解题方法
1 . 中国科学家首次实现了二氧化碳到淀粉的全合成,相关成果于北京时间 9 月 24 日由国际知名学术期刊《科学》在线发表。CO2的捕集、利用与封存是科学家研究的重要课题,利用 CH4与 CO2制备“合成气”(CO、H2),合成气可直接制备甲醇,反应原理为:
。
(1)已知: ,部分键能数据如下:(CO 的结构式为 C≡O)
计算 C—H 的键能 x= ______________ kJ/mol,(保留一位小数)。
(2)若要该反应自发进行,_______ (填“高温”或“低温”)更有利,该反应必须在高温下才能启动,原因是_______ 。
(3)已知:H2 (g)的燃烧热ΔH=-285.8kJ.mol-1,写出H2 (g)燃烧热的热化学反应方程式____________ 。
(4)在恒温,恒容密闭容器中,对于合成气合成甲醇的反应,下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是_______(填字母序号)。
(5)T1℃下,在 2L 恒容密闭容器中充入 2molCO 和 6molH2合成 CH3OH(g),测得 CO 的物质的量浓度随反应时间的变化如图所示:①前 5 分钟内,v(H2)=_______ 。
②T1℃时,该反应的化学平衡常数 K=_______ 。
③10min 时,改变的外界条件可能是_______ 。
(6)T1℃下,在 1L 恒容密闭容器中充入 2molCO、2molH2和 3molCH3OH(g),此时反应将_______ (填“向左进行”“向右进行”“达到平衡”或“无法判断”)。
。
(1)已知: ,部分键能数据如下:(CO 的结构式为 C≡O)
共价键 | C≡O | C—O | C—H | O—H | H—H |
键能/(kJ/mol) | 1072 | 326 | 464 | 436 |
(2)若要该反应自发进行,
(3)已知:H2 (g)的燃烧热ΔH=-285.8kJ.mol-1,写出H2 (g)燃烧热的热化学反应方程式
(4)在恒温,恒容密闭容器中,对于合成气合成甲醇的反应,下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是_______(填字母序号)。
A.混合气体的平均相对分子质量不再变化 |
B.混合气体的密度不再变化 |
C.CO 的百分含量不再变化 |
D.CO、H2、CH3OH 的物质的量之比为 1∶2∶1 |
(5)T1℃下,在 2L 恒容密闭容器中充入 2molCO 和 6molH2合成 CH3OH(g),测得 CO 的物质的量浓度随反应时间的变化如图所示:①前 5 分钟内,v(H2)=
②T1℃时,该反应的化学平衡常数 K=
③10min 时,改变的外界条件可能是
(6)T1℃下,在 1L 恒容密闭容器中充入 2molCO、2molH2和 3molCH3OH(g),此时反应将
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2 . 研究碳及其化合物的相互转化对能源的充分利用、低碳经济有着重要的作用。
(1)已知:①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206.1kJ·mol−1
②2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ΔH2=-128.3kJ·mol−1
③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH3=-483.6kJ·mol−1
若某反应的平衡常数表达式为:K=,则此反应ΔH=___________ kJ·mol−1。
(2)CH4-CO2催化重整对温室气体的减排具有重要意义。催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH=+247kJ·mol−1,平衡时CH4的转化率与温度和压强的关系如图所示。①图中P1、P2、P3、P4代表不同压强,压强最大的是___________ 。
②压强为P4时,在Y点:v正___________ v逆(填“>”、“<”或“=”)。
③图中W、X、Y、Z四点对应的反应的平衡常数K1、K2、K3、K4由大到小的顺序为___________ 。
(3)CO2加氢制备甲酸(HCOOH)可回收利用CO2,温度为T1时,将等物质的量的CO2和H2充入体积为1L的密闭容器中发生反应:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) ΔH>0,化学平衡常数K=1,实验测得:v正=k正·c(CO2)·c(H2),v逆=k逆·c(HCOOH),k正、k逆为速率常数。
①当HCOOH的体积分数为25%时,CO2的转化率为___________ 。
②温度为T1,反应达到平衡时,k逆=___________ (用k正表示)。改变温度至T2,若k逆=0.9k正,则T1___________ T2(填“>”、“<”或“=”)。
(4)采用电还原法也可将CO2转化为甲酸,在碳酸氢盐的水溶液中,CO2被还原成甲酸的原理如图所示。阴极的电极反应式是___________ 。
(1)已知:①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206.1kJ·mol−1
②2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ΔH2=-128.3kJ·mol−1
