硫酸铜在化工和农业方面有很广泛的用处,某化学兴趣小组查阅资料,用两种不同的原料制取硫酸铜。
方式一:一种含铜的矿石(硅孔雀石矿粉),含铜形态为CuCO3·Cu(OH)2和CuSiO3·2H2O(含有SiO2、FeCO3、Fe2O3、Al2O3等杂质)。以这种矿石为原料制取硫酸铜的工艺流程如下图:
请回答下列问题:
⑴完成步骤①中稀硫酸与CuSiO3·2H2O发生反应的化学方程式
CuSiO3·2H2O+H2SO4=CuSO4 +________+H2O;
⑵步骤②调节溶液pH选用的最佳试剂是__________________
A. CuO B. MgO C. FeCO3 D NH3·H2O
⑶有关氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表:
氢氧化物 |
Al(OH)3 |
Fe(OH)3 |
Fe(OH)2 |
Cu(OH)2 |
开始沉淀的pH |
3.3 |
1.5 |
6.5 |
4.2 |
沉淀完全的pH |
5.2 |
3.7 |
9.7 |
6.7 |
由上表可知:当溶液pH=4时,不能完全除去的离子是________。
⑷滤液B通过蒸发浓缩(设体积浓缩为原来的一半)、冷却结晶可以得到CuSO4·5H2O晶体。某同学认为上述操作会伴有硫酸铝晶体的析出。请你结合相关数据对该同学的观点予以评价(已知常温下,Al2(SO4)3 饱和溶液中C(Al3+)=2.25mol·L-1,Ksp[Al(OH)3]=3.2×10-34) ________(填“正确”或“错误”)。
方式二:以黄铜矿精矿为原料,制取硫酸铜及金属铜的工艺如下所示:
Ⅰ.将黄铜矿精矿(主要成分为CuFeS2,含有少量CaO、MgO、Al2O3)粉碎
Ⅱ.采用如下装置进行电化学浸出实验,将精选黄铜矿粉加入电解槽阳极区,恒速搅拌,使矿粉溶解。在阴极区通入氧气,并加入少量催化剂。
Ⅲ.一段时间后,抽取阴极区溶液,向其中加入有机萃取剂(RH)发生反应:
2RH(有机相)+ Cu2+(水相)R2Cu(有机相)+ 2H+(水相)
分离出有机相,向其中加入一定浓度的硫酸,使Cu2+得以再生。
Ⅳ.电解硫酸铜溶液制得金属铜。
(5)黄铜矿粉加入阳极区与硫酸及硫酸铁主要发生以下反应:
CuFeS2 + 4H+ = Cu2+ + Fe2+ + 2H2S 2Fe3+ + H2S = 2Fe2+ + S↓+ 2H+
电解过程中,阳极区Fe3+的浓度基本保持不变,原因是____________________(用电极反应式表示)。
(6)步骤Ⅲ,向有机相中加入一定浓度的硫酸,Cu2+得以再生的原理是_____________ 。
(7)步骤Ⅳ,若电解0.1mol CuSO4溶液,生成铜3.2 g,此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是 ____ 。
(2014届北京市东城区高三下学期零模诊断理综化学试卷)
重铬酸钠俗称红矾钠(Na2Cr2O7·2H2O)是重要的化工产品和强氧化剂。工业制备的流程如下:
请回答:
(1)已知Fe(CrO2)2中铬元素是+3价,则Fe(CrO2)2中铁元素是____价。
(2)化学上可将某些盐写成氧化物的形式,如Na2SiO3可写成Na2O·SiO2,则Fe(CrO2)2可写成____。
(3)煅烧铬铁矿时,矿石中难溶的Fe(CrO2)2生成可溶于水的Na2CrO4,反应化学方程式如下:
为了加快该反应的反应速率,可采取的措施是____。
(4)已知CrO42—在不同的酸性溶液中有不同的反应,如:
①往混合溶液甲中加入硫酸必须适量的原因是____。
②混合溶液乙中溶质的化学式是____。
(5)+3、+6价铬都有很强的毒性,+6价铬的毒性更高,可诱发肺癌和鼻咽癌,所以制取红矾钠后的废水中含有的Cr2O72—必须除去。工业上可用电解法来处理含Cr2O72—的废水,下图为电解装置示意图(电极材料分别为铁和石墨)。通电后,Cr2O72—在b极附近转变为Cr3+,一段时间后Cr3+最终可在a极附近变成Cr(OH)3沉淀而被除去。
a电极的电极反应式是 ,
b电极附近反应的离子方程式是 。
(2014届山东省日照市高三3月模拟考试理综化学试卷)
