1 . 和是重要的工业原料。
(1)晶胞见图-1,其中O原子位于Ce构成的________ 空隙。(填“正四面体”或“正八面体”)
(2)铜-氧化物(,其中O均为-2价)可催化氧化除去氢气中少量CO,其反应机理见图-2所示。
①反应Ⅰ中Ce的化合价变化为:________ 。(已知反应Ⅰ中Cu、Ce的化合价均发生变化)
②若反应Ⅱ中通入,检测反应Ⅳ的产物,其中含有有________ 种。
(3)用pH约为7的溶液与溶液反应制备沉淀。若制备含量少的,采用的加料方式为:将________ 溶液缓慢滴加到________ 溶液中。(填化学式)
(4)准确称取1.00g样品置于锥形瓶中,加入适量过二硫酸铵[]溶液恰好将氧化为,然后加入40.00mL与之恰好反应完全。已知:。求该样品中的质量分数_____ (写出计算过程)。
(1)晶胞见图-1,其中O原子位于Ce构成的
(2)铜-氧化物(,其中O均为-2价)可催化氧化除去氢气中少量CO,其反应机理见图-2所示。
①反应Ⅰ中Ce的化合价变化为:
②若反应Ⅱ中通入,检测反应Ⅳ的产物,其中含有有
(3)用pH约为7的溶液与溶液反应制备沉淀。若制备含量少的,采用的加料方式为:将
(4)准确称取1.00g样品置于锥形瓶中,加入适量过二硫酸铵[]溶液恰好将氧化为,然后加入40.00mL与之恰好反应完全。已知:。求该样品中的质量分数
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2 . 丙烷脱氢制丙烯是较为理想的丙烯生产渠道。
(1)丙烷直接催化脱氢。在催化剂作用下,丙烷直接脱氢制丙烯反应历程中的相对能量变化如图所示(*表示催化剂表面吸附位点,如表示吸附在催化剂表面的)。①丙烷直接催化脱氢制丙烯反应的_______ 。
②该反应历程共分五步,其中速率控制步骤为第_______ 步。
③研究表明,实际生产中除使用催化剂外,还需控制反应温度在选择温度为的原因是_______ 。
(2)氧化丙烷脱氢。下,将不同组分的原料混合气以相同流速通过装有催化剂的反应床,测得转化率和选择性(选择性)随时间的变化关系如图所示,图中分别代表、的两种原料气。①随着反应的进行,4小时前A组分原料气中转化率和选择性均有所提升,且在反应床出口检测到。研究表明,氧化丙烷脱氢经历了以下两个反应:Ⅰ.;Ⅱ._______ 。(填化学方程式)
②反应进行至4小时后,B组分原料气的反应几乎无法进行,而A组分原料气的反应仍保持相对优异的稳定性,其可能原因是_______ 。
(3)丙烷燃料电池脱氢。一种质子导体燃料电池采用材料作阳极催化层,在阳极侧注入燃料气,阴极侧直接暴露于空气中,在下可实现丙烷高效脱氢制丙烯,装置如图所示。①电池工作时,负极发生主要反应的电极反应式为_______ 。
②与氧化丙烷脱氢相比,丙烷燃料电池脱氢制丙烯工艺的优点是_______ 。
(1)丙烷直接催化脱氢。在催化剂作用下,丙烷直接脱氢制丙烯反应历程中的相对能量变化如图所示(*表示催化剂表面吸附位点,如表示吸附在催化剂表面的)。①丙烷直接催化脱氢制丙烯反应的
②该反应历程共分五步,其中速率控制步骤为第
③研究表明,实际生产中除使用催化剂外,还需控制反应温度在选择温度为的原因是
(2)氧化丙烷脱氢。下,将不同组分的原料混合气以相同流速通过装有催化剂的反应床,测得转化率和选择性(选择性)随时间的变化关系如图所示,图中分别代表、的两种原料气。①随着反应的进行,4小时前A组分原料气中转化率和选择性均有所提升,且在反应床出口检测到。研究表明,氧化丙烷脱氢经历了以下两个反应:Ⅰ.;Ⅱ.
