内容正文:
第3节 化学中常用的物理量——物质的量
第1课时 物质的量 摩尔质量
[课程标准] 1.了解物质的量及其单位、摩尔质量、阿伏加德罗常数的含义与应用。 2.能从物质的量的角度认识物质的组成及变化,建立物质的量、物质的质量和微观粒子数之间的相互关系并用于进行简单的化学计算。 3.体会定量研究对化学科学的重要作用。
知识点一 物质的量及其单位——摩尔
1.物质的量
(1)含义:物质的量是一种物理量,它可以把物质的宏观量(如质量、体积)与微观粒子(如原子、分子或离子)的数量联系起来。
(2)符号:n。
(3)单位:摩尔(mol)。
2.物质的量的单位——摩尔
3.阿伏加德罗常数
(1)已知1个12C的实际质量为1.993 3×10-23 g,则0.012 kg 12C所含碳原子数约为6.02×1023,碳原子的物质的量为1_mol。
(2)阿伏加德罗常数的基准量为0.012 kg 12C所含的碳原子数,近似值为6.02×1023。
(3)阿伏加德罗常数是1摩尔任何微粒所含的微粒数,符号是NA,单位是mol-1。
(4)物质的量、阿伏加德罗常数与微粒数之间的关系:
n=。
【微自测】 判断正误
1.物质的量是衡量物质数量的基本物理量。( )
2.摩尔是用来描述微观粒子的物理量。( )
3.1 mol氧中含有6.02×1023个氧原子。( )
4.1 mol任何粒子所含有的粒子数相等。( )
5.1 mol水中含有2 mol氢和1 mol氧。( )
6.阿伏加德罗常数就是6.02×1023。( )
答案:1.× 2.× 3.× 4.√ 5.× 6.×
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1.能否说阿伏加德罗常数就是6.02×1023 mol-1?
提示:不能;因为阿伏加德罗常数是一个物理量,它的数值不是一个准确的数值,近似用6.02×1023 mol-1表示。
2.“1 mol小米”“1 mol氯”的说法正确吗?
提示:不正确;物质的量只适用于微观粒子,不适用于宏观物质;“1 mol氯”指代的微粒不明确。
3.1 mol H、1 mol H+、1 mol H2所表示的含义是否相同?
提示:不相同;虽然都是1 mol微粒,但微粒种类不同,它们分别表示1 mol氢原子,1 mol 氢离子和1 mol氢分子。
归纳总结
1.(2022·长沙月考)下列关于物质的量的说法错误的是( )
A.单位是摩尔 B.研究对象是微观粒子
C.就是物质的质量 D.符号n
C [A.物质的量的单位是摩尔,故A正确;B.物质的量是描述微观粒子集合体的一个基本物理量,故B正确;C.物质的量和物质的质量是两个不同的基本物理量,故C错误;D.物质的量的单位为摩尔,符号为n,故D正确;故选C。]
2.下列关于物质的量的叙述中,正确的是( )
A.相同物质的量的物质含有相同数目的原子
B.0.012 kg 12C中含有约6.02×1023个碳原子
C.1 mol水中含有2 mol氢和1 mol氧
D.1 mol Ne含有6.02×1023个电子
B [构成物质的原子数目不一定相同,故A不符合题意;12C是由原子构成的,阿伏加德罗常数是0.012 kg 12C中含有的原子数,约为6.02×1023个碳原子,故B符合题意;“2 mol氢和1 mol氧”没有指明粒子的种类,故C不符合题意;氖原子核外有10个电子,则1 mol Ne含有10×6.02×1023=6.02×1024个电子,故D不符合题意;故选B。]
3.下列关于阿伏加德罗常数的说法错误的是( )
A.1 mol水中约含有6.02×1023个水分子
B.6.02×1023就是阿伏加德罗常数
C.含有阿伏加德罗常数个粒子的物质的量是1 mol
D.1 mol 氨所含的原子数约为2.408×1024
知识点二 摩尔质量
1.概念:单位物质的量的物质所具有的质量。
2.符号:M。
3.单位:g·mol-1或kg·mol-1。
4.数值:质量以克为单位时,摩尔质量在数值上等于该微粒的相对原子质量(或相对分子质量)。
5.与物质的量的关系:n=m/M。
【微自测】 判断正误
1.两种不同粒子的摩尔质量一定不同。( )
2.摩尔质量实际上就是相对原子质量。( )
3.2 mol水的摩尔质量是1 mol水的摩尔质量的2倍。( )
4.物质的量就是1 mol物质的质量。( )
5.1 mol OH-的质量为17 g·mol-1。( )
6.2NA个CO2的摩尔质量为44 g·mol-1。( )
答案:1.× 2.× 3.× 4.× 5.× 6.√
1.摩尔质量与相对分子质量(或相对原子质量)是否等同?