③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH3=-483.6kJ·mol−1
若某反应的平衡常数表达式为:K=,则此反应ΔH=
(2)CH4-CO2催化重整对温室气体的减排具有重要意义。催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH=+247kJ·mol−1,平衡时CH4的转化率与温度和压强的关系如图所示。①图中P1、P2、P3、P4代表不同压强,压强最大的是
②压强为P4时,在Y点:v正
③图中W、X、Y、Z四点对应的反应的平衡常数K1、K2、K3、K4由大到小的顺序为
(3)CO2加氢制备甲酸(HCOOH)可回收利用CO2,温度为T1时,将等物质的量的CO2和H2充入体积为1L的密闭容器中发生反应:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) ΔH>0,化学平衡常数K=1,实验测得:v正=k正·c(CO2)·c(H2),v逆=k逆·c(HCOOH),k正、k逆为速率常数。
①当HCOOH的体积分数为25%时,CO2的转化率为
②温度为T1,反应达到平衡时,k逆=
(4)采用电还原法也可将CO2转化为甲酸,在碳酸氢盐的水溶液中,CO2被还原成甲酸的原理如图所示。阴极的电极反应式是
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3 . 尿素[CO(NH2)2][s]是首个由无机物人工合成的有机物。
(1)在尿素合成塔中发生的反应可表示为2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(l) H1=-119.2 kJ∙mol-1;NH2COONH4(l)CO(NH2)2(s)+H2O(g) H2=+15.5kJ∙mol-1,已知第一步反应为快速反应,第二步反应为慢速反应,则2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) H3=___________ kJ∙mol-1,下列图象能表示尿素合成塔中发生反应的能量变化历程的是___________ (填标号)。
A . B. C. D.
(2)T℃,在2L的密闭容器中,通入2molNH3和1molCO2,保持体积不变,发生反应,2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g),10min时反应刚好达到平衡。测得起始压强为平衡时压强的1.5倍,则:
①NH3的平衡转化率为___________ 。
②能说明上述反应达到平衡状态的是___________ (填标号)。
A.n(CO2):n(NH3)=1:2
B.混合气体的密度不再发生变化
C.CO2的体积分数在混合气体中保持不变
D.单位时间内消耗2molNH3,同时生成1molH2O
(3)一定温度下,某恒容密闭容器中发生反应2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g),若原料气中=m,测得m与CO2的平衡转化率(α)的关系如图所示:
若平衡时A点容器内总压强为,则上述反应的平衡常数Kp=___________ 。(用平衡分压代平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
(1)在尿素合成塔中发生的反应可表示为2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(l) H1=-119.2 kJ∙mol-1;NH2COONH4(l)CO(NH2)2(s)+H2O(g) H2=+15.5kJ∙mol-1,已知第一步反应为快速反应,第二步反应为慢速反应,则2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) H3=
A . B. C. D.
(2)T℃,在2L的密闭容器中,通入2molNH3和1molCO2,保持体积不变,发生反应,2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g),10min时反应刚好达到平衡。测得起始压强为平衡时压强的1.5倍,则:
①NH3的平衡转化率为
②能说明上述反应达到平衡状态的是
A.n(CO2):n(NH3)=1:2
B.混合气体的密度不再发生变化
C.CO2的体积分数在混合气体中保持不变
D.单位时间内消耗2molNH3,同时生成1molH2O
(3)一定温度下,某恒容密闭容器中发生反应2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g),若原料气中=m,测得m与CO2的平衡转化率(α)的关系如图所示:
若平衡时A点容器内总压强为,则上述反应的平衡常数Kp=
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4 . 在T℃条件下,向1L固定体积的密闭容器M中加入2 mol X和1 mol Y,发生如下反应:2X(g) + Y(g)a Z(g) + W(g) H = -Q kJ·mol-1 (Q>0)。当反应达到平衡后,反应放出的热量为Q1 kJ,物质X的转化率为α;若平衡后再升高温度,混合气体的平均相对分子质量减小,则