②反应进行至4小时后,B组分原料气的反应几乎无法进行,而A组分原料气的反应仍保持相对优异的稳定性,其可能原因是
(3)丙烷燃料电池脱氢。一种质子导体燃料电池采用材料作阳极催化层,在阳极侧注入燃料气,阴极侧直接暴露于空气中,在下可实现丙烷高效脱氢制丙烯,装置如图所示。①电池工作时,负极发生主要反应的电极反应式为
②与氧化丙烷脱氢相比,丙烷燃料电池脱氢制丙烯工艺的优点是
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3 . 用过二硫酸铵溶液作浸取剂可以提取黄铜矿(主要成分为)中的铜。
已知:i.、均能导电;
ii.;;
(1)的晶胞如图1所示。①图1为晶胞,则每个晶胞中含有的Fe原子个数为___________ 。
②图2所示结构单元不能作为晶胞的原因是___________ 。
(2)用溶液作浸取剂浸取的原理示意如图3所示。 图3
①一段时间后,与反应的离子方程式为___________ 。
②浸取初期,随着浸取时间延长,的浸出速率迅速提高,其可能的原因是___________ 。
(3)在足量溶液中添加少量溶液作为浸取剂与作用,一段时间结果如下:
①添加Ag⁺可以显著提高Cu元素的浸出率的原因:___________ 。
②进一步研究发现添加的少量可以循环参与反应。“再生”的离子方程式为:___________ 。
(4)进一步从浸出液中提取铜并使再生的流程示意图如图4所示。 图4
①滤液A中加草酸的反应为,该反应化学平衡常数为___________ 。
②电解滤液B而不电解滤液A的原因是___________ 。
已知:i.、均能导电;
ii.;;
(1)的晶胞如图1所示。①图1为晶胞,则每个晶胞中含有的Fe原子个数为
②图2所示结构单元不能作为晶胞的原因是
(2)用溶液作浸取剂浸取的原理示意如图3所示。 图3
①一段时间后,与反应的离子方程式为
②浸取初期,随着浸取时间延长,的浸出速率迅速提高,其可能的原因是
(3)在足量溶液中添加少量溶液作为浸取剂与作用,一段时间结果如下:
添加 | 未加 | |
Cu元素的浸出率 | 98.02% | 30.90% |
过程中产物形态 |
②进一步研究发现添加的少量可以循环参与反应。“再生”的离子方程式为:
(4)进一步从浸出液中提取铜并使再生的流程示意图如图4所示。 图4
①滤液A中加草酸的反应为,该反应化学平衡常数为
②电解滤液B而不电解滤液A的原因是
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4 . 的捕集和利用具有重要意义。
.的催化氧化
(1)在表面催化氧化的过程始于与形成的酸性位点(如图所示),并生成金属硫酸盐()中间体。①根据化学键的变化规律,上图所示的反应过程可描述为___________ 。
②写出中间体受热分解产生、的化学方程式:___________ 。
(2)一定温度下,恒压密闭容器中发生反应 ,平衡转化率与反应温度和压强的关系如图所示。①___________ (填“=0”或“>0”或“<0”)。
②实际生产中选择图中C点的反应条件,不选择A、B点的理由分别是___________ 。
.的催化还原
(3)催化剂能催化CO还原,反应为。将的混合气体(载气为)匀速通过装有催化剂的反应器,测得催化剂活化(催化剂在活化过程中一般经历反应物的吸附、脱附和催化活化等阶段)前后的X-射线衍射图如下图所示(X-射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在,不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同,峰越强,物质含量越多)。①直接影响催化活性的物质是___________ (填化学式)。
②谱峰4在活化前后也发生了一定变化,即部分转变为,写出对应的化学反应方程式:___________ 。
③实验中反应物的配比设定为3∶1而不是2∶1的可能原因是___________ 。
.的催化氧化
(1)在表面催化氧化的过程始于与形成的酸性位点(如图所示),并生成金属硫酸盐()中间体。①根据化学键的变化规律,上图所示的反应过程可描述为
②写出中间体受热分解产生、的化学方程式:
