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第1讲 无机非金属材料的主角——硅
题组一 新材料、新技术下C、Si的考查
1.下列关于硅的说法中,不正确的是 ( )
A.硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间,是良好的半导体材料
C.硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应
D.加热到一定温度时,硅能与氯气、氧气等非金属反应
2.石墨烯的结构示意图如图所示,下列关于石墨烯的叙述正确
的是( )
A.石墨烯可导电,说明它是电解质
B.石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”四种物质都是碳
的单质
C.由于C(石墨,s)===C(金刚石,s) ΔH=+1.9 kJ·mol-1知金刚石比石墨烯稳定
D.尽量使用含C的产品,减少使用含C的产品,此举符合“促进低碳经济”的宗旨
3.晶体硅是一种重要的非金属材料,制备纯硅的主要步骤如下:
ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3:
Si+3HClSiHCl3+H2
ⅲ.SiHCl3与过量H2在1 000~1 100 ℃反应制得纯硅
已知SiHCl3能与H2O强烈反应,在空气中易自燃。
请回答下列问题:
(1)第ⅰ步制备粗硅的化学反应方程式为__________________________________。
(2)粗硅与HCl反应完全后,经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点-84.7 ℃),提纯SiHCl3采用的方法为__________________。
(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去):
①装置B中的试剂是________________________________________________。
装置C中的烧瓶需要加热,其目的是__________________________________。
②反应一段时间后,装置D中观察到的现象是__________________________,
装置D不能采用普通玻璃管的原因是___________________________________,
装置D中发生反应的化学方程式为_____________________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及__________________。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质,将试样用稀盐酸溶解,取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代号)是______________。
a.碘水 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液
e.Na2SO3溶液
1.除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法:
(1)CO(CO2):_______________________________________________________。
(2)CO2(CO):_______________________________________________________。
(3)CO2(O2):________________________________________________________。
(4)CO2(SO2):_______________________________________________________。
(5)CO2(HCl):_______________________________________________________。
(6)CO2(H2S):________________________________________________________。
2.如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)。将所选答案的编号填入下表内相应的空格内(如果不需要外加试剂,则对应答案栏可空着)。
可供选择的试剂:A.盐酸 B.氢氧化钠溶液 C.氧气
D.水 E.二氧化碳
可选用的操作:①水洗;②加热;③高温灼烧;④过滤;⑤结晶。
粉末状混合物
选择的试剂
选用的操作
(1)
CaCO3(SiO2)
(2)
NaCl(SiO2)
(3)
SiO2(Fe2O3)
(4)
SiO2(CaCO3)
(5)
SiO2(H2SiO3)
(6)
SiO2(NH4Cl)
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)二氧化硅不与任何酸反应,可用石英制造耐酸容器 ( )
(2011·江苏,3A)
(2)SiO2是酸性氧化物,能与NaOH溶液反应 ( )
(2010·山东理综,13A)
(3)二氧化硅是生产光纤制品的基本原料 ( )
(2010·江苏,4A)
(4)二氧化硅的分子式是SiO2 ( )
(2010·上海,2B)
2.指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用,在A~E选项中选择正确答案填入括号内。
(1)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O ( )
(2)SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ ( )
(3)SiO2+2CSi+2CO↑ ( )
(4)SiO2+3CSiC+2CO↑ ( )