亚氯酸钠(NaClO2)是一种强氧化性漂白剂,广泛用于纺织、印染和食品工业。它在碱性环境中稳定存在。工业设计生产NaClO2的主要流程如下:
(1)A的化学式是 ,装置III中A在 极区产生。
(2)II中反应的离子方程式是 。
(3)通电电解前,检验III中阴离子的方法和步骤是 。
(4)为防止II中制备的NaClO2被还原成NaCl,应选合适的还原剂,除双氧水外,还可以选择的还原剂是 (填字母编号)。
a.Na2O2 b.FeCl2 c.Na2S
(5)常温时,HClO2的电离平衡常数Ka=1.0710-2mol·L-1,II中反应所得NaClO2溶液(含少量NaOH)的pH=13,则溶液中= 。
(6)气体a、b与氢氧化钠溶液可构成燃料电池,用该电池电解200 mL 0.5 mol·L-1的CuSO4溶液,生成铜3.2 g,此时所得溶液中离子浓度由大到小的顺序是
某化学小组用下图装置电解CuCl2溶液制少量漂白液:
(1)其阳极的反应式是: ;导气管W端应与出气口 连接。
(2)实验后发现阴极碳棒上除了附着有红色物质,还附着有少量白色物质。
查阅资料显示:
物质名称及化学式 |
氯化亚铜CuCl |
碱式氯化铜Cu2( OH)3Cl |
性质 |
白色固体、不溶水 |
绿色固体、不溶水 |
化学小组分析提出:①红色物质可能有 、或Cu2O、或二者都有;②白色物质为CuCl
(3)为探究阴极碳棒上附着的红色、白色物质,设计了如下实验:
取出阴极碳棒,洗涤、干燥、称其质量为W1g ,并将其放入下图所示装置b中,
进行实验。实验中,碳棒上的白色物质完全变为红色,无水硫酸铜不变色,d中出现白色沉淀;实验结束时,继续通H2直至碳棒冷却后,称量其质量为W2g 。
①碳棒上的红色物质是 ,无水硫酸铜的作用是 ;
②d中反应的离子方程式是 ;
③装置b中发生反应的化学方程式是 。
④电解CuCl2溶液时,阴极上产生白色物质的原因用电极反应式解释为 。
⑤阴极上产生白色物质的物质的量是 ;若装置b冷却时不继续通H2,则计算所得Cu+的产率会 (偏大、偏小、不变)。
研究人员通过对北京地区PM2.5的化学组成研究发现,汽车尾气和燃煤污染分别 占4%、l8%
I.(1)用于净化汽车尾气的反应为:2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g),已知该反应在570K时的平衡常数为1×1059,但反应速率极慢。下列说法正确的是:
A.装有尾气净化装置的汽车排出的气体中不再含有NO或CO |
B.提高尾气净化效率的最佳途径是使用高效催化剂 |
C.增大压强,上述平衡右移,故实际操作中可通过增压的方式提高其净化效率 |
D.提高尾气净化效率的常用方法是升高温度 |
(2)还可以用活性炭还原法处理氮氧化物,反应为:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) H=akJ·mol-1,向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO,恒温(T1℃)条件下反应,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
浓度/mol·L-1 时间/min |
NO |
N2 |
CO2 |
0 |
0.100 |
0 |
0 |
10 |
0.058 |
0.021 |
0.021 |
20 |
0.050 |
0.025 |
0.025 |
30 |
0.050 |
0.025 |
0.025 |
40 |
0.036 |
0.032 |
0.010 |
50 |
0.036 |
0.032 |
0.010 |
①T1℃时,该反应的平衡常数K= (保留两位小数)。
⑦前10min内用v(NO)表示的化学反应速率为 ,30min后,改变某一条件,反应重新达到平衡,则改变的条件可能是 。
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:l,则该反应的a 0(填“>”、“=”或“<”)。
Ⅱ.CO对人类生存环境的影响很大,CO治理问题属于当今社会的热点问题。
(1)工业上常用SO2除去CO,生成物为S和CO2。已知相关反应过程的能量变化如图所示
则用SO2除去CO的热化学方程式为 。