(2)一定温度下,恒压密闭容器中发生反应 ,平衡转化率与反应温度和压强的关系如图所示。①
②实际生产中选择图中C点的反应条件,不选择A、B点的理由分别是
.的催化还原
(3)催化剂能催化CO还原,反应为。将的混合气体(载气为)匀速通过装有催化剂的反应器,测得催化剂活化(催化剂在活化过程中一般经历反应物的吸附、脱附和催化活化等阶段)前后的X-射线衍射图如下图所示(X-射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在,不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同,峰越强,物质含量越多)。①直接影响催化活性的物质是
②谱峰4在活化前后也发生了一定变化,即部分转变为,写出对应的化学反应方程式:
③实验中反应物的配比设定为3∶1而不是2∶1的可能原因是
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5 . 氰化氢(HCN,一元弱酸,易挥发)主要应用于电镀、采矿、药物合成等工业生产。HCN,CN-能抑制人体组织细胞内酶的活性,不能直接排放到环境中。
(1)Na2S2O3在临床上常用于氰化物的解毒剂。解毒的原理是将CN-转化为SCN-和。验证该转化过程中生成SCN-的实验方法是:向NaCN溶液中加入过量的Na2S2O3的溶液,充分反应后,取少量反应后的溶液于试管中,加入足量稀盐酸酸化,___________ 。
(2)Cu2+可催化过氧化氢氧化废水中的CN-。
①反应不能在酸性条件下进行,原因是___________ 。
②在含氰废水总景、过氧化氢用量和溶液pH一定的情况下,反应相同时间,测得CN-的氧化去除率随c(Cu2+)的变化与如图所示。c(Cu2+)超过90mg·L-1时,CN-的氧化去除率有所下降,原因是___________ 。(3)通过电激发产生HO·(从分子式上看由OH-失去一个电子形成)和OH·可处理废水中的CN-,使其转化为N2和,其反应的离子方程式为___________ 。
(4)在铜镍为催化剂(Cu、CuO为活性组分,Cu的催化活性效果更好)的条件下,可利用反应:HCN(g)+H2O(g)NH3(g)+CO(g) △H>0
除去废气中的HCN。将含相同比例的HCN(g)、H2O(g)、CO(g)[或N2(g)]混合气体分别通过催化剂,反应相同的时间,测得HCN(g)的去除率随温度变化如图所示。200℃时含CO的混合气体中HCN(g)的去除率较高,而400℃时含CO的混合气体中HCN(g)的去除率较低。其原因是___________ 。
(1)Na2S2O3在临床上常用于氰化物的解毒剂。解毒的原理是将CN-转化为SCN-和。验证该转化过程中生成SCN-的实验方法是:向NaCN溶液中加入过量的Na2S2O3的溶液,充分反应后,取少量反应后的溶液于试管中,加入足量稀盐酸酸化,
(2)Cu2+可催化过氧化氢氧化废水中的CN-。
①反应不能在酸性条件下进行,原因是
②在含氰废水总景、过氧化氢用量和溶液pH一定的情况下,反应相同时间,测得CN-的氧化去除率随c(Cu2+)的变化与如图所示。c(Cu2+)超过90mg·L-1时,CN-的氧化去除率有所下降,原因是
(4)在铜镍为催化剂(Cu、CuO为活性组分,Cu的催化活性效果更好)的条件下,可利用反应:HCN(g)+H2O(g)NH3(g)+CO(g) △H>0
除去废气中的HCN。将含相同比例的HCN(g)、H2O(g)、CO(g)[或N2(g)]混合气体分别通过催化剂,反应相同的时间,测得HCN(g)的去除率随温度变化如图所示。200℃时含CO的混合气体中HCN(g)的去除率较高,而400℃时含CO的混合气体中HCN(g)的去除率较低。其原因是
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6 . CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。
