制备氢气可利用碘硫热化学循环法,其原理示意图如下。
(1)已知:①2SO3(g)2SO2 (g) + O2 (g) △H1
②H2SO4(l)SO3(g) + H2O(l) △H2
2H2SO4(l)2SO2 (g) + O2(g) +2H2O(l) △H3
则△H3= (用△H1和△H2表示)
(2)上述热化学循环制氢要消耗大量的能量,从绿色化学角度,能量供应的方案是 。
(3)碘化氢热分解反应为:2HI(g)H2(g)+I2(g) △H>0。则该反应平衡常数表达式:K= ;升温时平衡常数K (选填“增大”或“减小”)
(4)本生(Bunsen)反应中SO2和I2及H2O发生反应为:
SO2+I2+2H2O=3H++HSO4─+2I─;I─+I2I3─。
①当起始时,SO2为1mol,水为16mol,溶液中各离子变化关系如下图,图中a、b分别表示的离子是 、 。
②在水相中进行本生反应必须使水和碘显著过量,但易引起副反应将反应器堵塞。写出浓硫酸与HI发生反应生成硫和碘的化学方程式: 。
CO2和CH4是两种重要的温室气体,通过CH4和CO2反应制造更高价值化学品是目前的研究目标。
(1)在一定条件下,CH4和CO2以镍合金为催化剂,发生反应:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),其平衡常数为K,在不同温度下,K 的值如下:
①从上表可以推断:该反应的逆反应是 (填“吸”、“放”)热反应。
②此温度下该反应的平衡常数表达式为K=__________________。
(2)以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。
①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。250~300℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是_________。
②为了提高该反应中CH4的转化率,可以采取的措施是 。
③将Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的离子方程式为 。
(3)Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。
①如果寻找吸收CO2的其他物质,下列建议合理的是________。
a.可在碱性氧化物中寻找
b.可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找
c.可在具有强氧化性的物质中寻找
②Li2O吸收CO2后,产物用于合成Li4SiO4,Li4SiO4用于吸收、释放CO2。原理是:在500℃,CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3;平衡后加热至700℃,反应逆向进行,放出CO2,Li4SiO4再生,说明该原理的化学方程式是__________________ _________。
I.一定条件下铁可以和CO2发生反应:
Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) △H>0。1100℃时,向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体,反应过程中CO2气体和CO气体的浓度与时间的关系如图所示。
(1)8分钟内,CO的平均反应速率v(CO)=___________(结果保留3位有效数字)。
(2)1100℃时该反应的平衡常数K= (填数值);该温度下,若在8分钟时CO2和CO各增加0.5mol/L,此时平衡 移动(填“正向”、“逆向”或“不”)。
(3)1100℃时,2L的密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
容器 |
甲 |
乙 |
反应物投入量 |
3molFe、2molCO2 |
4molFeO、3molCO |
CO的浓度(mol/L) |
C1 |
C2 |
CO2的体积分数 |
φ1 |
φ2 |
体系压强(Pa) |
P1 |
P2 |
下列说法正确的是___________(填序号);
A.2C1 = 3C2 B.φ1 = φ2 C.P1<P2
II.(4)已知:①Fe(OH)3(aq)Fe3+(aq)+3OH-(aq);ΔH=" a" kJ•mol-1
②H2O(l) H+(aq)+OH-(aq);ΔH="b" kJ•mol-1
请写出Fe3+发生水解反应的热化学方程式: 。
(5)柠檬酸(用H3R表示)可用作酸洗剂,除去水垢中的氧化铁。
溶液中H3R、H2R-、HR2--、R3-的微粒数百分含量与pH的关系如图所示。图中a曲线所代表的微粒数的百分含量随溶液pH的改变而变化的原因是 (结合必要的方程式解释)。调节柠檬酸溶液的pH=4时,溶液中上述4种微粒含量最多的是 (填微粒符号)。
III.(6)高铁酸钠(Na2FeO4)广泛应用于净水、电池工业等领域,工业常用电解法制备,其原理为
Fe+2OH--+2H2OFeO42--+3H2↑
请设计一个电解池并在答题卡的方框内画出该装置的示意图并作相应标注。
其阳极反应式为:________________________________。
Ⅰ.2011年11月28日至12月9日,联合国气候变化框架公约第17次缔约方会议在南非德班召开,随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视,如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2,引起了各国的普遍重视。