(5)SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O ( )
A.作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀
B.氧化性
C.酸性氧化物的通性
D.将挥发性的酸酐从其盐中置换出来
E.未参加氧化还原反应
3.用四种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( )
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2,溶液变浑浊,再升温至65 ℃以上,溶液变澄清
C6H5ONa溶液
B
通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失
Na2SiO3溶液
C
通入CO2,溶液变浑浊,再加入品红溶液,红色褪去
Ca(ClO)2溶液
D
通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失,再加入足量NaOH溶液,又变浑浊
Ca(OH)2溶液
4.下列实验过程中,始终无明显现象的是 ( )
A.NH3通入FeSO4溶液中
B.CO2通入CaCl2溶液中
C.AlCl3溶液中滴入NaHCO3溶液
D.向饱和碳酸钠溶液中通入过量的CO2
5.标准状况下,将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L-1 NaOH溶液中,充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为(不考虑CO、HCO的水解) ( )
A.1∶1 B.1∶2 C.2∶1 D.1∶3
6.向含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2气体,当通入气体为8.96 L(0 ℃,1.01×105 Pa)时立即停止,则这一过程中,溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图像正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计) ( )
组一 无机非金属材料的组成和性质
1.世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说:“中国至少在距今3 000年以前,就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是 ( )
A.制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土
B.玻璃在加热熔化时没有固定的熔点
C.普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D.盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞,是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
2.青石棉是一种致癌物质,是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一,其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时,还原产物只有NO,下列说法不正确的是 ( )
A.青石棉是一种硅酸盐材料
B.青石棉中含有一定量的石英晶体
C.青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
D.1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原
3.开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是 ( )
A.氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料
B.C60属于原子晶体,用于制造纳米材料
C.纤维素乙酸酯属于天然高分子材料
D.单晶硅常用于制造光导纤维
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)SiO2有导电性,所以SiO2可用于制备光导纤维
(2)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料
(3)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料
(4)变色硅胶干燥剂含有CoCl2,干燥剂呈蓝色时,表示不具有吸水干燥功能
(5)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中
(6)SiO2与酸、碱均不反应
(7)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体,出现白色沉淀,则H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强
(8)水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂
2.(2011·海南,9改编)“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2,其基本过程如下图所示(部分条件及物质未标出)。
下列有关该方法的叙述中正确的是 ( )
①能耗大是该方法的一大缺点
②整个过程中,只有一种物质可以循环利用
③“反应分离”环节中,分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤
④该方法可减少碳排放,捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
