(新課改省份專版)2022高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 跟蹤檢測(六十五)大題考法(3)物質(zhì)制備型綜合實驗
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1、(新課改省份專版)2022高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 跟蹤檢測(六十五)大題考法(3)物質(zhì)制備型綜合實驗 1.碳酸鑭[La2(CO3)3]可用于治療終末期腎病患者的高磷酸鹽血癥。制備反應(yīng)原理為2LaCl3+6NH4HCO3===La2(CO3)3↓+6NH4Cl+3CO2↑+3H2O,某化學(xué)興趣小組利用下列裝置實驗室中模擬制備碳酸鑭。 (1)盛放稀鹽酸的儀器名稱為____________。 (2)制備碳酸鑭實驗流程中導(dǎo)管從左向右的連接順序為 F→______→______ →______→______→______ 。 (3)Y中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________
2、__________________________ ________________________________________________________________________。 (4)X中盛放的試劑是______,其作用為____________。 (5)Z中應(yīng)先通入NH3,后通入過量的CO2,原因為_____________________________ ________________________________________________________________________。 (6)該化學(xué)興趣小組為探究La2(CO3)3和La(HC
3、O3)3的穩(wěn)定性強(qiáng)弱,設(shè)計了如下的實驗裝置,則甲試管中盛放的物質(zhì)為________;實驗過程中,發(fā)現(xiàn)乙試管中固體質(zhì)量與灼燒時間的關(guān)系曲線如圖所示,試描述實驗過程中觀察到的現(xiàn)象為_________________________ ________________________________________________________________________。 解析:(2)裝置W產(chǎn)生二氧化碳,通過裝置X除去氯化氫,進(jìn)入到裝置Z中;裝置Y產(chǎn)生氨氣,進(jìn)入裝置Z中,且要防倒吸,因此要連接E。(5)Z中應(yīng)先通入NH3,后通入過量的CO2,原因為NH3在水中的溶解度大,二氧化碳在水中
4、的溶解度較小,但是在氨水中溶解度較大。這樣操作可以得到濃度較大的碳酸氫銨溶液,提高反應(yīng)速率和碳酸鑭的產(chǎn)率。(6)一般正鹽的穩(wěn)定性強(qiáng)于對應(yīng)的酸式鹽,所以欲探究La2(CO3)3和La(HCO3)3的穩(wěn)定性強(qiáng)弱,可以在相同溫度下探究兩者的穩(wěn)定性,也可以給正鹽更高的溫度加熱進(jìn)行探究。如題中的實驗裝置,則甲試管中盛放的物質(zhì)受熱溫度較低,應(yīng)為La(HCO3)3;根據(jù)乙試管中固體質(zhì)量與灼燒時間的關(guān)系曲線可知,碳酸鑭在一定溫度下會發(fā)生分解,所以碳酸氫鑭一定在更低的溫度下發(fā)生分解,所以實驗過程中可以觀察到的現(xiàn)象為B中澄清石灰水先變渾濁,A中后變渾濁。 答案:(1)分液漏斗 (2)A B D E C (3
5、)NH3·H2O+CaO===Ca(OH)2+NH3↑或 NH3·H2ONH3↑+H2O (4)飽和NaHCO3溶液 除去CO2中的HCl (5)NH3在水中的溶解度大 (6)La(HCO3)3 B中澄清石灰水先變渾濁,A中后變渾濁 2.(2018·浙江4月選考)某興趣小組以廢鐵屑制得硫酸亞鐵銨后,按下列流程制備二水合草酸亞鐵(FeC2O4·2H2O),進(jìn)一步制備高純度還原鐵粉。 已知:FeC2O4·2H2O難溶于水,150 ℃開始失結(jié)晶水;H2C2O4易溶于水,溶解度隨溫度升高而增大。 請回答: (1)下列操作或描述正確的是________。 A.步驟②,H2C2O4