提示:不等同。摩尔质量与相对分子质量(或相对原子质量)是两个不同的概念。当摩尔质量以“g·mol-1”为单位时,两者在数值上相等,但前者单位是g·mol-1,后者单位是1,故两者不等同。
2.计算下列物质的摩尔质量。
(1)已知氨气的相对分子质量为17,则氨气的摩尔质量为________。
(2)1.28 g某气体含有的分子数目为1.204×1022,则该气体的摩尔质量为________。
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(3)已知一个铜原子的质量为b g,则铜的摩尔质量为__________________。
(4)NA为阿伏加德罗常数,已知a g某气体中含分子数为b,则该气体的摩尔质量为_________________________。
提示:(1) 17 g·mol-1 (2)64 g·mol-1
(3)bNA g·mol-1 (4) g·mol-1
归纳总结
1.物质的摩尔质量是物质的固有属性,不随状态及物质的量的多少而变化,取决于物质的组成和化学式的表示形式。
2.摩尔质量的单位有g·mol—1或kg·mol—1,只有以g·mol—1为单位时,其在数值上才与微观粒子的相对原子质量或相对分子质量相等。
3.摩尔质量的计算方法
(1)已知任意状态物质的质量时:M=(定义式)。
(2)已知一个分子的质量时:M=m(分子)×NA。
1.(2023·嘉兴市八校联盟质检)下列说法正确的是 ( )
A.1 mol氮含有6.02×1023个微粒
B.22 g二氧化碳含有的氧原子数约等于6.02×1023
C.钠的摩尔质量等于它的相对原子质量
D.H2O的摩尔质量是18 g
B [A.摩尔只适用于微观粒子,选项未指明氮元素的种类,因此不能使用摩尔,A错误;B.22 g二氧化碳的物质的量为n(CO2)==0.5 mol,由于1个CO2分子中含有2个O原子,则0.5 mol CO2分子中含有O原子的物质的量是1 mol,其中含有的氧原子数约等于6.02×1023,B正确;C.钠的摩尔质量是以g/mol为单位,数值上等于它的相对原子质量,C错误;D.H2O的相对分子质量是18,所以其摩尔质量是18 g/mol,D错误;故合理选项是B。]
2.下列有关摩尔质量的描述或应用正确的是( )
A.1 mol OH-的质量为17 g·mol-1
B.二氧化碳的摩尔质量为44 g
C.铁原子的摩尔质量等于它的相对原子质量
D.一个钠原子的质量等于 g
D [A项,质量的单位为“g”;B项,单位应为“g·mol-1”;C项,没有指出以“g·mol-1”为单位,也没有指出在数值上相等。]
3.(2023·连云港市高级中学质检)回答下列问题。
(1)某混合物由NaCl、MgCl2、AlCl3组成,已知Na、Mg、Al三元素的质量之比为23∶16∶9,则NaCl、MgCl2和AlCl3,物质的量之比为________,含1.00 mol Cl-的该混合物的质量为________。
(2)12.4 g Na2R含Na+0.4 mol,则Na2R的摩尔质量为________,R的相对原子质量为________。含R的质量为1.6 g的Na2R,其物质的量为________。
解析:(1)某混合物由NaCl、MgCl2、AlCl3组成,已知Na、Mg、Al三元素的质量之比为23∶16∶9,则n(Na+)∶n(Mg2+)∶n(Al3+)=∶∶=3∶2∶1,则NaCl、MgCl2和AlCl3物质的量之比为3∶2∶1; 设n(AlCl3)=x,n(MgCl2)=2x,n(NaCl)=3x,n(Cl-)=x·3+2x·2+3x=1,解得x=0.1,m混=0.1 mol×133.5 g·mol-1+0.2 mol×95 g·mol-1+0.3 mol×58.5 g·mol-1=49.9 g。
