备战高考化学铝及其化合物推断题的综合复习含详细答案.docx
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备战高考化学铝及其化合物推断题的综合复习含详细答案
备战高考化学铝及其化合物推断题的综合复习含详细答案
一、铝及其化合物
1.将铁、铝的混合物进行如下实验:
(1)操作X的名称是________。
(2)气体A是________(填化学式)。
(3)A与Cl2混合光照可能发生爆炸,A在该反应中作________(填“氧化剂”或“还原剂”)。
(4)溶液B中的阴离子除OH-外还有________(填离子符号,下同),溶液D中存在的金属离子为________。
(5)加入足量NaOH溶液时发生反应的离子方程式为___________;加入稀盐酸发生反应的离子方程式为_________。
(6)向溶液D中加入NaOH溶液,观察到产生的白色絮状沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,请写出沉淀转化的化学方程式:
___________。
【答案】过滤H2还原剂AlO2-Fe2+2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑Fe+2H+=Fe2++H2↑4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
【解析】
【分析】
金属混合物中Fe与NaOH溶液不反应,而Al可以与NaOH溶液反应产生NaAlO2、H2,NaAlO2易溶于水,所以气体A是H2,溶液B是NaAlO2与NaOH的混合溶液,固体C是Fe,Fe是比较活泼的金属,与HCl发生置换反应产生FeCl2和氢气,因此溶液D为FeCl2,据此分析解答。
【详解】
(1)操作X的名称是分离难溶性的固体与可溶性液体混合物的方法,名称是过滤,故答案为:
过滤;
(2)根据上述分析可知,金属混合物中Fe与NaOH溶液不反应,而Al可以与NaOH溶液反应产生NaAlO2、H2,NaAlO2易溶于水,所以气体A是H2,故答案为:
H2;
(3)A是H2,H2和Cl2的混合气体光照会发生爆炸,反应生成HCl,在该反应中,氢元素的化合价升高,失去电子,被氧化,所以H2作还原剂,故答案为:
还原剂;
(4)溶液B是反应产生的NaAlO2与过量的NaOH的混合溶液,所以溶液B中阴离子除OH-外还有AlO2-,铁可以和盐酸反应生成FeCl2和H2,溶液D中含有的金属离子为Fe2+,故答案为:
AlO2-;Fe2+;
(5)加入足量NaOH溶液时,Al与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氢气,反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑,加入稀盐酸,Fe与稀盐酸反应生成氢气和氯化亚铁,发生反应的离子方程式为Fe+2H+=Fe2++H2↑,故答案为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;Fe+2H+=Fe2++H2↑;
(6)溶液D为FeCl2,向溶液D加入NaOH溶液,观察到产生的白色絮状沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,其中沉淀转化的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,故答案为4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。
【点睛】
本题考查金属铁以及金属铝的化学性质。
注意知识的积累是解题的关键,HCl的氧化性比较弱,只能把Fe氧化为Fe2+,Cl2、H2O2具有强氧化性,可以把Fe氧化为Fe3+;Al既可以与酸反应产生氢气,也可以与强碱溶液反应反应氢气,等物质的量的铝与足量的酸、碱反应产生氢气的物质的量相等。
2.现有金属单质A、B、C和气体甲、乙、丙及物质D、E、F、G、H,它们之间能发生如下反应(图中有些反应的产物和反应的条件没有全部标出)。