6、稍過量主要是為了抑制Fe2+水解 B.步驟③,采用熱水洗滌可提高除雜效果 C.步驟③,母液中的溶質(zhì)主要是(NH4)2SO4和H2C2O4 D.步驟③,如果在常壓下快速干燥,溫度可選擇略高于100 ℃ (2)如圖裝置,經(jīng)過一系列操作完成步驟③中的抽濾和洗滌。請選擇合適的編號,按正確的操作順序補(bǔ)充完整(洗滌操作只需考慮一次): 開抽氣泵→a→b→d→________→c→關(guān)抽氣泵。 a.轉(zhuǎn)移固液混合物;b.關(guān)活塞A;c.開活塞A;d.確認(rèn)抽干;e.加洗滌劑洗滌。 (3)稱取一定量的FeC2O4·2H2O試樣,用硫酸溶解,采用KMnO4滴定法測定,折算結(jié)果如下: n(Fe2+)/mo
7、l n(C2O)/mol 試樣中FeC2O4·2H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 9.80×10-4 9.80×10-4 0.980 由表中數(shù)據(jù)推測試樣中最主要的雜質(zhì)是________。 (4)實現(xiàn)步驟④必須用到的兩種儀器是________(供選儀器:a.燒杯;b.坩堝;c.蒸餾燒瓶;d.高溫爐;e.表面皿;f.錐形瓶);該步驟的化學(xué)方程式是__________________________________。 (5)為實現(xiàn)步驟⑤,不宜用炭粉還原Fe2O3,理由是____________________________ __________________________________
8、______________________________________。 解析:(3)由測得的數(shù)據(jù)n(Fe2+)=n(C2O)=9.80×10-4 mol可知試樣中不含雜質(zhì)H2C2O4,又因試樣中FeC2O4·2H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.980,故主要雜質(zhì)為(NH4)2SO4。 答案:(1)BD (2)c→e→b→d (3)(NH4)2SO4 (4)bd 4FeC2O4·2H2O+3O22Fe2O3+8CO2+8H2O (5)用炭粉還原會引進(jìn)雜質(zhì) 3.(2019·青島調(diào)研)氮化鎵(GaN)被稱為第三代半導(dǎo)體材料,其應(yīng)用已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展。 已知:(ⅰ)氮化鎵性質(zhì)穩(wěn)定,不與水、
9、酸反應(yīng),只在加熱時溶于濃堿。 (ⅱ)NiCl2溶液在加熱時,先轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2,后分解為NiO。 (ⅲ)制備氮化鎵的反應(yīng)為2Ga+2NH32GaN+3H2。 某學(xué)?;瘜W(xué)興趣小組實驗室制備氮化鎵,設(shè)計實驗裝置如圖所示。 設(shè)計實驗步驟如下: ①滴加幾滴NiCl2溶液潤濕金屬鎵粉末,置于反應(yīng)器內(nèi)。 ②先通入一段時間的H2,再加熱。 ③停止通氫氣,改通入氨氣,繼續(xù)加熱一段時間。 ④停止加熱,繼續(xù)通入氨氣,直至冷卻。 ⑤將反應(yīng)器內(nèi)的固體轉(zhuǎn)移到盛有鹽酸的燒杯中,充分反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥。 (1)儀器X中的試劑是____________,儀器Y的名稱是__________。
10、(2)該套裝置中存在的一處明顯的錯誤是_____________________________________。 (3)步驟①中選擇NiCl2溶液,不選擇氧化鎳的原因是____。 a.增大接觸面積,加快化學(xué)反應(yīng)速率 b.使鎳能均勻附著在鎵粉的表面,提高催化效率 c.為了能更好形成原電池,加快反應(yīng)速率 (4)步驟③中制備氮化鎵,則判斷該反應(yīng)接近完成時,觀察到的現(xiàn)象是________________________________________________________________________。 (5)請寫出步驟⑤中檢驗產(chǎn)品氮化鎵固體洗滌干凈的操作: _______
