备战高考化学铁及其化合物推断题提高练习题压轴题训练及详细答案1.docx
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备战高考化学铁及其化合物推断题提高练习题压轴题训练及详细答案1
备战高考化学(铁及其化合物推断题提高练习题)压轴题训练及详细答案
(1)
一、铁及其化合物
1.已知C、D、G、I为短周期元素形成的单质,D、G、I常温下为气态,且G为黄绿色;形成D的元素原子的最外层电子数是次外层的3倍;B的焰色反应呈紫色(透过蓝色钴玻璃);K为红棕色粉末。
其转化关系如图。
请回答:
(1)工业上制C用A不用H的原因______________________。
(2)写出C与K反应的化学方程式_________________,该反应的反应物总能量___________(填“大于”或“小于”)生成物总能量。
(3)L是目前应用最广泛的金属,用碳棒作阳极,L作阴极,接通电源(短时间)电解E水溶液的化学方程式___________________。
(4)写出E物质的电子式___________________。
(5)J与H反应的离子方程式为________________________。
(6)写出G与熟石灰反应制取漂白粉的化学方程式_______________________。
【答案】氯化铝是共价化合物,熔融状态下不导电2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe大于2KCl+2H2O
2KOH+H2↑+Cl2↑
Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
【解析】
【分析】
【详解】
形成D的元素的原子最外层电子数是次外层的3倍,原子只能有2个电子层,最外层电子数为6,则D为O2;K为红棕色固体粉末,K为Fe2O3;由于电解A得到C与D,则C与K生成A的反应为铝热反应,故A为Al2O3,L为Fe,C为Al;黄绿色气体G为Cl2,与C反应得到H为AlCl3;B的焰色反应呈紫色(透过蓝色钴玻璃),B中含有K元素,B在催化剂、加热条件下反应生成氧气,则B为KClO3,E为KCl,电解KCl溶液生成KOH、H2和Cl2,过量的F与氯化铝反应得到J,则I为H2,F为KOH,J为KAlO2;
(1)H为AlCl3,氯化铝是共价化合物,熔融状态下不导电,故工业上制Al用氧化铝不用氯化铝,故答案为氯化铝是共价化合物,熔融状态下不导电;
(2)C与K反应的化学方程式为:
2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe,该反应为放热反应,故该反应的反应物总能量大于生成物总能量,故答案为2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe;大于;
(3)Fe是目前应用最广泛的金属,用碳棒作阳极,Fe作阴极,接通电源(短时间)电解KCl水溶液的化学方程式为:
2KCl+2H2O
2KOH+H2↑+Cl2↑,故答案为2KCl+2H2O
2KOH+H2↑+Cl2↑;
(4)E为KCl,KCl的电子式为
,故答案为
;
(5)J与H反应的离子方程式为:
Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓,故答案为Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓;
(6)G为Cl2,G与熟石灰反应制取漂白粉的化学方程式为2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O,故答案为2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O。
【点晴】
本题考查无机推断等,特殊颜色及D的原子结构、转化关系中特殊反应等是推断突破口,是对元素化合物知识及学生综合能力的考查,需对基础知识全面掌握。
推断题中常见的特征反应现象有:
(1)焰色反应:
Na(黄色)、K(紫色);
(2)使品红溶液褪色的气体:
SO2(加热后又恢复红色)、Cl2(加热后不恢复红色);(3)白色沉淀Fe(OH)2置于空气中最终转变为红褐色[Fe(OH)3](由白色→灰绿→红褐色);(4)在空气中变为红棕色:
NO;(5)气体燃烧火焰呈苍白色:
H2在Cl2中燃烧;在空气中点燃呈蓝色:
CO、H2、CH4;(6)使湿润的红色石蕊试纸变蓝:
NH3;(7)空气中出现白烟:
NH3与酸性气态物质(或挥发性酸如盐酸、硝酸)反应等。
2.下列框图中的字母分别代表一种常见的物质或其溶液,相互之间的转化关系如图所示(部分产物及反应条件已略去)。
已知A、B为气态单质,F是地壳中含量最多的金属元素的单质;E、H、I为氧化物,E为黑色固体,I为红棕色气体;M为红褐色沉淀。
请回答下列问题:
(1)A在B中燃烧的现象是__________________________________________。
(2)D+E→B的反应中,被氧化与被还原的物质的物质的量比是_________________________。
(3)G+J→M的离子方程式是____________________________________。
(4)Y受热分解的化学方程式是______________________________________。
(5)检验硫酸铁溶液中是否存在Fe2+的试剂是____________________。
【答案】放出大量的热,产生苍白色火焰2:
13AlO2-+Fe3++6H2O=3Al(OH)3↓+Fe(OH)3↓4Fe(NO3)3
2Fe2O3+12NO2↑+3O2↑酸性高锰酸钾溶液
【解析】
【分析】
F是地壳中含量最多的金属元素的单质,则F为Al,转化关系中X电解得到三种物质,为电解电解质与水型,A、B为气态单质,二者为氢气和氯气,二者反应生成D,D为HCl,E为黑色固体,为氧化物,和HCl反应又生成B气体,A为H2,B为Cl2,E为MnO2,电解X是电解氯化钠溶液,C为NaOH,与Al反应生成G,G为NaAlO2;M为红褐色沉淀为Fe(OH)3,所以J是含三价铁离子的物质,是H和D反应生成,证明J为FeCl3,H、I为氧化物判断H为Fe2O3,I为红棕色气体为NO2,结合转化关系可知,N为HNO3,Y为Fe(NO3)3,结合物质的性质来解答。
【详解】
(1)A为H2,B为Cl2,H2在Cl2中燃烧的现象是:
气体安静燃烧,放出大量的热,火焰呈苍白色,并有白雾产生;
(2)D+E→B的反应为MnO2+4HCl
MnCl2+Cl2↑+2H2O,MnO2中Mn元素化合价降低,被还原,HCl中Cl元素化合价升高,被氧化,4mol盐酸参与反应,发生氧化反应的盐酸为2mol,另外2mol盐酸显酸性,则n(被氧化的物质HCl):
n(被还原的物质MnO2)=2:
1;
(3)G(NaAlO2)+J(FeCl3)→M(Fe(OH)3)的反应是在水溶液中发生的双水解反应,反应离子方程式是:
3AlO2-+Fe3++6H2O=3Al(OH)3↓+Fe(OH)3↓;
(4)依据分析推断可知Y为Fe(NO3)3,受热分解生成二氧化氮和氧化铁,依据原子守恒配平书写的化学方程式是:
4Fe(NO3)3
2Fe2O3+12NO2↑+3O2↑;
(5)检验硫酸铁溶液中是否存在Fe2+的方法是取少量待测液于试管中,滴加几滴酸性高锰酸钾溶液,若溶液紫色褪去,证明原溶液中含有Fe2+,反之没有Fe2+。
3.钾、钠、镁、铁均能与水发生置换H2的反应。
(1)其中反应最剧烈的是____。
(2)其中铁与水的反应比较特殊。
其特殊性在于:
①_________;②产物为氧化物而非氢氧化物。
你对②和①的关联性作何解释?
__________
(3)证明②的氧化物含Fe3+必需的试剂是______。
【答案】钾反应需在高温条件下进行铁的氢氧化物在高温条件下会分解稀硫酸(或稀盐酸)、KCNS试液
【解析】
【分析】
(1)根据金属的活泼性分析判断;
(2)①根据铁与水的反应条件分析;②根据高温下铁的氢氧化物的稳定性分析解答;
(3)需要将Fe的氧化物转化为溶于水的离子,再检验。
【详解】
(1)金属的活泼性越强,与水反应越剧烈,活泼性:
K>Na>Mg>Fe,所以与水发生置换H2反应最剧烈的是钾,故答案为:
钾;
(2)①铁与水蒸气的反应,需要在高温条件下反应才能发生,故答案为:
反应需在高温条件下进行;
②铁的氢氧化物不稳定受热易分解,所以高温下铁的氢氧化物会分解生成四氧化三铁,因此产物为氧化物而非氢氧化物,故答案为:
铁的氢氧化物在高温条件下会分解;
(3)四氧化三铁难溶于水,需要用HCl(或稀硫酸)溶解生成Fe3+,Fe3+遇到KCNS试液,溶于变红色,故答案为:
稀硫酸(或稀盐酸)、KCNS试液。
4.铁是日常生活中最常见的金属,某班同学在学习铁的知识时,有下列问题:
问题1:
铁为何称为黑色金属?