(2)高温时,也可以用CO还原MgSO4可制备高纯MgO。
①750℃时,测得气体中含等物质的量SO2和SO3,此反应的化学方程式是 。
②由Mg可制成“镁一次氯酸盐”电池,其装置示意图如图,则镁电极发生的电极反应式为 ,该电池总反应的离子方程式为 。
工业废气、汽车尾气排放出的SO2、NOx等,是形成雾霾的重要因素。霾是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子形成的烟雾。
(1)SO2在烟尘的催化下形成硫酸的反应方程式是__________。
(2)NOx和SO2在空气中存在下列平衡:
2NO(g)+ O2(g) 2NO2(g) △H= -113.0 kJ·mol-1
2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g) △H=-196.6 kJ·mol-1
SO2通常在二氧化氮的存在下,进一步被氧化,生成SO3。
①写出NO2和SO2反应的热化学方程式为________。
②随温度升高,该反应化学平衡常数变化趋势是________。
(3)提高2SO2 + O2 2SO3反应中SO2的转化率,是减少SO2排放的有效措施。
①T温度时,在1L的密闭容器中加入2.0 mol SO2和1.0 mol O2,5 min后反应达到平衡,二氧化硫的转化率为50%,该反应的平衡常数是_______。
②在①中条件下,反应达到平衡后,改变下列条件,能使SO2的转化率提高的是_______(填字母)。
a.温度和容器体积不变,充入1.0 mol He
b.温度和容器体积不变,充入1.0 mol O2
c.在其他条件不变时,减少容器的体积
d.在其他条件不变时,改用高效催化剂
e.在其他条件不变时,升高体系温度
(4)工业上利用氯碱工业产品治理含二氧化硫的废气。如图是氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图。
①电解饱和食盐水的化学方程式是 。
②用溶液A吸收含二氧化硫的废气,其反应的离子方程式是 。
③用含气体B的阳极区溶液吸收含二氧化硫的废气,其反应的离子方程式是 。
化学反应原理对于工业生产和科研有重要意义
I、下列三个化学反应的平衡常数(K1、K2、K3)与温度的关系分别如下表所示:
化学反应 |
平衡常数 |
温度 |
|
973 K |
1173 K |
||
①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) |
K1 |
1.47 |
2.15 |
②Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g) |
K2 |
2.38 |
1.67 |
③CO(g) +H2O(g)CO2(g) +H2(g) |
K3 |
? |
? |
请回答:
(1)反应①是 (填“吸热”或“放热”)反应。
(2)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=__________(用K1、K2表示)。
(3)要使反应③在一定条件下建立的平衡向逆反应方向移动,可采取的措施有 _____(填写字母序号)。
A.缩小反应容器的容积
B.扩大反应容器的容积
C.升高温度
D.使用合适的催化剂
E.设法减小平衡体系中的CO的浓度
(4)若反应③的逆反应速率与时间的关系如图所示:
①可见反应在t1、t3、t7时都达到了平衡,而t2、t8时都改变了一种条件,试判断改变的是什么条件:t2时__________________; t8时__________________。
②若t4时降压, t6时增大反应物的浓度,请在图中画出t4~t6时逆反应速率与时间的关系线。
II、(5)在载人航天器的生态系统中,不仅要求分离去除CO2,还要求提供充足的O2.某种电化学装置可实现如下转化:2CO2=2CO+O2,CO可用作燃料.已知该装置的阳极反应为:4OH--4e-=O2↑+2H2O,则阴极反应为 。
(6)某空间站能量转化系统的局部如图所示,其中的燃料电池采用KOH溶液作电解液。