(1)CO2催化加氢。在密闭容器中,向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO−,其离子方程式为_______ ;其他条件不变,转化为HCOO−的转化率随温度的变化如图所示。反应温度在40℃~80℃范围内,催化加氢的转化率迅速上升,其主要原因是_______ 。(2)HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示,两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。①电池负极电极反应式为_______ ;放电过程中需补充的物质A为_______ (填化学式)。
②图中所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应,将化学能转化为电能,其反应的离子方程式为_______ 。
(3)HCOOH催化释氢。在催化剂作用下,HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图所示。①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外,还生成_______ (填化学式)。
②研究发现:其他条件不变时,以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳,其具体优点是提高释放氢气的速率,提高释放出氢气的纯度,请分析原因_______ 。
(1)CO2催化加氢。在密闭容器中,向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO−,其离子方程式为
②图中所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应,将化学能转化为电能,其反应的离子方程式为
(3)HCOOH催化释氢。在催化剂作用下,HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图所示。①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外,还生成
②研究发现:其他条件不变时,以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳,其具体优点是提高释放氢气的速率,提高释放出氢气的纯度,请分析原因
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7 . 甲醛释氢对氢能源和含甲醛污水处理有重要意义。
(1)HCHO电催化释氢
催化电解含较低浓度的HCHO、NaOH混合溶液,可获得与HCOONa(如图所示),其中电极b表面覆盖一种Mo与P形成的化合物(晶胞结构如图所示)作催化剂。①催化剂可由与混合物与高温灼烧制得(反应中N元素化合价不变),该反应的化学方程式为_________________ 。
②电解时,电极b上同时产生与的物质的量之比为1∶2,则电极b上的电极反应式为_____________ 。
③电解过程中每产生1 mol,通过阴离子交换膜的为______ mol。
(2)HCHO水化释氢
45℃时,碱性条件下Ag作催化剂可将甲醛转化为,反应的机理如图所示。使用时将纳米Ag颗粒负载在表面以防止纳米Ag团聚。其他条件不变,反应相同时间,NaOH浓度对氢气产生快慢的影响如图所示。已知:甲醛在碱性条件下会发生副反应:。
①若将甲醛中的氢用D原子标记为DCDO,得到的氢气产物为_______ (填化学式)。
②NaOH浓度低于1 mol⋅L时,NaOH浓度增大产生氢气会加快的原因是__________ 。
③若NaOH浓度过大,的产生迅速减慢的原因可能是__________________ 。
(3)甲烷与水在催化剂作用下可产生氢气与碳氧化物,与甲烷水化法制氢气相比,甲醛制氢的优点有______________ 。
(1)HCHO电催化释氢
催化电解含较低浓度的HCHO、NaOH混合溶液,可获得与HCOONa(如图所示),其中电极b表面覆盖一种Mo与P形成的化合物(晶胞结构如图所示)作催化剂。①催化剂可由与混合物与高温灼烧制得(反应中N元素化合价不变),该反应的化学方程式为
②电解时,电极b上同时产生与的物质的量之比为1∶2,则电极b上的电极反应式为
③电解过程中每产生1 mol,通过阴离子交换膜的为
(2)HCHO水化释氢