(1)化学计量数a的值为___________ ;此反应的逆反应S___________ 0 (填﹤,﹥,﹦)。
(2)下列说法中能说明该反应达到了化学平衡状态的是___________ 。
A.容器内压强一定
B.v(X)正=2 v (Y)逆
C.容器内Z分子数一定
D.容器内气体的质量一定
E.容器内气体的密度一定
F.X、Y、Z、W的浓度之比为2∶1∶a∶1
(3)维持温度不变,若起始时向容器中加入4mol X和6 mol Y,若达平衡时容器内的压强减小到开始时的85%,则反应中放出的热量为___________ kJ。
(4)已知:该反应的平衡常数随温度的变化如下表:
若在某温度下,2 mol X和1 mol Y在该容器中反应达平衡,X的平衡转化率为50%,则该温度为___________ ℃。
(1)化学计量数a的值为
(2)下列说法中能说明该反应达到了化学平衡状态的是
A.容器内压强一定
B.v(X)正=2 v (Y)逆
C.容器内Z分子数一定
D.容器内气体的质量一定
E.容器内气体的密度一定
F.X、Y、Z、W的浓度之比为2∶1∶a∶1
(3)维持温度不变,若起始时向容器中加入4mol X和6 mol Y,若达平衡时容器内的压强减小到开始时的85%,则反应中放出的热量为
(4)已知:该反应的平衡常数随温度的变化如下表:
温度/℃ | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 |
平衡常数K | 9.94 | 5.2 | 1 | 0.5 | 0.21 |
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5 . 含氮化合物是化工、能源、环保等领域的研究热点。
(1)工业上常用NH3和CO2合成尿素[CO(NH2)2],利用该反应可以在一定程度上减缓温室效应。该反应可分两步进行,其能量变化和反应历程如图所示①以NH3、CO2为原料生产尿素[CO(NH2)2]的热化学方程式为___________ ;
②合成尿素总反应自发进行的条件是___________ (填“高温”或“低温”)。
(2)一定温度下,将NH3和CO2按2:1的物质的量之比充入一容积恒为10L的密闭容器中发生总反应。15min时达到平衡,各物质的浓度变化曲线如图所示。①上述条件下,从反应开始至15min时,CO(NH2)2的平均生成速率为___________ gmin﹣1。
②下列叙述中能说明该反应达到平衡状态的是___________ (填选项字母)。
A.体系压强不再变化
B.NH3和CO2的浓度之比为2:1
C.气体平均摩尔质量不再变化
D.NH3的消耗速率和CO2的消耗速率之比为2:1
③25min时再向容器中充入2mol的NH3、1molCO2和2molH2O,则此时平衡___________ (填“正向移动”或“逆向移动”),再次平衡时总反应的平衡常数为 ___________ 。
(3)汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源,其中存在大量NO。中国科学家在以H2为还原剂清除NO的研究方面取得了显著成果,其化学方程式为2NO(g)+2H2(g)⇌N2(g)+2H2O(g) ΔH<0。当固定比例的NO(g)和H2(g)的混合气体,以相同流速分别通过填充有两种催化剂的反应器,测得NO的转化率与温度的关系如图所示。①新型催化剂优于传统催化剂的理由为___________ 。
②M、N、P、Q四点中一定未达到平衡状态的是___________ (填字母)。
(1)工业上常用NH3和CO2合成尿素[CO(NH2)2],利用该反应可以在一定程度上减缓温室效应。该反应可分两步进行,其能量变化和反应历程如图所示①以NH3、CO2为原料生产尿素[CO(NH2)2]的热化学方程式为
②合成尿素总反应自发进行的条件是
(2)一定温度下,将NH3和CO2按2:1的物质的量之比充入一容积恒为10L的密闭容器中发生总反应。15min时达到平衡,各物质的浓度变化曲线如图所示。①上述条件下,从反应开始至15min时,CO(NH2)2的平均生成速率为
②下列叙述中能说明该反应达到平衡状态的是
A.体系压强不再变化
B.NH3和CO2的浓度之比为2:1
C.气体平均摩尔质量不再变化
D.NH3的消耗速率和CO2的消耗速率之比为2:1
③25min时再向容器中充入2mol的NH3、1molCO2和2molH2O,则此时平衡
(3)汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源,其中存在大量NO。中国科学家在以H2为还原剂清除NO的研究方面取得了显著成果,其化学方程式为2NO(g)+2H2(g)⇌N2(g)+2H2O(g) ΔH<0。当固定比例的NO(g)和H2(g)的混合气体,以相同流速分别通过填充有两种催化剂的反应器,测得NO的转化率与温度的关系如图所示。①新型催化剂优于传统催化剂的理由为
②M、N、P、Q四点中一定未达到平衡状态的是
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6 . I.T℃时,A气体与B气体反应生成C气体,反应过程中A、B、C浓度变化如图(Ⅰ)所示,若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,B的体积分数与时间的关系如(Ⅱ)所示:根据以上条件,回答下列问题:
(1)反应的化学方程式为___________ 。