问题2:
CuO在高温下可分解为Cu2O和O2,Fe2O3在高温下可分解为FeO和O2吗?
(1)对于问题1,同学们上网查找,有两种解释:
A.因为在铁表面上有黑色的铁的氧化物,所以叫黑色金属
B.因为铁的粉末为黑色,铁的氧化物也均为黑色,所以叫黑色金属
①你认为正确的说法是__________。
②若有一黑色粉末,如何鉴别是铁粉,还是Fe3O4?
______________________________________。
③若有一黑色粉末,为铁和四氧化三铁的混合物,如何证明其中有Fe3O4(只要求简述实验方法)?
____________________________________。
(2)对于问题2,同学们准备实验探究,他们设想了两种方法:
A.将三氧化二铁高温灼烧,看灼烧前后颜色是否变化。
B.将三氧化二铁高温灼烧,看灼烧前后质量是否变化。
①实验中应将Fe2O3放在__________(填仪器名称)中灼烧。
②方法A中,如果高温灼烧后颜色由__________变为__________,说明Fe2O3确实发生了变化。
能说明生成的一定为FeO吗?
__________,理由是________________________。
③方法B中,如果发生了预期的反应,固体高温灼烧前后质量比应为________,但是,实验结果固体灼烧前后质量比为30∶29,则高温灼烧后生成物是____________________。
④比较两种方法,你认为较好的方法是__________。
【答案】A取黑色粉末少许于试管中,加适量稀盐酸或稀硫酸,若有气泡产生则原黑色粉末为铁,若无气泡产生则原粉末为Fe3O4用干燥的氢气与黑色粉末加热反应,用无水硫酸铜检测是否有水产生(或用纯净的CO与黑色粉末加热反应,用澄清石灰水检测是否有CO2产生)坩埚红棕色黑色不能也可能为Fe3O4
Fe3O4B
【解析】
【分析】
(1)铁是在高温下炼制而成,高温下铁会和空气中的氧气反应生成四氧化三铁或氧化亚铁,颜色都是黑色氧化物,氧化铁是红色氧化物,常温下缓慢氧化或电化学腐蚀生成得到;氧化铁为红色,四氧化三铁为黑色,四氧化三铁为磁性氧化物,能吸引铁,黑色粉末为铁和四氧化三铁的混合物,定性证明其中含有Fe3O4的方法是利用四氧化三铁具有磁性或与酸反应是否生成气体分析设计;
③根据发生的反应及反应前后固体的质量来分析;
(2)①Fe2O3固体灼烧应在坩埚中进行;
②将三氧化二铁高温灼烧,Fe2O3确实发生了变化,依据氧化物颜色变化分析,氧化铁被还原生成产物可能为黑色氧化亚铁或四氧化三铁;
③依据分解生成氧化亚铁、四氧化三铁反应前后质量不同分析计算;
④B方案能通过定量计算分析判断生成物,A方案固体颜色变化不容易观察和判断。
【详解】
(1)①A.在高温下得到的铁的表面氧化物有黑色四氧化三铁或氧化亚铁,所以铁为黑色金属,A正确;
B.因铁的氧化物Fe2O3颜色为红棕色不是黑色,四氧化三铁为黑色,B错误;
故合理选项是A;
②由于四氧化三铁为磁性氧化物,能吸引铁,则利用一小块铁片靠近黑色粉末,粉末被吸在铁片上,证明有四氧化三铁,若不能吸引,则粉末为铁粉;或取黑色粉末少许于试管中,加适量稀盐酸或稀硫酸,有气泡产生的原黑色粉末为铁,若无气泡产生则原粉末为Fe3O4;
③若有一黑色粉末为铁和四氧化三铁的混合物,证明其中有Fe3O4,可以用干燥的氢气与黑色粉末加热反应,用无水硫酸铜检测有水产生;或用纯净的CO与与黑色粉末加热反应,用澄清石灰水检测有CO2产生即可;
(2)①Fe2O3固体灼烧应在坩埚中进行;
②将Fe2O3高温灼烧,固体颜色会有红棕色变为黑色,依据氧化物颜色变化分析,Fe2O3被还原生成产物可能为黑色FeO或Fe3O4,颜色都是从红棕色变化为黑色,因此不能说明生成的一定为FeO,也可能为Fe3O4;
③若发生反应:
2Fe2O3