45℃时,碱性条件下Ag作催化剂可将甲醛转化为,反应的机理如图所示。使用时将纳米Ag颗粒负载在表面以防止纳米Ag团聚。其他条件不变,反应相同时间,NaOH浓度对氢气产生快慢的影响如图所示。已知:甲醛在碱性条件下会发生副反应:。
①若将甲醛中的氢用D原子标记为DCDO,得到的氢气产物为
②NaOH浓度低于1 mol⋅L时,NaOH浓度增大产生氢气会加快的原因是
③若NaOH浓度过大,的产生迅速减慢的原因可能是
(3)甲烷与水在催化剂作用下可产生氢气与碳氧化物,与甲烷水化法制氢气相比,甲醛制氢的优点有
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2024-03-24更新
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771次组卷
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4卷引用:江苏省苏锡常镇四市2024届高三一模考试化学试题
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8 . 氢气是一种理想的绿色清洁能源,氢气的制取是氢能源利用领域的研究热点。
(1)用氧缺位铁酸铜(CuFe2O4-x)作催化剂,利用太阳能热化学循环分解H2O可制H2。
①氧缺位铁酸铜通过两步反应分解水制氢。已知第二步反应为2CuFe2O4=2CuFe2O4-x+xO2↑,则第一步反应的化学方程式为___________ 。
②CuFe2O4可用电化学方法得到,其原理如图所示,则阳极的电极反应式为___________ 。
(2)可利用FeO/Fe3O4之间的相互转化,来裂解水制取氢气,其制氢流程如图所示。该工艺制氢的总反应为C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g),对比水和碳在高温下直接接触反应制氢,分析该工艺制氢的最大优点是___________ 。
(3)硼氢化钠(NaBH4)的强碱溶液在催化剂作用下与水反应可获取氢气,其可能反应机理如图所示。已知:常温下,NaB(OH)4在水中的溶解度不大,易以NaBO2形式结晶析出。
①若用D2O代替H2O,依据反应机理,则反应后生成的气体中含有___________ 。
②其他条件相同时,测得平均每克催化剂使用量下,NaBH4的浓度和放氢速率的变化关系如图所示。随着NaBH4浓度的增大,放氢速率先增大后减小,导致放氢速率下降的原因可能是___________ 。
(1)用氧缺位铁酸铜(CuFe2O4-x)作催化剂,利用太阳能热化学循环分解H2O可制H2。
①氧缺位铁酸铜通过两步反应分解水制氢。已知第二步反应为2CuFe2O4=2CuFe2O4-x+xO2↑,则第一步反应的化学方程式为
②CuFe2O4可用电化学方法得到,其原理如图所示,则阳极的电极反应式为
(2)可利用FeO/Fe3O4之间的相互转化,来裂解水制取氢气,其制氢流程如图所示。该工艺制氢的总反应为C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g),对比水和碳在高温下直接接触反应制氢,分析该工艺制氢的最大优点是
(3)硼氢化钠(NaBH4)的强碱溶液在催化剂作用下与水反应可获取氢气,其可能反应机理如图所示。已知:常温下,NaB(OH)4在水中的溶解度不大,易以NaBO2形式结晶析出。
①若用D2O代替H2O,依据反应机理,则反应后生成的气体中含有
②其他条件相同时,测得平均每克催化剂使用量下,NaBH4的浓度和放氢速率的变化关系如图所示。随着NaBH4浓度的增大,放氢速率先增大后减小,导致放氢速率下降的原因可能是
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9 . 氢能是一种绿色能源,也是重要的还原剂。目前有多种方法可以制氢并储氢。催化加氢反应可以用于重要化工原料的转化。
Ⅰ.电解法制氢
(1)甲醇电解可制得,其原理如图所示。阳极的电极反应式为___________ 。
Ⅱ.催化重整法制氢
(2)已知:反应1:
反应2:
则反应3: =______