11、_________________________________________________________________。 (6)鎵元素與鋁同族,其性質(zhì)與鋁類似,請寫出氮化鎵溶于熱的濃NaOH溶液的離子方程式:_____________________________________________________________________。 解析:(1)根據(jù)題中信息可知,裝置A制取氫氣,裝置C制取氨氣,液體與固體作用且不需要加熱的條件下制氨氣,則儀器X中的試劑是濃氨水。 (2)過量的氨氣進(jìn)入裝置F與稀硫酸反應(yīng),則裝置F中會產(chǎn)生倒吸。 (3)NiCl2溶液在加熱時,先轉(zhuǎn)
12、化為Ni(OH)2,后分解為NiO,可增大接觸面積,加快Ga與NiO制取催化劑Ni的化學(xué)反應(yīng)速率;生成的鎳能均勻附著在鎵粉的表面,提高催化效率。 (4)步驟③中制備氮化鎵,發(fā)生的反應(yīng)為2Ga+2NH32GaN+3H2,過量的氨氣被硫酸迅速吸收,氫氣不溶于水,會產(chǎn)生氣泡,故反應(yīng)接近完成時,可觀察到裝置F中幾乎不再產(chǎn)生氣泡。 (6)可以理解成GaN與水反應(yīng)生成Ga(OH)3和NH3,雖然很難,但在熱的濃NaOH溶液的環(huán)境下,NaOH與Ga(OH)3反應(yīng)生成GaO,促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行。 答案:(1)濃氨水 球形干燥管 (2)裝置F中會產(chǎn)生倒吸 (3)ab (4)裝置F中幾乎不再產(chǎn)生氣泡
13、(5)取最后一次的洗滌液于試管中,滴加AgNO3溶液,若無白色沉淀產(chǎn)生,則證明產(chǎn)品氮化鎵固體已洗滌干凈 (6)GaN+OH-+H2OGaO+NH3↑ 4.乳酸亞鐵{[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O,M=288.0 g·mol-1}是一種新型的優(yōu)良補(bǔ)鐵劑,綠白色晶體,溶于水,幾乎不溶于乙醇。某研究性學(xué)習(xí)小組欲從硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe2O3、SiO2、Al2O3)出發(fā),先制備綠礬,再合成乳酸亞鐵。 已知: ①幾種金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L-1計算)。 金屬離子 開始沉淀的pH 沉淀完全的pH Fe3+ 1.1
14、 3.2 Al3+ 3.0 5.0 Fe2+ 5.8 8.8 ②研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計的由燒渣制備綠礬晶體的操作流程如圖所示: ③由綠礬(FeSO4·7H2O)制備乳酸亞鐵涉及下列反應(yīng): FeSO4+Na2CO3===FeCO3↓+Na2SO4 2CH3CH(OH)COOH+FeCO3+2H2O―→ [CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O+CO2↑ 請回答: (1)濾渣2的成分為____________________________________________________(寫化學(xué)式)。 (2)操作a為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、抽濾、洗滌、干燥。洗滌綠礬
15、粗產(chǎn)品的具體操作為 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)據(jù)題干信息,欲制備較純凈的FeCO3時,某同學(xué)設(shè)計的實驗裝置示意圖如圖所示(夾持裝置省略)。儀器A中存放的試劑為________,裝置C的作用為_________________ ______________________________________________