如果某段时间内,氢氧储罐中共收集到33.6L气体(已折算成标准状况),则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量为 mol。
雾霾含有大量的污染物SO2、NO。工业上变“废”为宝,吸收工业尾气SO2和NO,可获得Na2S2O4和NH4NO3产品的流程图如下(Ce为铈元素):
(1)装置Ⅰ中的主要离子方程式为 。
(2)含硫各微粒(H2SO3、HSO3-和SO32-)存在于SO2与NaOH溶液反应后的溶液中,它们的物质的量分数X(i)与溶液pH 的关系如图所示。
①若是0.1molNaOH反应后的溶液,测得溶液的pH=8时,溶液中个离子由大到小的顺序是 。
②向pH=5的NaHSO3溶液中滴加一定浓度的CaCl2溶液,溶液中出现浑浊,pH降为2,用化学平衡移动原理解释溶液pH降低的原因: 。
(3)写出装置Ⅱ中,酸性条件下的离子方程式 。
(4)装置Ⅲ还可以使Ce4+再生,其原理如下图所示。
①生成Ce4+从电解槽的 (填字母序号)口流出。
②写出与阴极的反应式 。
(5)已知进入装置Ⅳ的溶液中,NO2-的浓度为a g·L-1,要使1 m3该溶液中的NO2-完全转化为NH4NO3,需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的O2 L。(用含a代数式表示,计算结果保留整数)
二氧化氯(ClO2)可用于自来水消毒。以粗盐为原料生产ClO2的工艺主要包括:①粗盐精制;②电解微酸性NaCl溶液;③ClO2的制取。工艺流程如下图:
(1)粗食盐水中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质。除杂操作时,往粗盐水中先加入过量的试剂X,X是 (填化学式),至沉淀不再产生后,再加入过量的Na2CO3和NaOH,充分反应后将沉淀一并滤去。经检测发现滤液中仍含有一定量的SO42-,其原因是 。(已知:Ksp(BaSO4)=1.1×10-10;Ksp(BaCO3)=5.1×10-9)
(2)上述过程中,将食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠与盐酸反应生成ClO2。电解时生成的气体B是 ;反应Ⅲ的化学方程式为 。
(3)ClO2很不稳定,需随用随制,产物用水吸收得到ClO2溶液。为测定所得溶液中ClO2的含量,进行了以下实验:
步骤1:准确量取ClO2溶液10.00 mL,稀释成100 mL试样。
步骤2:量取V1mL试样加入到锥形瓶中,调节试样的pH≤2.0,加入足量的KI晶体,摇匀,在暗处静置30分钟。(已知:ClO2+I-+H+—I2+Cl-+H2O 未配平)
步骤3:以淀粉溶液作指示剂,用c mol·L-1Na2S2O3溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液V2 mL。(已知:I2+2S2O32-=2I-+S4O62-)
① 准确量取10.00 mL ClO2溶液的玻璃仪器是 。
② 滴定过程中,至少须平行测定两次的原因是 。
③ 根据上述步骤可计算出原ClO2溶液的物质的量浓度为 mol·L-1(用含字母的代数式表示)。
甲醇是一种用途广泛的化工原料。
(1)工业上常用下列两种反应制备甲醇:
①CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) ΔH1= -90.1KJ/mol
②CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(l) ΔH2
已知:CO(g)+ H2O (g) = CO2 (g) + H2 (g) ΔH3=-41.1 KJ/mol ③
H2O (l) =H2O (g) ΔH4=+44.0KJ/mol ④
则ΔH2=
(2)实验室模拟用CO和H2反应来制甲醇。在250℃下,将一定量的CO和H2投入10L的密闭容器中,各物质的物质的量浓度(mol•L-1)变化如下表所示:(前6min没有改变条件)
|
2min |
4min |
6min |
8min |
… |
CO |
0.07 |
0.06 |
0.06 |
0.05 |
… |
H2 |
x |
0.12 |
0.12 |
0.2 |
… |
CH3OH |
0.03 |