请根据以上信息回答下列问题:
(1)写出下列物质的化学式:
A_____________、B___________、C______________、F_____________、H____________、乙______________
(2)写出下列反应化学方程式:
反应①_________________________________________________
反应⑤_________________________________________________
反应⑥_________________________________________________
【答案】NaAlFeFeCl2Fe(OH)3Cl22Na+2H2O=2NaOH+H2↑2FeCl2+Cl2=2FeCl3FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl
【解析】
【分析】
【详解】
金属单质A的焰色为黄色,则A为Na;反应①为Na与水反应生成NaOH和H2,则物质D为NaOH,气体为H2;金属B与NaOH反应生成H2,则金属B为Al;黄绿色气体为Cl2,反应②为H2与Cl2化合成HCl,则气体丙为HCl,物质E为盐酸;金属C与盐酸反应生成F,F与Cl2反应生成物质G,G与NaOH反应得红棕色沉淀,则金属C为Fe,F为FeCl2,G为FeCl3;
(1)A、B、C、F、H、乙的化学式依次为Na、Al、Fe、FeCl2、Fe(OH)3、Cl2。
(2)反应①的化学方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑;
反应⑤的化学方程式为Cl2+2FeCl2=2FeCl3;
反应⑥的化学方程式为FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl。
3.有一透明溶液,可能含有较大量的Mg2+、Fe3+、Al3+、Cu2+、Na+、H+、SO42-、CO32-中的一种或几种,取此溶液做下列实验:
①取少量溶液加入用盐酸酸化的BaCl2溶液,有白色沉淀生成;
②取少量溶液加入过氧化钠粉末,溶液中有白色沉淀产生并逸出无色无味的气体,加入Na2O2的物质的量与析出沉淀的物质的量如图所示。
试推断并完成作答:
(1)溶液中一定含有的离子是___________;
(2)溶液中肯定不含有的离子是_________;
(3)检验可能含有的离子的方法是____________。
(4)图示中a点沉淀的成分是______________。
【答案】Mg2+、Al3+、SO42-CO32-、H+、Cu2+、Fe3+焰色反应检验Al(OH)3和Mg(OH)2
【解析】
【分析】
取少量溶液加入用盐酸酸化的BaCl2溶液,有白色沉淀生成,则溶液中一定含有SO42-,取少量溶液加入过氧化钠粉末,溶液中有白色沉淀产生并逸出无色无味的气体,从图上看一开始就产生了沉淀,故溶液中无H+,Fe3+,Cu2+,因为沉淀质量随着过氧化钠的增加有溶解,说明溶液中同时含有Mg2+和Al3+,那么溶液中一定没有CO32-,Na+无法确认,综上所述,一定还有的离子为:
Mg2+、Al3+、SO42-,一定不含的离子为:
CO32-、H+、Cu2+、Fe3+,可能含有Na+,据此解答。
【详解】
(1)由分析可知,溶液中一定含有的离子是Mg2+、Al3+、SO42-,故答案为:
Mg2+、Al3+、SO42-;
(2)溶液中肯定不含有的离子是CO32-、H+、Cu2+、Fe3+,故答案为:
CO32-、H+、Cu2+、Fe3+;
(3)可能含有的为Na+,可用焰色反应来检验,故答案为:
焰色反应检验;
(4)图示中a点沉淀达到最大值,是Mg2+、Al3+恰好完全转换为沉淀的点,所以a点沉淀的成分为:
Al(OH)3和Mg(OH)2,故答案为:
Al(OH)3和Mg(OH)2。
【点睛】
CO32-的判断:
既然溶液中一定含Mg2+、Al3+,那么一定不含CO32-。
4.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的化学式为__。