(1)目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。为探究该反应原理,进行如下实验,在体积为1L的密闭容器中,充入1mol CO2和3.25 mol H2,在一定条件下发生反应,测定CO2、CH3OH(g)和H2O (g)的浓度随时间变化如图所示:
①写出该工业方法制取甲醇的化学反应方程式 。
②从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v (H2)= 。
③该条件下CO2的转化率为 。当温度降低时CO2的转化率变大,则该反应 0(填“>”“<”或“=”)。
④下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是 。
A.升高温度 | B.充入氮气 |
C.将水蒸气从体系中分离 | D.用更有效的催化剂 |
(2)选用合适的合金作为电极,以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料,可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池,此燃料电池负极的电极方程式为 。
Ⅱ.研究NO2 、SO2 、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。其中氮元素有着多变价态和种类多的化合物,它们在工农业生产、生活中发挥着重要的作用。完成下列问题:
(1)已知:2SO2(g) + O2(g)2SO3(g) ΔH=" —196.6" kJ·mol―1
2NO(g) + O2(g)2NO2(g) ΔH=" —113.0" kJ·mol―1
则反应NO2(g) + SO2(g)SO3(g) + NO(g) 的ΔH= 。
(2)一定条件下,将NO2与SO2以体积比1:2置于密闭容器中发生上述反应,
①下列能说明反应达到平衡状态的是 (填序号) 。
a.体系压强保持不变
b.混合气体颜色保持不变
c.SO3和NO的体积比保持不变
d.相同时间内,每消耗1 molNO2的同时消耗1 mol SO3
②当测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1: 6,则平衡常数K= 。
尿素[CO(NH2)2]是首个由无机物人工合成的有机物。工业上合成尿素的反应如下:
2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(l) + H2O (l) ΔH<0。回答下列问题:
已知工业上合成尿素分两步进行,相关反应如下:
反应Ⅰ:2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s) ΔH1<0
反应Ⅱ:NH2COONH4(s) CO(NH2)2(l)+ H2O (l) ΔH2>0
(1)下列示意图中[a表示2NH3(g)+CO2(g),b表示NH3COONH4(s),c表示CO(NH2)2(l)+H2O(l)],能正确表示尿素合成过程中能量变化曲线是(填序号) 。
(2)某实验小组模拟工业上合成尿素的条件,在恒定温度下,将氨气和二氧化碳按2:1的物质的量之比充入一体积为10L的密闭容器中(假设容器体积不变,生成物的体积忽略不计),经20min达到平衡,各物质浓度的变化曲线如下图所示。
从图中得知∆c(CO2)=0.2mol/L,则v(CO2)= ∆c(CO2)/t= 0.01mol·L-1·min-1。
①在上述条件下,从反应开始至20min时,二氧化碳的平均反应速率为 。
②为提高尿素的产率,下列可以采取的措施有 。
A.缩小反应容器的容积 |
B.升高温度 |
C.平衡体系中及时分离出CO(NH2)2 |
D.使用合适的催化剂 |
③该反应的平衡常数表达式K= ;若升高体系的温度,容器中NH3的体积分数将 (填“增加”、“减小”或“不变”)。
④若保持平衡的温度和体积不变,25min时再向容器中充入2mol氨气和1mol二氧化碳,在40min时重新达到平衡,请在上图中画出25~50min内氨气的浓度变化曲线。
(14分)甲醇是一种重要的化工原料,在生产中有着重要的应用。工业上用天然气为原料,分为两阶段制备甲醇:
(i)制备合成气:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)
(ii)合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
请回答下列问题:
(1)制备合成气:将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入反应室(容积为100L),在一定条件下发生反应(i);CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
①已知100℃时达到平衡的时间为5min,则从反应开始到平衡,用氢气表示的平均反应速率为:v(H2)= 。
②图中p1 p2(填“<”、”“>”或“=”)。
③为解决合成气中H2过量而CO不足的问题,原料气中需添加CO2,发生反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),为了使合成气配比最佳,理论上原料气中甲烷与二氧化碳体积比为 。