4FeO+O2↑,灼烧前后的质量之比为10:
9;发生反应:
6Fe2O3
4Fe3O4+O2↑,灼烧前后的质量之比是30:
29。
现在该实验结果固体灼烧前后质量比为30∶29,因此髙温灼烧后生成的固体物质是四氧化三铁,即发生反应最后的分解产物是Fe3O4;
④B方案能通过定量计算分析判断生成物,A方案固体颜色变化不容易观察和判断,故比较好的方法是方法B。
【点睛】
本题考查了铁及其化合物性质分析判断,物质组成的实验验证,注意物质性质应用,掌握铁的各种化合物的颜色、状态、性质等是本题解答的基础。
5.铁的氧化物成分不一样,性质也不一样,H2还原Fe2O3,发现温度不同,产物也不同。
(1)往产物中滴加盐酸,观察到有气泡产生,生成气泡主要成分的电子式是________。
(2)再滴加KSCN溶液,可观察到________,所得溶液中一定含有的铁的化合价是________。
【答案】H∶H无明显变化+2
【解析】
【分析】
(1)产物中滴加盐酸,观察到有气泡产生,说明产生中含有Fe,所以气体成分为H2;
(2)再滴加KSCN溶液,没有出现血红色现象,产物中有过量的铁,铁能还原Fe3+,所得溶液中一定含有Fe2+。
【详解】
(1)产物中滴加盐酸,铁的氧化物首先与盐酸反应,生成相应的铁的氯化物和水,若生成Fe3+,则会被Fe还原为Fe2+。
观察到有气泡产生,说明最后发生的是Fe与盐酸的反应,所以气体成分为H2,电子式为
;答案为
;
(2)再滴加KSCN溶液,因为不含有Fe3+,所以没有明显现象产生;产物中有过量的铁,铁能还原Fe3+,所得溶液中一定含有Fe2+,铁的化合价是+2。
答案为:
无明显现象;+2。
【点睛】
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,FeO+2HCl=FeCl2+H2O,Fe3O4+8HCl=2FeCl3+FeCl2+4H2O,2FeCl3+Fe=3FeCl2,最后发生Fe+2HCl=FeCl2+H2↑。
所以,只要有气泡产生,说明在前面反应中,Fe有剩余,则溶液中不存在Fe3+。
6.溴主要以Br-形式存在于海水(呈弱碱性)中,利用空气吹出法从海水中提溴,工艺流程示意如下。
资料:
常温下溴呈液态,深红棕色,易挥发。
(1)酸化:
将海水酸化的主要目的是避免___(写离子反应方程式)。
(2)脱氯:
除去含溴蒸气中残留的Cl2
①具有脱氯作用的离子是____。
②溶液失去脱氯作用后,补加FeBr2或加入____,脱氯作用恢复。
(3)富集、制取Br2:
用Na2CO3溶液吸收溴,Br2歧化为BrO3-和Br-。
再用H2SO4酸化歧化后的溶液得到Br2,其离子反应方程式为____。
(4)探究(3)中所用H2SO4浓度对Br2生成的影响,实验如下:
序号
A
B
C
试剂组成
1mol/LNaBr
20%H2SO4
1mol/LNaBr
98%H2SO4
将B中反应后溶液用水稀释
实验现象
无明显现象
溶液呈棕红色,放热
溶液颜色变得很浅
①B中溶液呈棕红色说明产生了____。
②分析C中溶液颜色变浅的原因,甲同学认为是发生了化学反应所致;乙同学认为是用水稀释所致。
若认为甲同学的分析合理,请用具体的反应说明理由;若认为乙同学的分析合理,进一步设计实验方案说明。
理由或方案:
____。
③酸化歧化后的溶液宜选用的酸是____(填“稀硫酸”或“浓硫酸”)。
【答案】Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2OFe2+、Br-铁粉BrO3-+5Br-+6H+=3Br2+3H2OBr2理由:
SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4方案:
用CCl4萃取颜色很浅的溶液,观察溶液下层是否呈棕红色稀硫酸