(2)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__。
(3)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___。
(4)若A的焰色反应呈黄色,D为二氧化碳,则反应②的离子方程式是___。
【答案】FeCl3Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O2H2S+SO2═3S+2H2OCO32-+CO2+H2O═2HCO3-
【解析】
【分析】
(1)D是生产、生活中用量最大、用途最广的金属单质,则D是铁,A可用于自来水消毒,A为Cl2;
(2)若D是氯碱工业的主要产品之一,B有两性,D为NaOH、B为Al(OH)3;
(3)C是形成酸雨的主要气体,则A为H2S、D为O2、B为S、C为SO2;
(4)若A的焰色反应呈黄色,说明A中含有Na元素,且A、B、C均含有同一种元素据此分析。
【详解】
(1)D是生产、生活中用量最大、用途最广的金属单质,则D是铁,A可用于自来水消毒,由转化关系可知,A为Cl2、B为FeCl3、C为FeCl2;
(2)若D是氯碱工业的主要产品之一,B有两性,由转化关系可知,A为铝盐、D为NaOH、B为Al(OH)3、C为NaAlO2,反应②为氢氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,反应的离子方程式是:
Al(OH)3+OH−=AlO2−+2H2O;
(3)若A、C、D都是常见气体,C是形成酸雨的主要气体,则A为H2S、D为O2、B为S、C为SO2,反应③为硫化氢与二氧化硫反应生成硫和水,反应的化学方程式为:
2H2S+SO2═3S+2H2O;
(4)若A的焰色反应呈黄色,D为二氧化碳,由转化关系可知,A为NaOH、B为Na2CO3、C为NaHCO3,反应②为碳酸钠溶液与二氧化碳反应生成碳酸氢钠,反应的的离子方程式是:
CO32−+CO2+H2O═2HCO3−。
5.A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素,原子序数依次增大,A、B、F三者原子序数之和为25,且知B、F同主族,1.8gE与足量的盐酸反应生成ECl3和2.24L氢气(标准状况下),D+和E的离子具有相同的电子层结构,工业上用电解元素B和E能形成离子化合物的方法冶炼E单质,试判断:
(1)六种元素中非金属性最强的是___(填代号),该元素位于周期表中第___周期第___族;由A、B、D三种元素形成化合物的电子式_________
(2)下列能够说明B、F非金属性强弱的方法有_________
a.最高价氧化物对应水化物酸性b.气态氢化物的热稳定性
c.气态氢化物的沸点B比F高d.向F的气态氢化物溶液中通入B单质,有浑浊
(3)写出下列反应的化学方程式
①E与足量的盐酸反应的化学方程式________________________________
②工业上用电解法冶炼E单质_______________________________
(4)写出足量D的高价氧化物对应水化物与ECl3相互反应的离子方程式____
【答案】C二ⅦA
bd2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
【解析】
【分析】
A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素,原子序数依次增大,1.8gE与足量盐酸反应生成ECl3和2.24L氢气(标况),故E为+3价元素,设E的相对原子质量为M,则
,解M=27,故E为ⅢA族元素,依据计算得知E为铝,工业上用电解氧化铝方法冶炼铝单质,所以B为氧元素,B、F同主族,则F是硫,A、B、F三者原子序数之和为25,则A是氢,且D+离子和Al离子具有相同的电子结构,故D能形成+1价阳离子,故D为钠,C的原子序数大于氧小于钠,且为主族元素,故C为氟,据此答题。
【详解】