16、_____。 (4)在室溫下,將所得的乳酸亞鐵成品用無水乙醇進(jìn)行浸泡2次,從而得到精制產(chǎn)品,選擇用無水乙醇進(jìn)行浸泡的優(yōu)點是______________________________________(寫出兩點)。 (5)該學(xué)習(xí)小組同學(xué)用KMnO4滴定法測定樣品中Fe2+的量進(jìn)而計算產(chǎn)品中乳酸亞鐵的純度,發(fā)現(xiàn)結(jié)果總是大于100%,其原因可能是_____________________________。 經(jīng)查閱文獻(xiàn)后,小組同學(xué)改用Ce(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定進(jìn)行測定,反應(yīng)中Ce4+的還原產(chǎn)物為Ce3+。測定時,先稱取0.576 g樣品,溶解后進(jìn)行必要處理,用0.100 0 mol·L-1Ce
17、(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點,記錄數(shù)據(jù)如表: 滴定 次數(shù) 0.100 0 mol·L-1Ce(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液體積/mL 滴定前讀數(shù) 滴定后讀數(shù) 1 0.10 19.85 2 0.12 21.32 3 1.05 20.70 則產(chǎn)品中乳酸亞鐵的純度為________(用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示)。 解析:硫鐵礦燒渣中加入足量的稀H2SO4,濾渣1為SiO2,F(xiàn)e2O3、Al2O3與稀H2SO4反應(yīng)生成Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3,在Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3中加入過量的Fe粉,F(xiàn)e2(SO4)3生成FeSO4,在NaOH溶液作用下控制pH為5.0
18、,使Al3+轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀,濾液2中為FeSO4、Na2SO4,經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、抽濾、洗滌、干燥,得到綠礬(FeSO4·7H2O)。(1)濾渣2為生成的Al(OH)3和過量的Fe粉。(3)由信息③可知Na2CO3與FeSO4反應(yīng)制備FeCO3,由于Na2CO3堿性較強(qiáng),將FeSO4滴加到Na2CO3溶液中更易生成Fe(OH)2,故儀器A中存放的試劑為Na2CO3,F(xiàn)e2+易被空氣氧化,故裝置C可以防止空氣進(jìn)入裝置B而氧化Fe2+。(5)第二次滴定誤差大,數(shù)據(jù)舍去,第一次和第三次兩次滴定消耗0.100 0 mol·L-1 Ce(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液平均體積為(19.75 mL+1
19、9.65 mL)÷2=19.70 mL,根據(jù)得失電子相等可得關(guān)系式: Ce(SO4)2~Fe2+~[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O,n{[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O}=n[Ce(SO4)2]=0.100 0 mol·L-1×19.70×10-3 L=1.97×10-3 mol,產(chǎn)品中 [CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O的純度為×100%=98.5%。 答案:(1)Al(OH)3、Fe (2)關(guān)小水龍頭,加洗滌劑浸沒濾渣,緩慢均勻流過,待液體流到布氏漏斗導(dǎo)管口時,再抽濾,重復(fù)2~3次 (3)碳酸鈉溶液 防止空氣進(jìn)入裝置B而氧化Fe2+ (4)可去
20、除產(chǎn)品表面的有機(jī)雜質(zhì)、降低產(chǎn)品溶解損耗、乙醇易揮發(fā)便于干燥等 (5)乳酸根的—OH被酸性高錳酸鉀溶液氧化 98.5% 5.三氯氧磷(POCl3)是一種重要的化工原料,工業(yè)上可以直接氧化PCl3制備POCl3,反應(yīng)原理為P4(白磷)+6Cl2===4PCl3,2PCl3+O2===2POCl3。 PCl3、POCl3的部分性質(zhì)如下: 物質(zhì) 熔點/℃ 沸點/℃ 其他 PCl3 -112 75.5 遇水生成H3PO3和HCl POCl3 2 105.3 遇水生成H3PO4和HCl 某興趣小組模擬該工藝設(shè)計實驗裝置如下(某些夾持裝置、加熱裝置已略去): (1)