(3)以催化剂进行甲醇重整制氢时,固定其它条件不变,改变水、甲醇的物质的量比,甲醇平衡转化率及选择性的影响如图所示。的选择性=
当水、甲醇比大于0.8时,选择性下降的原因是___________ 。
(4)铜基催化剂()能高效进行甲醇重整制氢,但因原料中的杂质或发生副反应生成的物质会使催化剂失活。甲醇中混有少量的甲硫醇(),重整制氢时加入可有效避免铜基催化剂失活且平衡产率略有上升,其原理用化学反应方程式表示为___________ 。
Ⅲ.催化加氢还原反应的应用
①使用双单原子催化剂可以大大提高4-乙烯基苯胺的产率,原因是_______ 。
Ⅰ.电解法制氢
(1)甲醇电解可制得,其原理如图所示。阳极的电极反应式为
Ⅱ.催化重整法制氢
(2)已知:反应1:
反应2:
则反应3: =
(3)以催化剂进行甲醇重整制氢时,固定其它条件不变,改变水、甲醇的物质的量比,甲醇平衡转化率及选择性的影响如图所示。的选择性=
当水、甲醇比大于0.8时,选择性下降的原因是
(4)铜基催化剂()能高效进行甲醇重整制氢,但因原料中的杂质或发生副反应生成的物质会使催化剂失活。甲醇中混有少量的甲硫醇(),重整制氢时加入可有效避免铜基催化剂失活且平衡产率略有上升,其原理用化学反应方程式表示为
Ⅲ.催化加氢还原反应的应用
能将在特定条件下转化为4-乙烯基苯胺。两种不同催化剂将4-硝基苯乙烯还原加氢的过程如图所示。
(5)已知单原子位点对4-硝基苯乙烯有较好吸附效果。①使用双单原子催化剂可以大大提高4-乙烯基苯胺的产率,原因是
②请描述4-硝基苯乙烯在单原子催化剂下与发生反应的过程
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解题方法
10 . 肼()及其衍生物的合成与利用具有重要意义。
(1)“肼合成酶”以其中的“配合物为催化中心,可将与转化为肼,其反应历程如图所示。
上图所示的反应步骤Ⅱ中Fe元素化合价的变化可描述为___________ 。
②将替换为,反应所得产物的化学式为___________ 。
(2)在碱性条件下,水合肼()在催化剂Rh(铑)g-作用下发生如下分解反应:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
转化频率(TOF)能反映催化剂的性能。
(t为反应时间),保持温度不变,相同时间内反应中不同对应的TOF如图所示。
①催化剂载体g-可由三聚氰胺()在空气中焙烧得到。已知具有六元环结构,其结构简式可表示为___________ 。
②TOF随变化的原因是___________ 。
(3)相同条件下,测得诱导肼、甲肼()和偏二甲肼[]低温反应(均为吸热反应)产物与反应物能量差、反应速率常数k值(k越大,反应越快)如下表。
①请补充上表所缺反应产物的结构简式___________ 。
②相较甲肼而言,肼、偏二甲肼与的反应效果不佳的原因分别是___________ 。
(4)液态肼也可以作为燃料电池,如图一种肼燃料电池,写成负极的电极反应___________ 。
(1)“肼合成酶”以其中的“配合物为催化中心,可将与转化为肼,其反应历程如图所示。
上图所示的反应步骤Ⅱ中Fe元素化合价的变化可描述为
②将替换为,反应所得产物的化学式为
(2)在碱性条件下,水合肼()在催化剂Rh(铑)g-作用下发生如下分解反应:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
转化频率(TOF)能反映催化剂的性能。
(t为反应时间),保持温度不变,相同时间内反应中不同对应的TOF如图所示。
①催化剂载体g-可由三聚氰胺()在空气中焙烧得到。已知具有六元环结构,其结构简式可表示为
②TOF随变化的原因是
(3)相同条件下,测得诱导肼、甲肼()和偏二甲肼[]低温反应(均为吸热反应)产物与反应物能量差、反应速率常数k值(k越大,反应越快)如下表。
燃料 | 反应产物 | k值 | |
5.73 | |||
14.15 | |||
47.81 | - |
②相较甲肼而言,肼、偏二甲肼与的反应效果不佳的原因分别是
(4)液态肼也可以作为燃料电池,如图一种肼燃料电池,写成负极的电极反应
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