(2)当反应达到平衡后升高平衡体系的温度(保持体积不变),混合气体的平均相对分子质量___________ (填“变大”、“变小”或“不变”)。
Ⅱ.在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
其化学平衡常数K和温度t的关系如下表:
回答下列问题:
(3)一般说化学平衡常数数值K___________ ,通常认为该反应进行较完全。
(4)该反应为___________ 反应(填“吸热”或“放热”)。
(5)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是___________。
(6)某温度下,在2L的密闭容器中,加入1molCO2和1molH2充分反应达平衡时,CO平衡浓度为0.25mol/L,试判断此时的温度为___________ 。
(1)反应的化学方程式为
(2)当反应达到平衡后升高平衡体系的温度(保持体积不变),混合气体的平均相对分子质量
Ⅱ.在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
其化学平衡常数K和温度t的关系如下表:
t/℃ | 700 | 800 | 830 | 1000 | 1200 |
K | 0.6 | 0.9 | 1.0 | 1.7 | 2.6 |
(3)一般说化学平衡常数数值K
(4)该反应为
(5)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是___________。
A.v正(H2) = v逆(H2O) | B.反应停止,正、逆反应速率都等于零 |
C.容器中压强不再发生变化 | D.混合气体中c(CO2)不变 |
(6)某温度下,在2L的密闭容器中,加入1molCO2和1molH2充分反应达平衡时,CO平衡浓度为0.25mol/L,试判断此时的温度为
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7 . 碘在科研与生活中有重要作用。
Ⅰ.实验室按如下实验流程提取海带中的碘。(1)上述实验流程中不需要用到的仪器是___________ (从下列图中选择,写出名称)。(2)“氧化”时加入3 mol·L−1 H2SO4溶液和3%H2O2溶液,发生反应的离子方程式为___________ 。
(3)海带灰中含有的其他可溶性无机盐,是在___________ (从以上流程中选填实验操作名称)中实现与碘分离。
Ⅱ.测定反应 的平衡常数K
常温下,取2个碘量瓶分别加入下表中的药品,振荡半小时,均有少量固体不溶。取一定体积的上层清液,加入淀粉作指示剂,用c1 molL-1 Na2S2O3溶液进行滴定(发生反应),测定和的总浓度,进而可以测得K。
(注:在本实验中,认为碘在水中和KI溶液中达到饱和时,它们的碘分子浓度c(I2)相等)
(4)Na2S2O3溶液也可以滴定的原因是___________ (用平衡移动原理回答);滴定终点的实验现象为___________ 。
(5)实验I中,c()=___________ mol/L(用含c1、c2、c3或c4的式子表示,下同),反应的平衡常数K=___________ 。
(6)若所加的碘偏少,导致实验I中碘量瓶振荡半小时后无固体剩余(不饱和),而实验Ⅱ的碘量瓶中仍有固体不溶,则测得的K将___________ (填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
Ⅰ.实验室按如下实验流程提取海带中的碘。(1)上述实验流程中不需要用到的仪器是
(3)海带灰中含有的其他可溶性无机盐,是在
Ⅱ.测定反应 的平衡常数K
常温下,取2个碘量瓶分别加入下表中的药品,振荡半小时,均有少量固体不溶。取一定体积的上层清液,加入淀粉作指示剂,用c1 molL-1 Na2S2O3溶液进行滴定(发生反应),测定和的总浓度,进而可以测得K。
(注:在本实验中,认为碘在水中和KI溶液中达到饱和时,它们的碘分子浓度c(I2)相等)
碘量瓶 (实验Ⅰ) | 碘量瓶 (实验Ⅱ) | |
药品 | 0.5 g研细的碘,100 mL c2 molL-1 KI | 0.5 g研细的碘,100 mL H2O |
I2和I3-的总浓度 | c3 molL-1 | c4 molL-1 |
(5)实验I中,c()=
(6)若所加的碘偏少,导致实验I中碘量瓶振荡半小时后无固体剩余(不饱和),而实验Ⅱ的碘量瓶中仍有固体不溶,则测得的K将
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解题方法
8 . 在体积为1 L的密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,一定条件下发生反应:,测得CO2和CH3OH的浓度随时间的变化如图所示。(1)从0 min到10 min,______ 。
(2)平衡时CO2的转化率为______ 。
(3)下列能说明上述反应达到平衡状态的是______(填字母)。
(4)平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数是______ 。
(5)该反应的平衡常数______ 。
(2)平衡时CO2的转化率为
(3)下列能说明上述反应达到平衡状态的是______(填字母)。
A.反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1 |