(2)根据化学式可知,Na2R~2Na+,则含Na+ 0.4 mol的Na2R物质的量是0.2 mol,则Na2R的摩尔质量为=62 g/mol;单位为g/mol时,Na2R的相对分子质量数值上等于其摩尔质量,即为62,则R的相对原子质量为62-23×2=16; R的相对原子质量是16,则其摩尔质量是16 g/mol,则含R的质量为1.6 g的Na2R,R的物质的量是=0.1 mol,n(Na2R)=n(R),则其物质的量为0.1 mol。
答案:(1)3∶2∶1 49.9 g
(2)62 g/mol 16 0.1 mol
1.下列叙述正确的是( )
A.1 mol任何物质都含有6.02×1023个分子
B.摩尔只能用来计量纯净物中微观粒子数目
C.摩尔是物质的量的单位,简称摩,符号mol
D.我们把含有6.02×1023个粒子的任何粒子的集合体计量为1摩尔
C [物质不一定都是由分子组成的,可能是由原子或离子组成的,摩尔是物质的量的单位,1 mol任何粒子的粒子数约为6.02×1023,A错误;摩尔既能用来计量纯净物中微观粒子数目,也能用来计量混合物中微观粒子数目,B错误;含有6.02×1023个粒子的集合体计量不一定为1 mol,如含有6.02×1023个氧原子的O2的物质的量为0.5 mol,D错误。]
2.下列有关阿伏加德罗常数(NA)的说法错误的是( )
A.0.5NA个氯气分子的物质的量是0.5 mol
B.0.5 mol H2O含有的原子数目为1.5NA
C.1 mol H2O含有的H2O分子数目为NA
D.32 g O2所含的原子数目为NA
D [0.5NA个氯气分子的物质的量是 mol=0.5 mol,A正确;0.5 mol H2O含有的原子数目为0.5 mol ×3×NA=1.5NA,B正确;1 mol H2O含有的H2O分子数目为1 mol×NA mol-1=NA,C正确;32 g O2所含的原子数目为×2NA mol-1=2NA,D错误;故选D。]
3.卫星的发射需要用到运载火箭,偏二甲肼(C2H8N2)是一种高能燃料,燃烧产生巨大的能量,可作为航天运载火箭的推动力来源。下列叙述正确的是( )
A.偏二甲肼的摩尔质量为60 g
B.6.02×1023个偏二甲肼分子的质量为60 g
C.1 mol偏二甲肼的质量为60 g·mol-1
D.6 g偏二甲肼含有NA个偏二甲肼分子
B [偏二甲肼的摩尔质量应为60 g·mol-1;6.02×1023个偏二甲肼分子约为1 mol,其质量约为60 g;6 g偏二甲肼的物质的量为=0.1 mol,含有的分子数为0.1NA。]
4.按要求填写下列空白:
(1)6.02×1023个Na+约含________ mol Na+,其质量为________g。
(2)4.5 mol CH4约含有________个CH4,其质量为________ g。
(3)3.01×1023个SO约含________ mol SO,其质量为________ g;49 g H2SO4约含有________个H原子,共含有________个原子。
解析:(1)6.02×1023个Na+的物质的量为n=N/NA=(6.02×1023)/(6.02×1023 mol-1)=1 mol,对应的质量为m=n·M=1 mol×23 g·mol-1=23 g。
(2)4.5 mol CH4的个数为N=n·NA=4.5 mol×6.02×1023 mol-1=2.709×1024,其质量为m=n·M=4.5 mol×16 g·mol-1=72 g。
(3)3.01×1023个SO2-4的物质的量为n=N/NA=(3.01×1023)/(6.02 ×1023 mol-1)=0.5 mol,质量为m=n·M=0.5 mol× 96 g·mol-1=48 g,49 g H2SO4含有的分子个数N=(m·NA)/M=3.01×1023,含有的H原子个数为2×3.01×1023=6.02×1023,含有的原子数为7×3.01×1023=2.107×1024。
答案:(1)1 23 (2)2.709×1024 72
(3)0.5 48 6.02×1023 2.107×1024
课时精练(四) 物质的量 摩尔质量
(本栏目内容,在学生用书中以独立形式分册装订!)