0.04 |
0.04 |
0.05 |
… |
①x= 。
②250℃时该反应的平衡常数K值为: (不必化简)。
③若6min~8min只改变了某一条件,所改变的条件是 。
④第8min时,该反应是不是达到平衡状态 。(填“是”或“不是”)
⑤该合成反应的温度一般控制在240~270℃,选择此温度的原因是:Ⅰ.此温度下的催化剂活性高;Ⅱ. 。
(3)电解甲醇水溶液制氢的优点是需要的电压低,而且制得的氢气比电解相同物质的量的水多。写出电解甲醇水溶液的反应式为:阳极: 。
5种固体物质A、B、C、D、E由下表中不同的阴阳离子组成,它们均易溶于水。
阳离子 |
Na+ Al3+ Fe3+ Cu2+、 Ba2+ |
阴离子 |
OH- Cl- CO32- NO3- SO4- |
分别取它们的水溶液进行实验,结果如下:
①A溶液与C溶液混合后产生蓝色沉淀,向该沉淀中加入足量稀HNO3,沉淀部分溶解,剩余白色固体;
②B溶液与E溶液混合后产生红褐色沉淀,同时产生大量气体;
③少量C溶液与D溶液混合后产生白色沉淀,过量C溶液与D溶液混合后无现象;
④B溶液与D溶液混合后无现象;
⑤将38.4 g Cu片投入装有足量D溶液的试管中,Cu片不溶解,再滴加1.6 mol·L-1稀H2SO4,Cu逐渐溶解,管口附近有红棕色气体出现。
(1)据此推断A、C的化学式为:A ;C 。
(2)写出步骤②中发生反应的化学方程式 。
(3)D溶液中滴入石蕊试液,现象是 ,
原因是 (用离子方程式说明)。
(4)步骤⑤中若要将Cu片完全溶解,至少加入稀H2SO4的体积是 mL。
(5)现用500 mL 3 mol·L-1的E溶液充分吸收11.2 L CO2气体(标准状况 下),反应后溶液中各离子的物质量浓度由小到大的顺序为 。
(6)若用惰性电极电解A和B的混合溶液,溶质的物质的量均为0.1 mol,请在坐标系中画出通电后阳极产生气体的体积(标准状况下)V与通过电子的物质的量n的关系(不考虑气体溶于水)。
’
氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢气能源利用领域的研究热点。
已知:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)ΔH =+206.2 kJ·mol-1
CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)ΔH =+247.4 kJ·mol-1
2H2S(g)=2H2(g)+S2(g)ΔH =+169.8 kJ·mol-1
(1)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。CH4(g)与 H2O(g)反应生成CO2(g)和 H2(g)的热化学方程式为_________________________
(2)H2S 热分解制氢时,常向反应器中通入一定比例空气,使部分 H2S 燃烧,其目的是________;燃烧生成的 SO2与 H2S 进一步反应,生成物在常温下均为非气体,写出该反应的化学方程式:___________________________
(3)H2O 的热分解也可得到 H2,高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系如图甲所示。图中 A、B 表示的物质依次是______________________________________。
(4)电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图见图乙(电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极)。电解时,阳极的电极反应式为_____________________
(5)Mg2Cu 是一种储氢合金。 350 ℃时,Mg2Cu 与 H2反应,生成 MgCu2和仅含一种金属元素的氢化物(其中氢的质量分数为 0.077)。Mg2Cu 与 H2反应的化学方程式为_____________________________________
臭氧是一种强氧化剂,常用于消毒、灭菌等。
(1)O3与KI溶液反应生成的两种单质是________和________(填分子式)。