(2)合成甲醇:在Cu2O/ZnO作催化剂的条件下,向2L的密闭容器中通入1mol CO(g)和2mol H2(g),发生反应(ii),反应过程中,CH3OH的物质的量(n)与时间(t)及温度的关系如图所示。
①反应(ii)需在 (填“高温”或“低温”)才能自发进行。
②据研究,反应过程中起催化作用的为Cu2O,反应体系中含少量的CO2 有利于维持Cu2O的量不变,原因
是 (用化学方程式表示)。
③在500℃恒压条件下,请在上图中画出反应体系中n(CH3OH)随时间t变化的总趋势图。
(3)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯,其反应的热化学方程式为: 。
CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g) ,科研人员对该反应进行了研究,部分研究结果如下:
①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看,工业制取甲酸甲酯应选择的压强是 。(填“3.5×106Pa”、“4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”)。
②实际工业生产中采用的温度是80℃,其理由是 。
降低太气中CO2含量及有效开发利用CO2,是科学家研究的重要课题。
(1)将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为:
2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H=-122.4kJ·mol-1
①某温度下,将2.0molCO2(g)和6.0molH2(g)充入体积可变的密闭容器中,反应到达平衡时,改变压强和温度,平衡体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数变化如下表所示。
|
P1 |
P2 |
P3 |
T1 |
0.10 |
0.04 |
0.02 |
T2 |
0.20 |
0.16 |
0.05 |
T3 |
0.40 |
0.35 |
0.20 |
则Pl P3(填“>”“<”或“=”,下同)。若T1、Pl,T3、P3时平衡常数分别为K1、K3,则K1 K3。T1、Pl时H2的平衡转化率为 。
②一定条件下,t上述反应在密闭容器中达平衡。当仅改变影响反应的一个条件,引起的下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是____ 。
A.反应物的浓度降低
B.容器内压强增大
C.正反应速率大于逆反应速率
D.化学平衡常数K增大
(2)碳酸氢钾溶液加水稀释, (填“增大”“不变”或“减小”)。用碳酸钾溶液吸收空气中CO2,当溶渡呈中性时,下列关系或说法正确的是 。
a.c(K+)=2c(CO)+c(HCO)+c(H2CO3)
b.c(HCO)c(CO)
c.降低温度,c(H+)·c(OH-)不变
(3)向盛有FeCl3溶液的试管中滴加少量碳酸钾溶液,立即产生气体,溶液颜色加深,用激光笔照射能产生丁达尔效应,反应的离子方程式为 。
【改编】(17分)合成氨技术的发明使工业化人工固氮成为现实。
(1)已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H=-92.2kJ·mol-1。在一定条件下反应时,当电子转移3mol时,放出的热量为 。
(2)合成氨混合体系在平衡状态时NH3的百分含量与温度的关系如下图所示。由图可知:
①温度T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2,则K1 K2(填“>”或“<”)。若在恒温、恒压条件下,向平衡体系中通入氦气,氮气的平衡转化率 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
②T2温度时,在1L的密闭容器中加入2.1mol N2、l.5molH2,经10min达到平衡,则v(NH3)= 。达到平衡后,如果再向该容器内通入N2、H2、NH3各0.4mol,则V正 V逆(填“>”或“<”或“=”)。
(3)工业上用CO2和NH3反应生成尿素:CO2(g)+2NH3(g)H2O(1)+CO(NH2)2(1)△H,在一定压强下测得如下数据:
①该反应破坏旧化学键吸收的能量 形成新化学键放出的能量,表中数据a d,b f(均选填“>”、“=”或“<”)。
②从尿素合成塔内出来的气体中仍含有一定量的CO2、NH3,应如何处理 。
研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下放热反应:
2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) K1 ∆H ="a" kJ/mol (I)
2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) K2 ∆H ="b" kJ/mol (II)
(1)反应4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K= (用K1、K2表示),∆H= kJ/mol(用a、b表示)。
(2)为研究不同条件对反应(II)的影响,在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl2,10min时反应(II)达到平衡。测得10min内v(ClNO)=7.5×10-3mol•L-1•min-1,则平衡后
n(Cl2)= mol。其它条件保持不变,反应(II)在恒压条件下进行,平衡常数