21、儀器a的名稱為________________,B裝置中長頸漏斗的作用是________________。 (2)裝置E用來制取Cl2,反應(yīng)的離子方程式為________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)為使實驗順利進(jìn)行,還需補(bǔ)充的裝置為_____________。 (4)反應(yīng)時,需嚴(yán)格控制三個條件: ①先制取__________,緩慢地通入C 中,直至C 中的白磷消失后,再通入另一種氣體。 ②C裝置用水浴加熱控制
22、溫度為60~65 ℃,除加快反應(yīng)速率外,另一目的是______。 ③反應(yīng)物必須干燥,否則會在C 裝置中產(chǎn)生大量的白霧,其主要成分為________(寫化學(xué)式)。 (5)反應(yīng)結(jié)束后通過下面步驟測定POCl3產(chǎn)品中Cl 的含量,元素Cl 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為____________(寫出計算式)。 Ⅰ.取x g產(chǎn)品于錐形瓶中,加入足量NaOH溶液,POCl3完全反應(yīng)后加稀硝酸至酸性; Ⅱ.向錐形瓶中加入0.100 0 mol·L-1 的AgNO3 溶液40.00 mL,使Cl-完全沉淀; Ⅲ.再向錐形瓶中加入20 mL硝基苯,振蕩,使沉淀表面被有機(jī)物覆蓋; Ⅳ.然后加入指示劑,用c mol·L
23、-1 NH4SCN溶液滴定過量Ag+至終點,記下所用體積為V mL。 [已知:Ag3PO4溶于酸,Ksp(AgCl )=3.2×10-10, Ksp(AgSCN )=2×10-12] 解析:(1)儀器a的名稱是冷凝管(或球形冷凝管),裝置A中產(chǎn)生氧氣,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑(或2H2O22H2O+O2↑);B裝置的作用除觀察O2的流速之外,還有平衡氣壓、干燥O2(或平衡氣壓和除去水,防止PCl3和POCl3遇水反應(yīng)引入雜質(zhì))。 (2)二氧化錳與濃鹽酸加熱反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水,反應(yīng)的離子方程式為4H++2Cl-+MnO2Mn2++Cl2↑
24、+2H2O。 (3)C裝置為氯氣和白磷發(fā)生反應(yīng)的裝置,反應(yīng)結(jié)束后會有氯氣從冷凝管a中溢出,污染空氣,需要吸收處理;同時,POCl3和PCl3遇水會發(fā)生反應(yīng),為使實驗順利進(jìn)行,需要在a儀器后連接裝有堿石灰的干燥管,防止外界中水蒸氣進(jìn)入C裝置內(nèi)。 (4)根據(jù)題意可知,要先制備出三氯化磷,然后其被氧化為POCl3,所以先制取氯氣,緩慢地通入C中,直至C中的白磷消失后,再通入氧氣。 ②由于PCl3的沸點是75.5 ℃,因此控制溫度60~65 ℃,其主要目的是加快反應(yīng)速率,同時防止PCl3氣化。 ③POCl3和PCl3遇水會發(fā)生反應(yīng),均生成氯化氫,遇到水蒸氣產(chǎn)生大量的白霧,所以反應(yīng)物必須干燥。
25、 (5)根據(jù)題意可知,NH4SCN的物質(zhì)的量為0.001cV mol,則與之反應(yīng)的銀離子的物質(zhì)的量為0.001cV mol,而總的銀離子的物質(zhì)的量為0.004 mol,所以與氯離子反應(yīng)的銀離子的物質(zhì)的量為0.004 mol-0.001cV mol,因此氯離子的物質(zhì)的量為0.004 mol-0.001cV mol,則產(chǎn)品中Cl元素的含量為×100%。 答案:(1)球形冷凝管 平衡氣壓 (2)4H++2Cl-+MnO2Mn2++Cl2↑+2H2O (3)在a儀器后連接裝有堿石灰的干燥管 (4)①Cl2?、诜乐筆Cl3氣化?、跦Cl (5)×100% 6.實驗室制備苯甲酸乙酯的反應(yīng)裝置示
