2）按照所选反应途径，理论上用1mol丙烷最多可制得氨A、4molB、4.7molC、10molD、2.7mol,（3）所选反应途径最显著的特点是A、简单易行B、所得H2纯度高C、所得H2产量高D、可获得大量热能,例2：如何用化学方法检验一瓶裂化汽油里是否含有甲苯、二甲苯等芳香烃？写出实验步骤。,取约5ml汽油，滴加溴水至溴水不褪色为止，再加入适量NaOH溶液除去剩余Br2，分液。取油层液体，滴加酸性KMnO4稀溶液，振荡。若KMnO4溶液褪色，则说明含有苯的同系物（甲苯、二甲苯）。,例3：C8H18在一定条件下受热裂化，可生成CH4、C2H6、C2H4、C3H6、C4H8五种混合气体，此混合气体的平均分子量为A、14B、57C、38D、无定值,作业P458、9,再见,同学们,来学校和回家的路上要注意安全,同学们,来学校和回家的路上要注意安全,
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