3.[2009·浙江理综,28(1)(2)(3)]单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500 ℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
相关信息如下:
a.四氯化硅遇水极易水解;
b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物;
c.有关物质的物理常数见下表:
物质
SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
PCl5
沸点/℃
57.7
12.8
-
315
-
熔点/℃
-70.0
-107.2
-
-
-
升华温度/℃
-
-
180
300
162
请回答下列问题:
(1)写出装置A中发生反应的离子方程式:
________________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
(2)装置A中g管的作用是____________;装置C中的试剂是__________;装置E中的h瓶需要冷却的理由是______________________________________________
______________________________________________________________________。
(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是________(填写元素符号)。
第4讲 氮及其化合物
1.下列说法正确的是 ( )
A.CO、NO、NO2都是大气污染气体,在空气中都能稳定存在
B.NO可用于某些疾病的治疗
C.NO2通入FeSO4溶液中始终无明显现象
2.汽车排放的尾气中含有NO2,NO2是城市大气污染的主要污染物之一,在日光照射下,NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应,从而不断产生O3,加重空气污染。反应过程为①2NO2―→2NO+2O,②2NO+O2―→2NO2,③O+O2―→O3。下列对该反应过程及产物叙述正确的是 ( )
A.NO2起催化剂作用 B.NO起催化剂作用
C.NO2只起氧化剂作用 D.O3与O2为同分异构体
3.N2O俗称“笑气”,曾用作可吸入性麻醉剂。以下反应能产生N2O:3CO+2NO23CO2+N2O。下列关于N2O的说法正确的是 ( )
A.上述反应中每生成1 mol N2O,消耗1.5 mol CO
B.等物质的量的N2O和CO2含有相等的电子数
C.N2O只具有氧化性,无还原性
D.N2O会迅速与人体血红蛋白结合,使人中毒
4.如图所示,试管中盛装的是红棕色气体(可能是混合物),当倒扣在盛有水的水槽中时,试管内水面上升,但不能充满试管,当向试管内鼓入氧气后,可以观察到试管中水柱继续上升,经过多次重复后,试管内完全被水充满,原来试管中盛装的气体是 ( )
A.可能是N2与NO2的混合气体
B.只能是O2与NO2的混合气体
C.可能是NO与NO2的混合气体
D.只能是NO2一种气体
5.将容积为50 mL的量筒充满二氧化氮和氧气的混合气体,将量筒倒置在盛满水的水槽里,一段时间后,量筒里剩余气体体积为5 mL。则原混合气体中NO2和O2体积比可能是__________或________。
题组一 硝酸性质的多重性
1.在下列反应中,硝酸既表现氧化性又表现酸性的是 ( )
A.FeO和HNO3 B.Al(OH)3与HNO3
C.H2S和HNO3 D.CH3与HNO3
2.取三张蓝色石蕊试纸置于表面皿上,然后按顺序滴加65%的硝酸,98.3%的硫酸和新制氯水,三张试纸最终呈现的颜色是 ( )
A.白 红 白 B.红 黑 红 C.红 红 红 D.白 黑 白
3.在标准状况下将1.92 g铜粉投入一定量浓HNO3中,随着铜粉的溶解,反应生成的气体颜色逐渐变浅,当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12 L,则混合气体中NO的体积为 ( )
A.112 mL B.1 008 mL
C.224 mL D.448 mL
4.铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体,这些气体与5.6 L O2(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。则消耗铜的质量为 ( )
A.16 g B.32 g C.64 g D.无法计算
5.有一稀硫酸和稀硝酸的混合酸,其中H2SO4和HNO3的物质的量浓度分别是4
mol·L-1和2 mol·L-1,取10 mL此混合酸,向其中加入过量的铁粉,待反应结束后,可产生标准状况下的气体的体积为(设反应中HNO3被还原成NO) ( )
A.0.448 L B.0.672 L
C.0.896 L D.0.224 L
题组三 有关硝酸氧化性的实验探究
6.如图是用浓硝酸、铜片、水等试剂探究浓、稀硝酸的强氧化性并观察还原产物的实验装置。
Ⅰ.浓硝酸的强氧化性实验
将铜片置于具支试管的底部,在分液漏斗中加入约5 mL浓硝
酸,往具支试管中放入约2 mL浓硝酸,用排水法收集产生的
气体。
(1)具支试管中发生反应的化学方程式:__________________
_____________________________________________________________________。
(2)实验中观察到能证明浓硝酸具有强氧化性的现象
_____________________________________________________________________。
Ⅱ.稀硝酸的强氧化性实验
(3)上述反应完成后,欲进一步证明稀硝酸也具有强氧化性,紧接的简便、合理的实验操作是___________________________________________________________。