【解析】
【分析】
【详解】
(1)海水中溴元素以Br-存在,从海水中提取溴单质,要用Cl2氧化溴离子得到,但海水呈碱性,若不酸化,就会发生反应:
Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O,影响溴的提取;
(2)①将溴蒸气的残留的Cl2脱去,可利用氯气有强的氧化性,要加入能与Cl2反应,但不能与Br2反应的物质,如Fe2+、Br-;
②溶液失去脱氯作用后,补加FeBr2或加入还原铁粉,物质具有还原性,脱氯作用就恢复;
(3)用Na2CO3溶液吸收溴,Br2歧化为BrO3-和Br-。
再用H2SO4酸化,BrO3-和Br-及H+发生归中反应得到Br2,其离子反应方程式为BrO3-+5Br-+6H+=3Br2+3H2O;
(4)①B中溶液呈棕红色是由于Br2是红棕色物质,产生了Br2;
②若甲同学说法正确,则会发生反应:
SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4,消耗了溴单质;若乙同学说法正确,则要把颜色很浅的溶液用CCl4萃取,利用CCl4密度比水大,溴单质容易溶于CCl4,观察下层液体颜色否呈棕红色即可;
③歧化后的溶液若用稀硫酸酸化无明显现象,若用浓硫酸酸化,溶液变为红棕色,反应放出热量,会导致溴单质挥发,所以酸化要用稀硫酸。
7.NH4HCO3的分解温度是35℃。
以氯化钾和制取二氧化钛的副产品硫酸亚铁为原料生产铁红颜料和过二硫酸铵等,原料的综合利用率较高。
其主要流程如下:
(1)气体x是_________,反应I需控制反应温度低于35℃,其目的是_______。
(2)反应I的离子方程式为___________,FeCO3灼烧的反应方程式为__________。
(3)各物质的溶解度曲线如图,晶体z是____,简述反应III发生的原因________,工业生产上常在反应III的过程中加入一定量的乙醇,其目的是_____________。
(4)反应IV常用于生产(NH4)2S2O8(过二硫酸铵)。
电解时均用惰性电极,气体y是__________,阳极发生的电极反应可表示为_______________。
【答案】CO2或二氧化碳防止NH4HCO3分解(或减少Fe2+的水解)Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑4FeCO3+O2
2Fe2O3+4CO2K2SO4在相同温度下,K2SO4最先达到饱和或K2SO4溶解度最小或K2SO4溶解度比KCl、(NH4)2SO4小或离子反应向生成溶解度更小的K2SO4的方向进行,故先析出降低K2SO4的溶解度H22SO42--2e-=S2O82-或2HSO4--2e-=2H++S2O82-
【解析】
【分析】
反应I是FeSO4与NH4HCO3反应生成FeCO3、H2O和CO2,过滤得到沉淀碳酸亚铁,碳酸亚铁在氧气中灼烧生成氧化铁和二氧化碳,滤液为硫酸铵和NH4HCO3,向滤液中加入稀硫酸反应生成硫酸铵,硫酸铵加入KCl发生复分解反应生成硫酸钾和氯化铵,电解硫酸铵得到过二硫酸铵。
【详解】
⑴根据分析得到气体x是CO2,根据题中信息NH4HCO3的分解温度是35℃,因此反应I需控制反应温度低于35℃,其目的是防止NH4HCO3分解(或减少Fe2+的水解);故答案为:
CO2或二氧化碳;防止NH4HCO3分解(或减少Fe2+的水解)。
⑵反应I是Fe2+与HCO3-反应生成FeCO3、H2O和CO2,其离子方程式为Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑,FeCO3灼烧与氧气反应生成氧化铁和二氧化碳,其反应方程式为FeCO3+O2
2Fe2O3+4CO2;故答案为:
Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑;FeCO3+O2
2Fe2O3+4CO2。
⑶各物质的溶解度曲线如图,在相同温度下,K2SO4溶解度最小,离子反应向生成溶解度更小的K2SO4的方向进行,因此先析出晶体z是K2SO4,工业生产上常在反应III的过程中加入一定量的乙醇,其目的是降低K2SO4的溶解度;故答案为:
K2SO4;在相同温度下,K2SO4最先达到饱和或K2SO4溶解度最小或K2SO4溶解度比KCl、(NH4)2SO4小或离子反应向生成溶解度更小的K2SO4的方向进行,故先析出;降低K2SO4的溶解度。
⑷反应IV常用于生产(NH4)2S2O8(过二硫酸铵),反应IV是电解硫酸根或硫酸氢根生成(NH4)2S2O8,化合价升高,发生氧化反应,在阳极反应,因此阴极是氢离子得到电子生成氢气,故气体y是H2,阳极发生的电极反应可表示为2SO42−−2e-=S2O82−或2HSO4-−2e-=2H++S2O82−;故答案为:
H2;2SO42−−2e-=S2O82−或2HSO4-−2e-=2H++S2O82−。
8.以赤铁矿(主要成分为60.0%Fe2O3,杂质为3.6%FeO,Al2O3,MnO2,CuO等)为原料制备高活性铁单质的主要生产流程如图所示:
已知部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如表所示:
沉淀物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
pH
3.4
5.2
9.7
6.7
请回答下列问题:
(1)含杂质的赤铁矿使用前要将其粉碎,目的是___。
操作Ⅰ的名称是___。
(2)将操作Ⅰ后所得的MnO2与KClO3、KOH溶液混合共热,可得到K2MnO4,此反应的化学方程式是____。
(3)将pH控制在3.6的目的是___。
已知25℃时,Ksp[Cu(OH)2]=2×10-20,该温度下反应Cu2++2H2O
Cu(OH)2+2H+的平衡常数K=___。
(4)加入双氧水时反应的离子方程式为___。
(5)利用氨气在500℃以上分解得到的氮原子渗透到铁粉中可制备氮化铁(FexNy),若消耗氨气17.0g,消耗赤铁矿石1kg,写出该反应完整的化学方程式:
___。
【答案】增大固液接触面积,加快浸出反应速率,提高浸出率过滤3MnO2+6KOH+KClO3
3K2MnO4+KCl+3H2O使Fe3+全部沉淀下来而其他金属离子不形成沉淀5.0×10-9H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O16Fe+2NH3
2Fe8N+3H2
【解析】
【分析】
赤铁矿(主要成分为60.0%Fe2O3,杂质有3.6%FeO,Al2O3,MnO2,CuO等)加硫酸溶解,金属氧化物转化为金属阳离子,二氧化硅不溶,再加双氧水把亚铁离子还原为铁离子,调节PH=3.6生成氢氧化铁沉淀,过滤,灼烧氢氧化铁生成氧化铁,再用氢气还原得铁单质,以此解答该题。
【详解】
(1)含杂质的赤铁矿使用前要将其粉碎,可以增大固液接触面积,加快浸出反应速率,提高浸出率,通过操作Ⅰ将不溶的二氧化锰过滤掉;
(2)MnO2与KClO3、KOH溶液混合共热,可得到K2MnO4,锰元素化合价升高,则氯元素化合价降低,产物有氯化钾,化学方程式为:
3MnO2+KClO3+6KOH
3K2MnO4+KCl+3H2O;
(3)根据表中数据可知,为保证铁离子全部沉淀的PH大于3.4,但为了不使其他金属离子沉淀,PH不能太大;Ksp[Cu(OH)2]=c(Cu2+)×c2(OH-)
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