(2)O3在水中易分解,一定条件下,O3的浓度减少一半所需的时间(t)如下表所示。已知:O3的起始浓度为0.0216 mol/L。
①pH增大能加速O3分解,表明对O3分解起催化作用的是________。
②在30℃、pH=4.0条件下,O3的分解速率为________mol/(L·min)。
③据表中的递变规律,推测O3在下列条件下分解速率依次增大的顺序为________(填字母代号)。
a.40℃、pH=3.0 b.10℃、pH=4.0
c.30℃、pH=7.0
(3)O3可由臭氧发生器(原理如图)电解稀硫酸制得。
①图中阴极为________(填“A”或“B”),其电极反应式为_______________________。
②若C处通入O2,则A极的电极反应式为________。
③若C处不通入O2,D、E处分别收集到x L和y L气体(标准状况),则E处收集的气体中O3所占的体积分数为________(忽略O3的分解)。
A~E五种元素中,除E外均为短周期元素,且原子序数依次增大。它们的原子
结构或性质如下表所示:
元素 |
A |
B |
C |
D |
E |
结构或性质 |
原子半径最小的元素 |
地壳中含量最多的元素 |
可与B形成阴阳离子个数比为1:2的两种化合物 |
与B同主族 |
单质是生活中最常见的金属,可被磁铁吸引 |
(1)元素D在周期表中的位置为 。
(2)C与B形成原子个数比为1∶1的化合物中,含有的化学键类型为 。
(3)化合物甲、乙是由A、B、C、D四种元素中的三种组成的强电解质,且两种物质水溶液均显碱性。若甲能抑制水的电离,乙能促进水的电离,则化合物甲的电子式为 ;乙的化学式是 。
(4)以E构成的单质为Y极,碳棒为X极,在6 mol/L的NaOH溶液中进行电解,制取高效净水剂Na2YO4(溶液呈紫红色)。其装置如图。电解过程中,两极均有气体产生,Y极区溶液逐渐变成紫红色,且Y电极变细;电解液澄清。Y极发生的电极反应为:4OH--4e-2H2O+O2↑和 。若在X极收集气体672 mL,在Y极收集气体168 mL(均已折算为标况下体积),则Y电极质量减少 g。
(5)Se是人体必备的微量元素,与B、D同一主族。Se的原子序数为34,且B、D、Se元素气态单质分别与H2反应生成1 mol气态氢化物的反应热如下:
a.+ 29.7 kJ/mol b.-20.6 kJ/mol c.-241.8 kJ/mol
表示生成1 mol H2Se的反应热是 (填序号);依据是: 。
镍具有优良的物理和化学特性,是许多领域尤其是高技术产业的重要原料。羰基法提纯粗镍涉及的两步反应依次为:
反应Ⅰ Ni(S)+4CO(g) Ni(CO)4(g)△H1<0
反应Ⅱ Ni(CO)4(g) Ni(S)+4CO(g) △H2
(1)在温度不变的情况下,要提高反应Ⅰ中Ni(CO)4的产率,可采取的措施有 、 。
(2)已知350K下的2L密闭容器中装有100g粗镍(纯度98.5%,所含杂质不与CO反应),通入6 molCO气体发生反应Ⅰ制备Ni(CO)4,容器内剩余固体质量和反应时间的关系如图所示,10min后剩余固体质量不再变化。
①反应Ⅰ在0~10min的平均反应速率v(Ni(CO)4)= 。
②若10min达到平衡时在右端得到29.5g纯镍,则反应Ⅰ的平衡常数K1为多少?(写出计算过程)
(3)反应Ⅱ中 △H2 0(填“>”、“<”、“=”);若反应Ⅱ达到平衡后,保持其他条件不变,降低温度,重新达到平衡时 。(双选)
a.平衡常数K增大 b.CO的浓度减小 c.Ni的质量减小 d.v逆[Ni(CO)4]增大
(4)用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH)表示),NiO(OH)作为电池正极材料,KOH溶液作为电解质溶液,可制得高容量,长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为:
NiO(OH)+MHNi(OH)2+M 电池充电时,阳极的电极反应式为 。电池充电时阴极上发生 (填“氧化”或“还原”)反应
试题篮
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