K2 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)实验室可用NaOH溶液吸收NO2,反应为2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O。含0.2mol NaOH的水溶液与0.2mol NO2恰好完全反应得1L溶液A,溶液B为0.1mol•L‾1的CH3COONa溶液,则两溶液中c(NO3‾)、c(NO2-)和c(CH3COO‾)由大到小的顺序为 。(已知HNO2的电离常数Ka=7.1×10-4mol•L‾1,CH3COOH的电离常数K a=1.7×10-5mol•L‾1)
(4)由有机阳离子、Al2Cl7—和AlCl4—组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的 极,已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极电极反应式为 。若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极产物为 。
NO和NO2是常见的氮氧化物,研究它们的综合利用有重要意义。
(1)氮氧化物产生的环境问题有 (填一种)。
(2)氧化—还原法消除氮氧化物的转化如下:
①反应Ⅰ为:NO+O3=NO2+O2,生成11.2 L O2(标准状况)时,转移电子的物质的量是 mol。
②反应Ⅱ中,当n(NO2)∶n[CO(NH2)2]=3∶2时,反应的化学方程式是 。
(3)硝化法是一种古老的生产硫酸的方法,同时实现了氮氧化物的循环转化,主要反应为:
NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) △H=-41.8 kJ·mol-1
①已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H=-196.6 kJ·mol-1
写出NO和O2反应生成NO2的热化学方程式 。
②一定温度下,向2 L恒容密闭容器中充入NO2和SO2各1 mol,5min达到平衡,此时容器中NO 和NO2的浓度之比为3∶1,则NO2的平衡转化率是 。
③上述反应达平衡后,其它条件不变时,再往容器中同时充入
NO2、SO2、SO3、NO各1mol,平衡 (填序号)。
A.向正反应方向移动
B.向逆反应方向移动
C.不移动
(4)某化学兴趣小组构想将NO转化为HNO3,装置如图,电极为多孔惰性材料。则负极的电极反应式是 。
【改编】研究NO2 、SO2 、CO等大气污染气体的处理具有重要意义,完成下列问题:
I.已知:2SO2(g) + O2(g)2SO3(g) ΔH1= —196.6 kJ·mol―1
2NO(g) + O2(g)2NO2(g) ΔH2= —113.0 kJ·mol―1
(1)反应NO2(g) + SO2(g)SO3(g) + NO(g) 的ΔH= 。
(2)硫酸工业尾气中的SO2可利用氨水吸收,写出该反应的方程式____________________。
II.汽车尾气是城市空气污染的一个重要因素,常用以下反应净化汽车尾气:
2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)
在某温度T1℃下,2L密闭容器中充入NO 、CO各0.4mol,测得不同时间的NO和CO物质的量如下表:
时间(s) |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
n(NO)(mol) |
0.4 |
0.32 |
0.26 |
0.22 |
0.20 |
0.20 |
(3)反应在4s内的平均速率为v(CO)= mol·L-1·s-1
(4)上述反应达到平衡后,继续加入NO 、CO、CO2各0.2mol和N2 mol时,平衡不移动。
(5)在上述条件下该反应能够自发进行,如果把温度从T1℃升高到T2℃,平衡常数K将 (填写“变大”、“变小”、“不变”)。
III.一种CO分析仪的传感器可测定汽车尾气是否符合排放标准,该分析仪的工作原理类似燃料电池,其中的固体电解质是Y2O3-Na2O,O2ˉ可以在其中自由移动,
(6)O2ˉ移向电池 极(填“正”或“负”),
(7)负极的反应式为 。
【改编】SO2、NOx、CO2是对环境影响较大的气体,控制和治理SO2、NOx、CO2是减少酸雨、光化学烟雾和解决温室效应的有效途径。
(1)碳元素在元素周期表的位置: 。
(2)标况下2.24LSO2恰好被1L 0.2mol·L-1的NaOH溶液完全吸收,请写出吸收后溶液中离子浓度由大到小的顺序为 。
(3)已知汽车尾气NO与CO净化反应生成无污染气体,3g NO参加该反应放出37.99 kJ热量,请写出该反应的热化学方程式: 。
(4)某科研小组想以如图所示装置用原电池将 SO2转化为重要的化工原料。
①其负极反应式: ,
②当有1mol SO2被吸收,则通过质子(H+)交换膜的H+离子数为 。
(5)某科研小组用CO2通过下面反应方程式来生产甲醇,
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH= —49.0kJ·mol-1
现将6molCO2和8molH2充入一容积为2L的恒温密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化如下图中实线所示(图中字母后的数字表示对应的坐标)。
回答下列问题:
①此温度下该反应的平衡常数的数值K= 。