(4)能证明稀硝酸与铜反应产生NO的实验现象是__________________________
(填写序号)。
A.c中收集到无色气体
B.c中收集到的无色气体接触空气后变为红棕色
C.b中产生的无色气体接触空气后变为红棕色
Ⅲ.实验反思
(5)利用该装置先进行铜与浓硝酸反应,再进行铜与稀硝酸反应的实验,其好处是_____________________________________________________________________。
Ⅳ.问题讨论
用等质量的铜片与等体积的浓硝酸、稀硝酸(硝酸均过量)反应时,发现反应后所得溶液前者呈绿色,后者呈蓝色。对此有两种看法:
①两者颜色不同的原因是因为Cu2+浓度差异引起的。
②前者溶液呈绿色,是因为生成的红棕色NO2溶解于溶液中引起的。
(6)你认为上述看法________(填“①”或“②”)合理。若是①合理,说明理由,若是②合理,设计一个简单实验证明:
________________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
考点三 氨和铵盐
1.判断下列说法是否正确,不正确的说明理由。
①氨气溶于水能导电,所以氨气是电解质。
②实验室用浓氨水与NaOH固体制取氨气。
③氨与酸反应生成铵盐,与挥发性酸相遇时能形成白烟。
④某晶体与NaOH共热放出一种使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,该晶体中含有NH。
⑤氨水中含氮微粒中最多的微粒是NH。
⑥把NH3通入稀HNO3中,当溶液的pH等于7时,溶液中NH3和HNO3等物质的量反应。
⑦液氨作为清洁能源的反应原理是4NH3+5O24NO+6H2O。
⑧氨水中物质的量浓度最大的粒子是NH3·H2O(除水)。
⑨在1 mol·L-1氨水中,NH3·H2O、NH、NH3的物质的量浓度之和为1 mol·L-1。
2.下列反应中说明NH3既有还原性,又有碱性的是 ( )
A.4NH3+5O24NO+6H2O
B.NH3+HNO3===NH4NO3
C.8NH3+3Cl2===N2+6NH4Cl
D.2NH3+3CuO3Cu+N2+3H2O
3.氯化铵和氯化钠可用下列哪一种方法分离 ( )
A.加入氢氧化钠 B.加入AgNO3溶液
C.加热法 D.加入一种合适的酸
4.已知气体的摩尔质量越小,扩散速度越快。如图所示为气体扩散速率
的实验,两种气体扩散相遇时形成白色烟环。下列关于物质甲、乙的
判断正确的是 ( )
A.甲是浓氨水,乙是浓硫酸
B.甲是浓盐酸,乙是浓氨水
C.甲是浓氨水,乙是浓盐酸
D.甲是浓硝酸,乙是浓氨水
5.如下图,利用培养皿探究氨气的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水,立即用另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象所做的解释正确的是 ( )
选项
实验现象
解释
A
浓盐酸附近产生白烟
NH3与浓盐酸反应产生了NH4Cl固体
B
浓硫酸附近无明显现象
NH3与浓硫酸不发生反应
C
氯化物溶液变浑浊
该溶液一定是AlCl3溶液
D
干燥红色石蕊试纸不变色,湿润红色石蕊试纸变蓝
NH3是一种可溶性碱
6.右图的装置中,干燥烧瓶内盛有某种气体,烧杯和滴管内盛放某种溶
液。挤压滴管的胶头,下列与实验事实不相符的是 ( )
A.CO2(NaHCO3溶液)/无色喷泉
B.NH3(H2O中含酚酞)/红色喷泉
C.H2S(CuSO4溶液)/黑色喷泉
D.HCl(AgNO3溶液)/白色喷泉
7.某研究性学习小组同学设计如下图所示装置探究氨气的还原性。
(1)氨催化氧化的化学方程式为_________________________________________。
(2)若实验时通入氨气的速率过快,在烧瓶中会出现白烟,该物质的化学式为__________。
(3)该小组同学以氨气和二氧化碳为原料制备碳酸氢铵。甲同学先将二氧化碳通入水中,充分溶解后,再通入氨气;乙同学先将氨气通入水中,充分溶解后,再通入二氧化碳。请选择合适的方案并说明原因。
8.下图所示是实验室制取氨气的装置和选用的试剂,其中错误的是________。
9.某研究小组要快速制取干燥的氨气,提供的药品有:浓氨水、氯化铵固体、氢氧化钠固体、蒸馏水、碱石灰,提供的仪器如下所示(必要的塞子、玻璃导管、橡胶管、固定装置和尾气处理装置略去)。
(1)需选择的药品是__________,该小组选择的药品混合后快速放氨气的原因_____________________________________________________________________,
选择的仪器是________________。
(2)若用下图甲装置收集NH3,如何判断烧瓶中已收集满NH3?_________________。
(3)图乙中胶头滴管中的水挤入烧瓶后,观察到的现象是
_____________________________________________________________________。
10.有甲、乙两位同学想利用下列装置及化学试剂,对实验室制取并收集氨气的实验进行改进。
化学试剂:①NH4Cl固体、②浓氨水、③固体NaOH
(1)甲同学想方便快速制取少量氨气,应选择的装置是__________(填序号),选用试剂是__________(填序号)。选用上述试剂制氨气的理由是___________________,
实验过程中,制气时的实验操作是______________________________________。
(2)乙同学建议,把教材中实验室制取氨气的收集装置由大试管改为集气瓶且瓶口向上收集氨气,并确保不污染环境,请你根据其设想回答:
①若用排气法收集氨气,请在方框内画出其气体收集装置和尾气吸收装置,标出所用试剂(自选)名称。
②若用排液集气法收集NH3,可选用的试剂是________(填序号)。