[基础对点练]
题组一 对物质的量、阿伏加德罗常数的理解
1.下列说法错误的是( )
A.物质的量是表示含有一定数目粒子的集合体的物理量
B.使用摩尔作单位时必须指明微粒的名称
C.1 mol 任何物质都含有阿伏加德罗常数个原子
D.物质的量适用于计量分子、原子、离子等粒子
C [物质的量是含有一定数目粒子的集合体的物理量,其单位是摩尔,使用摩尔作单位时所指的对象是微粒,而微粒种类繁多,需要指明其名称;构成物质的粒子除原子外,还有分子、离子等。]
2.下列叙述错误的是( )
A.1 mol任何物质都含有6.02×1023个分子
B.1 mol Ne中含有6.02×1024个电子
C.1 mol H2O中含有2 mol氢原子和1 mol氧原子
D.1 mol H2O中含有3 mol原子
A [物质并不都是由分子构成的,有些物质是由离子或原子构成的,比如NaCl是由离子构成,金刚石由原子构成的,A错误;1个氖原子核外有10个电子,则1 mol Ne含有6.02×1024个电子,B正确;1 mol H2O中含有2 mol氢原子和1 mol氧原子,C正确;1 mol H2O中含有2 mol氢原子和1 mol氧原子,共含有3 mol原子,D正确。]
3.(2023·上海市松江二中质检)下列关于阿伏加德罗常数的说法,正确的是右右右( )
A.单位是mol-1
B.等于6.02×1023
C.是一个基本物理量
D.可表示1 mol氢的个数
A [A.阿伏加德罗常数的单位是mol-1,故A正确;B.阿伏加德罗常数有单位,其数值近似等于6.02×1023,故B错误;C.阿伏加德罗常数是一个常数,不是一个基本物理量,故C错误;D.氢指代不明确,可表示氢原子、氢分子、氢离子、氢元素,故D错误;故选A。]
4.下列说法不正确的是( )
A.6.02×1023个钠离子的物质的量为1 mol
B.1 mol氧含6.02×1023个氧分子
C.1 mol 氯化钙中含3 mol离子
D.1 mol H+中含有的氢离子数为NA
B [用摩尔表示物质的量时,要指明微粒的种类。“1 mol氧”没有指明是氧分子还是氧原子。]
题组二 摩尔质量
5.有关氯原子的描述正确的是( )
A.一个氯原子的质量是35.5 g
B.氯原子的相对原子质量就是1 mol氯原子的质量
C.氯原子的摩尔质量在数值上等于氯原子的质量
D.1 g氯原子和1 g氯气分子含有相同的原子个数
D [A.1 mol氯原子的质量是35.5 g,A错误;B.氯原子的相对原子质量与摩尔质量是不同的概念,B错误;C.以g/mol为单位,氯原子的摩尔质量在数值上等于氯原子的相对原子质量,C错误;D.从原子角度看,1 g氯原子和1 g氯气分子含有相同的氯原子个数,D正确;故选D。]
6.下列物质中,摩尔质量最大的是( )
A.10 mL H2O B.0.8 mol H2SO4
C.54 g Al D.1 g CaCO3
D [A、B、C、D中四种物质的摩尔质量分别为18 g·mol-1、98 g·mol-1、27 g·mol-1、100 g·mol-1,摩尔质量最大的是D项。]
7.屠呦呦因发现青蒿素治疗疟疾的新疗法而获得诺贝尔生理学或医学奖。青蒿素的分子式为C15H22O5,相对分子质量是282。下面关于青蒿素的说法正确的是(NA为阿伏加德罗常数的值)( )
A.C15H22O5的摩尔质量为282
B.1个C15H22O5分子的质量约为 g
C.1 mol C15H22O5完全燃烧生成22 mol H2O
D.含有NA个碳原子的C15H22O5的物质的量为1 mol
B [A.C15H22O5的相对分子质量是282,则其摩尔质量为282 g/mol,A错误;B.C15H22O5的摩尔质量为282 g/mol,1 mol C15H22O5中含有NA个分子,则1个C15H22O5分子的质量约为= g,B正确;C.C15H22O5分子中含有22个H原子,则根据H元素守恒,可知1 mol C15H22O5完全燃烧生成11 mol H2O,C错误;D.1个C15H22O5分子中含有15个C原子,则含有NA个碳原子,含有C原子的物质的量是1 mol的C15H22O5的物质的量为 mol,D错误;故合理选项是B。]
题组三 有关物质的量、摩尔质量、粒子个数的计算
8.现有CO、CO2、O3(臭氧)三种气体,它们分别都含有 1 mol 氧原子,则三种气体的物质的量之比为( )
A.1∶1∶1 B.1∶2∶3
C.6∶3∶2 D.3∶2∶1
C [CO、CO2、O3三种气体,它们都含有1 mol的氧原子,则n(CO)=1 mol,n(CO2)= mol,n(O3)= mol,则这三种气体的物质的量之比为1∶∶=6∶3∶2。]
9.用NA代表阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A.0.5 mol Mg与足量盐酸反应生成的H2分子数为NA