(1)根据元素周期律,同周期元素从前向后,非金属性逐渐增强,同主族元素从上向下,非金属性逐渐减弱,所以六种元素中非金属性最强的是C,C为氟,位于周期表中第二周期第ⅤⅡA族,由A、B、D三种元素形成化合物为氢氧化钠,它的电子式是
,故答案为:
C;二;ⅤⅡA;
;
(2)a.氧元素没有最高价氧化物对应水化物,故a错误;
b.根据元素周期律,气态氢化物的热稳定性越稳定,元素的非金属性越强,故b正确;
c.气态氢化物的沸点与分子间作用力有关,与元素的非金属性无关,故c错误;
d.向硫的气态氢化物溶液中通入氧气,有浑浊,说明氧气的氧化性强于硫,即氧的非金属性强于硫,故d正确,
故答案为:
bd;
(3)①Al与足量的盐酸反应的化学方程式为2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑;
②工业上用电解法冶炼Al单质的化学方程式为2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑;
(4)氢氧化钠与AlCl3相互反应的离子方程式为
。
6.某Al2O3样品中含有一定量的Cu、Fe、Fe2O3杂质。
现通过下列生产过程,从该样品中提纯Al2O3,并回收铁红。
流程如下:
(1)操作①是_________,在实验室进行该操作需要的玻璃仪器有_________。
(2)白色固体②是_________,样品和试剂①反应的化学方程式是_________。
(3)固体①加入适量稀盐酸,可能发生的反应有:
_______(用化学方程式表达)。
(4)溶液③中铁元素的存在形式是_________,如何用实验证明:
____。
(5)溶液③中通入某气体,该气体可以是_________(任写一种的化学式),红褐色固体制得铁红的化学方程式是_________。
【答案】过滤烧杯、漏斗、玻璃棒Al(OH)3Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O、2FeCl3+Fe=3FeCl2、Fe+2HCl=FeCl2+H2↑Fe2+取少量溶液于试管中,滴入KSCN溶液无变化,滴加氯水后变血红色O2或者Cl22Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
【解析】
【分析】
Al2O3样品中含有一定量的Cu、Fe、Fe2O3杂质,根据题中流程图可知,样品与试剂①反应得溶液①再通入CO2得白色沉淀②,该白色固体加热分解产生Al2O3,可推知试剂①为NaOH,得到的固体①为Cu、Fe、Fe2O3,溶液①为NaAlO2、NaOH混合溶液,通入过量CO2后得溶液②为NaHCO3溶液,白色固体②为Al(OH)3,Al(OH)3受热分解得Al2O3,固体①中加入盐酸得到固体粉末中铁有剩余,由于Fe会发生反应2Fe3++Fe=3Fe2+,则溶液③中主要含有Fe2+,经过操作①得红褐色固体应为Fe(OH)3,所以通入的气体应为氧化剂,可以是O2或Cl2,氢氧化铁受热分解得Fe2O3。
【详解】
(1)操作①是分离难溶性固体与可溶性液体混合物的方法,名称为过滤;在实验室进行过滤操作需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒;
(2)白色固体②受热分解产生Al2O3,则②是Al(OH)3,样品中含有Al2O3和试剂NaOH溶液反应产生NaAlO2和H2O,反应的化学方程式是Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O;
(3)固体①中含有Al2O3、Cu、Fe、Fe2O3,加入适量稀盐酸,由于反应后的固体粉末中含有Fe单质,则可能发生的反应有Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O、2FeCl3+Fe=3FeCl2、Fe+2HCl=FeCl2+H2↑;
(4)由于固体①中样品与适量盐酸反应后的固体粉末中含有Fe,结合Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O、2Fe3++Fe=3Fe2+可知溶液③中铁元素的存在形式是Fe2+,证明方法是:
取少量该溶液于试管中,滴入KSCN溶液无变化,滴加氯水后溶液变血红色;
(5)溶液③中含有Fe2+,向溶液③通入某气体后再加入足量NaOH溶液,产生红褐色的Fe(OH)3沉淀,该气体具有强的氧化性,气体可以是O2或者Cl2,红褐色固体Fe(OH)3不稳定,受热分解产生铁红Fe2O3,该反应的化学方程式是2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O。
【点睛】
本题以从Al2O3样品中提取氧化铝的工艺流程为线索,考查了氧化还原反应、化学试剂的使用、混合物的分离,正确理解制备流程及反应原理为解答关键,注意掌握铝及其化合物性质和转化关系,试题侧重考查学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力。
7.铝生产加工过程中产生大量的铝灰,直接掩埋造成铝资源浪费,还会带来严重的污染。
某铝厂的铝灰经分析所含主要物质如下:
Al、Al2O3、AlN、SiO2、Fe2O3,其他杂质均不溶于稀硫酸。
如图是酸浸法用该铝灰生产高纯氧化铝的生产流程:
已知:
i.Fe3++K++[Fe(CN)6]4-=K[Fe(CN)6Fe]↓
ii.AlN常温下与水缓慢反应,酸性或碱性条件下反应较快
iii.NH4AlO(OH)HCO3难溶于碱性溶液和乙醇
请回答:
(1)实验室模拟工业生产①酸浸步骤的装置如图,该装置的不合理之处为____。
(2)步骤③加入H2O2溶液的目的是________________。
(3)步骤④调节pH最合适的试剂是________________。
A.NaOHB.H2SO4C.NH3·H2OD.Ca(OH)2
(4)步骤⑤吸滤瓶内液体高度快达到支管口位置时应拔掉瓶上橡皮管,_______,洗涤沉淀操作为_______________。
(5)写出煅烧碳酸铝铵中间体得到高纯氧化铝的化学方程式______________。
(6)已知Al3+对光的吸收与其浓度成线性关系,色度计传感器可以测量某种波长的光穿过溶液的透射率确定溶液浓度。
如图是红色光照下透光率(T)对应c(Al3+)的标准曲线。
为测定铝灰中铝元素的回收率,准确称取0.5000g铝灰(折合铝元素含量60.00%)进行制备高纯氧化铝的实验,将所制得的粉末与固体NaOH反应后加水溶解、过滤,滤液定容到250mL容量瓶中。
用移液管移取25.00mL到锥形瓶中,加2滴指示剂,滴加稀盐酸至溶液体积变为50.00mL,NaAlO2恰好反应生成AlCl3。
取该溶液于比色皿中进行色度检测,测得溶液透光率为97.5,则铝元素的回收率=_________。
【答案】尾气无法用稀硫酸完全吸收或可燃性气体未处理将Fe2+氧化为Fe3+,便于形成沉淀除去C从吸滤瓶上口倒出滤液往过滤器中加水至没过沉淀,待水滤出后,重复操作2~3次,直至滤液检验不出SO42-,再用少量乙醇淋洗2NH4AlO(OH)HCO3
Al2O3+2NH3↑+3H2O+2CO2↑90.0%
【解析】
【分析】
(1)根据反应原理,观察反应装置和尾气处理装置,找出不合理之处;
(2)流程中步骤③是为了把铁离子转变为沉淀除去,那么加入H2O2溶液的目的也是与之关联的,分析铁元素的存在形态就可确定双氧水的作用;
(3)步骤④调节pH最合适的试剂是谁?
从反应的角度、不引入杂质离子的角度分析选择;
(4)步骤⑤的操作要抓住其要点简答;
(5)煅烧碳酸铝铵中间体得到的产物,除了高纯氧化铝外,其余产物可以结合酸式碳酸盐分解规律、不溶性碱分解规律、铵盐非氧化还原分解规律获得并据此写化学方程式;
(6)获得相关数据及题目提供的信息,可计算铝元素的回收率;
【详解】
(1)铝灰经分析所含主要物质如下:
Al、Al2O3、AlN、SiO2、Fe2O3,在搅拌下,铝灰和从分液漏斗加入的硫酸反应,产生的气体有氨气、氢气等,可见装置中尾气无法用稀硫酸完全吸收或可燃性气体氢气未处理;
答案为:
尾气无法用稀硫酸完全吸收或可燃性气体未处理;
(2)流程中步骤③是为了把杂质中铁元素转变为沉淀除去,有大量铝情况下,溶液中有铁离子存在、也有亚铁离子,则加入绿色氧化剂H2O2溶液的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,便于形成沉淀除去;