②仅改变某一条件再进行实验,测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示。与实线相比,虚线改变的条件可能是 。
【改编】Ⅰ.M、A、B、C、D、E均为短周期主族元素,A的最外层电子数是M的4倍,A、B、C、D、E、F在周期表中位置如图所示。(请用化学用语作答)
A |
B |
C |
D |
|
|
E |
F |
(1)A在周期表中的位置 。
(2)D、E、F三种元素形成的简单离子半径由大到小的顺序为 。
(3)由M、B、C三种元素以原子个数比4:2:3形成化合物Q,Q中所含化学键类型有 。检验该化合物中阳离子的方法是 。(用离子方程式表示)。
(4)B与C可组成质量比为7:16的三原子分子,该分子释放在空气中其化学作用可能引发的后果有 。
①酸雨 ②温室效应 ③光化学烟雾 ④臭氧层破坏
Ⅱ.一定条件下,2X(g)+Y(g)2Z(g)+W(s)。
(5)若反应在一定温度的恒容条件下进行,按下表数据投料,反应达到平衡状态,数据如下:
物质 |
X |
Y |
Z |
W |
起始投料/ mol |
2 |
1 |
2 |
0 |
平衡时物质的量 |
|
0.2 |
|
|
则平衡时容器的压强与原来压强的比值为________,X的转化率为__________。
工业常用燃料与水蒸气反应制备H2和CO, 再用H2和CO合成甲醇。
(1)制取H2和CO通常采用:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H=+131.4 kJ·mol-1,下列判断正确的是 。
a.该反应的反应物总能量小于生成物总能量
b.标准状况下,上述反应生成1L H2气体时吸收131.4 kJ的热量
c.若CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(1) △H=-QkJ·mol-1,则Q<131.4
d.若C(s)+CO2(g)2CO(g) △H1;CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H2则:△H1+△H2=+131.4 kJ·mol-1
(2)甲烷与水蒸气反应也可以生成H2和CO,该反应为:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
已知在某温度下2L的密闭绝热容器中充入2.00mol甲烷和1.00mol水蒸气,测得的数据如下表:
|
不同时间各物质的物质的量/mol |
|||
0 min |
2min |
4min |
6min |
|
CH4 |
2.00 |
1.76 |
1.60 |
n2 |
H2 |
0.00 |
0.72 |
n1 |
1.20 |
根据表中数据计算:
①0 min~2min内H2的平均反应速率为 。
②达平衡时,CH4的转化率为 。在上述平衡体系中再充入2.00mol甲烷和1.00mol水蒸气,达到新平衡时H2的体积分数与原平衡相比 (填“变大”、“变小”或“不变”),可判断该反应达到新平衡状态的标志有______。(填字母)
a.CO的含量保持不变
b.容器中c(CH4)与c(CO)相等
c.容器中混合气体的密度保持不变
d.3ν正(CH4)=ν逆(H2)
(3)合成甲醇工厂的酸性废水中含有甲醇(CH3OH),常用向废液中加入硫酸钴,再用微生物电池电解,电解时Co2+被氧化成Co3+,Co3+把水中的甲醇氧化成CO2,达到除去甲醇的目的。工作原理如下图(c为隔膜,甲醇不能通过,其它离子和水可以自由通过)。
①a电极的名称为 。
②写出除去甲醇的离子方程式 。
③微生物电池是绿色酸性燃料电池,写出该电池正极的电极反应式为 。
I.研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,同温度下涉及如下反应:
a、2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) ∆H1<0 其平衡常数为K1
b、2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) ∆H2<0 其平衡常数为K2
(1)4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g) ∆H3的平衡常数K= (用K1、K2表示)。∆H3= (用∆H1、∆H2表示)。
(2)为研究不同条件对反应a的影响,在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl2,10min时反应a达到平衡。测得10min内υ(ClNO)=7.5×10-3mol•L-1•min-1,则平衡后n(Cl2)= mol,NO的转化率α1= 。其它条件保持不变,反应(1)在恒压条件下进行,平衡时NO的转化率为α2,α1 α2(填“>”“<”或“=”),平衡常数K1 (填“增大”“减小”或“不变”)。若要使K1减小,可采用的措施是 。
II.第三代混合动力车目前一般使用镍氢电池,该电池中镍的化合物为正极,储氢金属(以M表示)为负极,碱液(主要为KOH)为电解质溶液.镍氢电池充放电原理示意如图:
其总反应式为H2+2NiOOH2Ni(OH)2 。根据所给信息判断,混合动力车上坡或加速时,甲电极周围溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”), 乙电极的电极反应式 。
试题篮
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