B.混合气体的密度不随时间的变化而变化 |
C.单位时间内消耗3 mol H2,同时生成1 mol H2O |
D.CO2的体积分数在混合气体中保持不变 |
(5)该反应的平衡常数
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解题方法
9 . I.甲醇()是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为、和)在催化剂的作用下合成甲醇,涉及的反应有:
①②
③与反应生成和
已知反应①中的相关的化学键键能数据如下:(为)
化学键 | |||||
436 | 343 | 1076 | 465 | 413 |
(1)
(2)反应③的热化学方程式为
Ⅱ.亚硝酰氯()是有机合成中的重要试剂,可通过反应:获得。
(3)在恒温恒容的密闭容器中,氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时,涉及如下反应:
①
②
③
则
下列事实不能说明上述体系中反应③已达平衡状态的是
a.容器内气体的颜色不再变化 b.容器中气体的密度不再变化 c.不再发生变化
(4)300℃时,的正反应速率表达式为,测得速率和浓度的关系如表所示:
序号 | ||
① | 0.30 | 0.36 |
② | 0.60 | 1.44 |
③ | 0.90 | 3.24 |
(5)对于反应③按投料比把和加入到压强恒为p的密闭容器中发生反应,平衡时的转化率与温度T的关系如图所示:①M点时容器内的体积分数为
②M点的分压平衡常数
(6)一定条件下,在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入和,平衡时的体积分数随的变化图像如图所示,则A、B、C三状态中,的转化率最大的是
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10 . 氨是合成硝酸、铵盐和氮肥的基本原料,在科学技术和生产中有重要的应用。请回答下列问题:
(1)以N2和H2为原料,合成氨气的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,下列措施可以提高v(正)的是___________ (填序号)。
a.选择适当的催化剂 b.增大压强 c.及时分离生成的NH3 d.降低温度
(2)在恒温条件下,将N2与H2按一定比例混合的气体充入一个体积可变的恒压密闭容器中,p = 5MPa,原气体体积为2L。5分钟后反应达到平衡时,n(N2)=1.0mol,n(H2)=3.0mol,n(NH3)=1.0mol,则反应速率v (N2)=___________ mol/min (用单位时间物质的量变量表示化学反应速率),平衡常数Kp =___________ 。(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
(3)在容积恒定的密闭容器中进行反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH>0,该反应的反应速率(v)随时间(t)变化的关系如图所示。若t2、t4时刻只改变一个条件,下列说法正确的是___________ (填序号)。a.在t1~t2时,可依据容器内气体的压强保持不变判断反应已达到平衡状态
b.在t2时,采取的措施一定是升高温度
c.在t3~t4时,可依据容器内气体的密度保持不变判断反应已达到平衡状态
d.在t0~t5时,容器内NO2的体积分数在t3时的值最大
(4)氨和联氨(N2H4)是氨的两种常见化合物,最常见的制备联氨的方法是以丙酮为催化剂,用次氯酸钠与氨气反应,该反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为2:1,写出该反应的化学方程式:___________ 。标况下,每消耗1.12L氨气,转移___________ mol电子。
(1)以N2和H2为原料,合成氨气的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,下列措施可以提高v(正)的是
a.选择适当的催化剂 b.增大压强 c.及时分离生成的NH3 d.降低温度
(2)在恒温条件下,将N2与H2按一定比例混合的气体充入一个体积可变的恒压密闭容器中,p = 5MPa,原气体体积为2L。5分钟后反应达到平衡时,n(N2)=1.0mol,n(H2)=3.0mol,n(NH3)=1.0mol,则反应速率v (N2)=
(3)在容积恒定的密闭容器中进行反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH>0,该反应的反应速率(v)随时间(t)变化的关系如图所示。若t2、t4时刻只改变一个条件,下列说法正确的是
b.在t2时,采取的措施一定是升高温度
c.在t3~t4时,可依据容器内气体的密度保持不变判断反应已达到平衡状态
d.在t0~t5时,容器内NO2的体积分数在t3时的值最大
(4)氨和联氨(N2H4)是氨的两种常见化合物,最常见的制备联氨的方法是以丙酮为催化剂,用次氯酸钠与氨气反应,该反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为2:1,写出该反应的化学方程式:
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