A.H2O B.浓H2SO4
C.CCl4 D.饱和NaCl溶液
1.(2010·重庆理综,27)某兴趣小组用下图装置探究氨的催化氧化。
(1)氨催化氧化的化学方程式为________________________________________。
(2)加热玻璃管2一段时间后,挤压1中打气球鼓入空气,观察到2中物质呈红热状态;停止加热后仍能保持红热,该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)为保证在装置4中观察到红棕色气体,装置3应装入______________;若取消3,在4中仅观察到大量白烟,原因是______________。
(4)为实现氨催化氧化,也可用装置5替换装置________(填装置代号);化合物X为________(只写一种),Na2O2的作用是________。
2.A、B、C、D是短周期元素形成的四种气体单质。E、F均为气体,且F为红棕色。有关的转化关系如下图所示(反应条件均已略去)。
请回答下列问题:
(1)D的化学式为__________。
(2)反应③的离子方程式为_____________________________________________。
(3)Y和E在一定条件下可反应生成B和Z,这是一个具有实际意义的反应,可消除E对环境的污染,该反应的化学方程式为_________________________________。
(4)0.1 mol·L-1的X溶液和0.1 mol·L-1的Y溶液等体积混合,溶液呈________性(填“酸”、“碱”或“中”),原因是________________________________________
_______________________________________________________________________
(用离子方程式说明)。
3.已知A、B、C、D是中学化学的常见物质,且A、B、C均含有同一种元素。在一定条件下它们之间的相互转化关系如图所示(部分反应中的H2O已略去)。
请回答下列问题:
(1)若A可用于自来水消毒,D是生产、生活中用量最大、用途最广的金属单质,加热蒸干B的溶液不能得到B,则B的化学式可能是__________;工业上制取A的离子方程式为__________________________________________________。
(2)若A是一种碱性气体,常用作制冷剂,B是汽车尾气之一,遇空气会变色,则反应①的化学方程式为____________________________________________________。
(3)若D是氯碱工业的主要产品之一,B有两性,则反应②的离子方程式是______________________________________________________________________。
(4)若A、C、D都是常见气体,C是导致酸雨的主要气体,则反应③的化学方程式为__________________________________________________________________。
某同学将搜集到的一定量的酸雨保存在密闭容器中,每隔一定时间测酸雨的pH,发现在起始一段时间内,酸雨的pH呈减小趋势,用离子方程式解释原因:_____________________________________________________________________。
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)用浓HNO3与Cu反应制备NO2
(2)工业上利用合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应
(3)实验室用NH4Cl和Ca(OH)2制备NH3涉及氧化还原反应
(4)向装有Fe(NO3)2溶液的试管中加入稀H2SO4,在管口观察到红棕色气体,是因为HNO3分解生成了NO2
(5)用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上,试纸变蓝色,是因为浓氨水呈碱性
(6)可用氨水除去试管内壁上的银镜
(7)过量的铜与浓硝酸反应有一氧化氮生成
(8)白磷在空气中加热到一定温度能转化为红磷
(9)将分别充满HCl、NH3的烧瓶倒置于水中后液面均迅速上升,说明二者均易溶于水
3.(2012·上海,16)实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置,其中正确的是( )
A.①是氨气发生装置 B.③是氨气发生装置
C.②是氨气吸收装置 D.④是氨气收集、检验装置
4.(2012·上海,11)工业上将氨气和空气的混合气体通过铂铑合金网发生氨氧化反应,若有标准状况下V L氨气完全反应,并转移n个电子,则阿伏加德罗常数(NA)可表示为 ( )
A. B. C. D.
5.[2012·海南,13(1)(2)]氮元素的氢化物和氧化物在工业生产和国防建设中都有广泛应用,回答下列问题:
(1)氮元素原子的L层电子数为________;
(2)NH3与NaClO反应可得到肼(N2H4),该反应的化学方程式为_________________。
6.(2011·重庆理综,27)固态化合物A由两种短周期元素组成,可与水发生复分解反应。甲组同学用下图装置(夹持装置略)对其进行探究实验。
(1)仪器B的名称是________。
(2)实验中,Ⅱ中的试纸变蓝,Ⅳ中黑色粉末逐渐变为红色并有M生成,则Ⅲ中的试剂为________;Ⅳ中发生反应的化学方程式为________;V中的试剂为________。
(3)乙组同学进行同样实验,但装置连接顺序为Ⅰ-Ⅲ-Ⅳ-Ⅱ-Ⅴ-Ⅵ,此时Ⅱ中现象为________,原因是________。
(4)经上述反应,2.5 g化合物A理论上可得0.56 L(标准状况)M;则A的化学式为 ________。
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