答案为:
将Fe2+氧化为Fe3+,便于形成沉淀除去;
(3)步骤④要制备NH4AlO(OH)HCO3,信息iii显示——NH4AlO(OH)HCO3难溶于碱性溶液,故要把酸性溶液调节成弱碱性,则可用碱性物质调节pH,为了避免引入新杂质最合适的试剂是氨水,则选C;
答案为:
C;
(4)步骤⑤是用抽滤法分离出碳酸铝铵中间体,吸滤瓶内液体高度快达到支管口位置时应拔掉瓶上橡皮管,从吸滤瓶上口倒出滤液;而洗涤沉淀的操作则为:
往过滤器中加水至没过沉淀,待水滤出后,重复操作2~3次,直至滤液检验不出SO42-,再用少量乙醇淋洗,便于快速得到纯净干燥的固体(因为信息iii,NH4AlO(OH)HCO3难溶于碱性溶液和乙醇);
答案为:
从吸滤瓶上口倒出滤液;往过滤器中加水至没过沉淀,待水滤出后,重复操作2~3次,直至滤液检验不出SO42-,再用少量乙醇淋洗;
(5)煅烧碳酸铝铵中间体得到的产物,除了高纯氧化铝外,其余产物分别为氨气、二氧化碳和水,则化学方程式为2NH4AlO(OH)HCO3
Al2O3+2NH3↑+3H2O+2CO2↑;
答案为:
2NH4AlO(OH)HCO3
Al2O3+2NH3↑+3H2O+2CO2↑;
(6)由图知,透光率为97.5时,溶液中铝离子的浓度为0.02mol/L,则结合其它相关数据,铝元素的回收率=
;
答案为:
90.0%。
8.磷酸铝(AlPO4)是一种用途广泛的材料,在建筑、耐火材料、化工等方面具有广泛的应用前景。
以磷硅渣(主要成分为Ca3(PO4)2、Al2O3、SiO2和V2O5等)为原料制备磷酸铝的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)酸浸液中含磷元素的主要粒子是_____(填化学式,下同),浸渣中的主要化学成分是_____。
(2)生石灰除了调节pH外,另一作用是_____。
(3)滤液中钒元素以V3O93-形式存在,V3O93-易水解为[VO3(OH)]2-,该水解反应的离子方程式为_____。
(4)碱浸时,粗磷酸铝转化为可溶性溶质,则可溶性溶质分别是_____(填化学式)。
(5)实验测得pH、反应温度与时间对碱浸时固相中P、Al含量的影响如图所示:
则最优反应条件是_____。
(6)固相反应制备磷酸铝的方法之一是在900℃的焙烧炉内加热磷酸二氢铵与氧化铝混合物,写出该反应的化学方程式:
_____。
【答案】H3PO4SiO2、CaSO4除去过量的SO42-V3O93-+3H2O⇌3[VO3(OH)]2-+3H+Na[Al(OH)4]、Na3PO4pH=12、温度为80℃、时间为1hAl2O3+2NH4H2PO4
2AlPO4+2NH3↑+3H2O
【解析】
【分析】
磷硅渣的主要成分为Ca3(PO4)2、Al2O3、SiO2和V2O5等,加浓硫酸分离出滤渣为SiO2、CaSO4,酸浸液中加CaO可调节pH且除去过量硫酸根离子,滤渣1为CaSO4,滤液中钒元素以V3O93-形式存在,加NaOH分离出Na2[VO3(OH)],再加NaOH时粗磷酸铝溶解生成可溶性溶质为NaAlO2、Na3PO4,由图可知,pH=12、温度为80℃、时间为1h时碱浸时固相中P、Al含量w%小,为最优反应条件,然后过滤分离出AlPO4;
(1)SiO2为酸性氧化物,不与硫酸反应;CaSO4微溶于水,据此回答;
(2)加浓硫酸引人过量的硫酸根离子,CaSO4微溶于水,据此回答;
(3)滤液中钒元素以V3O93-形式存在,V3O93-易水解为[VO3(OH)]2−;
(4)加NaOH时粗磷酸铝溶解生成可溶性溶质为NaAlO2、Na3PO4;
(5)在pH、反应温度与时间对碱浸时固相中P、Al含量的影响如图中,寻找碱浸时固相中P、Al含量w%小时就为最优反应条件;
(6)加热磷酸二氢铵与氧化铝混合物生成AlPO4、NH3和H2O。
【详解】
(1)酸浸中磷元素主要转化为H3PO4,该反应的化学方程式为Ca3(PO4)2+3H2SO4=3CaSO4+2H3PO4,磷
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