26、意圖和有關(guān)數(shù)據(jù)如下: 名稱 相對分 子質(zhì)量 密度/ (g·cm-3) 沸點/℃ 水中 溶解性 苯甲酸 122 1.266 249 微溶 乙醇 46 0.789 78.3 溶 苯甲酸乙酯 150 1.045 213 難溶 環(huán)己烷 84 0.779 80.8 難溶 環(huán)己烷、乙醇和水可形成共沸物,其混合物沸點為62.1 ℃。 合成反應(yīng):向圓底燒瓶中加入6.1 g苯甲酸、20 mL無水乙醇、25 mL環(huán)己烷和2片碎瓷片,攪拌后再加入2 mL濃硫酸。按圖組裝好儀器后,水浴加熱回流1.5小時。 分離提純:繼續(xù)水浴加熱蒸出多余乙醇和環(huán)己烷,
27、經(jīng)分水器放出。剩余物質(zhì)倒入盛有60 mL冷水的燒杯中,依次用碳酸鈉、無水氯化鈣處理后,再蒸餾純化,收集210~213 ℃的餾分,得產(chǎn)品5.0 g。 回答下列問題: (1)儀器A的名稱為________,冷卻水應(yīng)從________(填“a”或“b”)口流出。 (2)加入環(huán)己烷的目的為___________________________________________________。 (3)合成反應(yīng)中,分水器中會出現(xiàn)分層現(xiàn)象,且下層液體逐漸增多,當(dāng)下層液體高度距分水器支管約2 cm時開啟活塞放出少量下層液體。該操作的目的為___________________ ___________
28、_____________________________________________________________。 (4)實驗中加入碳酸鈉的目的為_________________________________________; 經(jīng)碳酸鈉處理后,若粗產(chǎn)品與水分層不清,可采取的措施為 ________________________________________________________________________。 (5)在該實驗中,圓底燒瓶的容積最適合的是__________(填字母)。 A.50 mL B.100 mL C.200 m
29、L D.300 mL (6)本實驗的產(chǎn)率為____________________。 解析:(2)根據(jù)題給信息“環(huán)己烷、乙醇和水可形成共沸物,其混合物沸點為62.1 ℃”可知環(huán)己烷在合成反應(yīng)中的作用為在較低溫度下帶出生成的水,促進(jìn)酯化反應(yīng)向右進(jìn)行,提高產(chǎn)率。(3)分水器中上層是油狀物,下層是水,當(dāng)油層液面高于支管口時,油層會沿著支管流回?zé)?,達(dá)到了使反應(yīng)物冷凝回流,提高產(chǎn)率的目的。因此當(dāng)下層液體高度距分水器支管約2 cm時,應(yīng)開啟活塞,放出下層的水,避免水層升高流入燒瓶。(4)合成反應(yīng)結(jié)束后,圓底燒瓶中主要含有苯甲酸乙酯(產(chǎn)物)、苯甲酸(未反應(yīng)完)、硫酸(催化劑)、乙醇、環(huán)己
30、烷,水浴加熱除去乙醇和環(huán)己烷,剩余的物質(zhì)主要為苯甲酸乙酯、苯甲酸、硫酸。加入碳酸鈉溶液可和苯甲酸、硫酸反應(yīng),生成易溶于水的鹽,溶液分層;經(jīng)碳酸鈉溶液處理后,若粗產(chǎn)品與水分層不清,可加入食鹽,進(jìn)一步降低酯的溶解,該操作為鹽析;然后用分液漏斗分出有機(jī)層,加入無水氯化鈣吸收部分的水,再進(jìn)行蒸餾,接收210~213 ℃的餾分。(5)由題表中的數(shù)據(jù)可計算出苯甲酸的體積約為5 mL,則圓底燒瓶中溶液的體積約為5 mL+20 mL+25 mL+2 mL=52 mL,而圓底燒瓶中所能盛放的溶液的體積應(yīng)不超過圓底燒瓶的2/3,故應(yīng)選擇容積為100 mL的圓底燒瓶。(6)m(乙醇)=(0.789×20)g=15.78 g,設(shè)苯甲酸乙酯的理論產(chǎn)量為x,則 122 g 46 g 150 g 6.1 g 15.78 g(過量) x 解得x=7.5 g,則產(chǎn)率=×100%=×100%≈66.7%。 答案:(1)球形冷凝管 b (2)在較低溫度下除去產(chǎn)物水,提高產(chǎn)率 (3)確保乙醇和環(huán)己烷及時返回反應(yīng)體系而下層水不會回流到體系中 (4)除去苯甲酸和硫酸 加氯化鈉進(jìn)行鹽析 (5)B (6)66.7%
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