B.18 g H2O中所含的H原子数为NA
C.0.1 mol OH-所含的电子数为0.9NA
D.46 g NO2和N2O4的混合物含有的原子数为3NA
D [镁与盐酸反应,消耗1 mol镁生成1 mol氢气,所以0.5 mol Mg与足量盐酸反应生成氢气的物质的量为0.5 mol,分子数为0.5NA,故A错误;18 g H2O中所含的H原子数为×2×NA mol-1=2NA,故B错误;0.1 mol OH-所含电子的物质的量为1 mol,电子个数为NA,故C错误;NO2和N2O4的最简式是NO2,46 g的混合物物质的量等于n===1 mol,含有的原子数为3NA,故D正确。]
10.科学家发现了某种元素的一个原子,其质量是a g,一个12C原子的质量是b g,NA是阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( )
A.该原子的摩尔质量是aNA
B.W g该原子的物质的量是 mol
C.W g该原子中含有NA个该原子
D.由已知信息可得NA=
B [摩尔质量是单位物质的量的物质所具有的质量,单位是g·mol-1,一个原子的质量是a g,则1 mol原子的质量即NA个原子质量为aNA g,所以该原子的摩尔质量应为aNA g·mol-1,A项错误;该原子的摩尔质量为aNA g·mol-1,W g该原子的物质的量为=mol,B项正确;由题意可知,一个该原子的质量为a g,故W g该原子的数目为=,C项错误;12C原子的摩尔质量为12 g·mol-1,一个12C原子的质量为b g,故NA b=12,所以NA=,D项错误。]
[能力提升练]
11.相同物质的量的CO和CO2相比较,下列有关叙述正确的是( )
①它们所含的分子数目之比为1∶1 ②它们所含的O原子数目之比为1∶2 ③它们所含的原子总数目之比为2∶3 ④它们所含的C原子数目之比为1∶1 ⑤它们所含的电子数目之比为7∶11
A.仅①②③④ B.仅②③
C.仅④⑤ D.①②③④⑤
D [CO、CO2的物质的量相同,所含分子数目相同,①正确;二者所含O原子数目之比等于其分子中所含O原子个数比,②正确;同理可知③、④正确;1个CO分子中所含电子数为14,而1个CO2分子中所含电子数为22,故相同物质的量的CO、CO2所含电子数目之比为14∶22=7∶11,⑤正确。]
12.下列叙述不正确的是右右右( )
A.NH3的摩尔质量等于17 g·mol-1
B.常温常压下,32 g O2含氧原子数目为2NA
C.相同条件下,等质量的O2与NH3两种气体,其物质的量比为17∶32
D.任何条件下,等质量的CO和CO2所含的碳原子数一定相等
D [A.NH3 的摩尔质量为17 g/mol,故A正确;B.氧气是由氧分子构成的,氧分子又是由氧原子构成的,则32 g氧气也就是32 g氧原子,物质的量为2 mol,数目为2NA,故B正确;C.1 g氧气的物质的量为 mol,1 g氨气的物质的量为 mol,则等质量的两种气体物质的量之比为∶=17∶32,故C正确;D.1 g CO所含的碳原子为 mol,1 g CO2所含的碳原子为 mol,则等质量的CO和CO2所含的碳原子不相等,故D错误;答案为D。]
13.(1)________ mol CO2分子中含有氧原子数与1.806×1024个H2O分子含有的氧原子数相同。
(2)铝的相对原子质量为27,则其摩尔质量为________。若阿伏加德罗常数取6.02×1023 mol-1,则可估算一个铝原子的质量约为________ g。
(3)18.6 g(NH4)2SO4·xH2O中含有1.204×1023个NH,该物质的物质的量为________,该物质的摩尔质量是________,x的值是________。
(4)8.4 g N2与9.6 g某单质Rx所含原子个数相同,且分子数之比为3∶2,则R的相对原子质量是________,x值为________。
(5)下列物质:①6 g H2;②0.5 mol CO2;③1.204×1024个氯化氢分子;④147 g H2SO4;⑤4 ℃时27 mL水,物质的量最大的是________(填序号,下同),所含分子数最多的是________,所含原子数最多的是________,质量最小的是________。
解析:(1)1.806×1024个H2O分子的物质的量为3 mol,分子中含有3 mol氧原子,故1.5 mol CO2分子中含有氧原子数与1.806×1024个H2O分子含有的氧原子数相同。
(2)铝的摩尔质量是27 g·mol-1,6.02×1023个铝原子的质量是27 g,故一个铝原子的质量为≈4.49×10-23 g。
(3)1.204×1023个NH的物质的量为0.2 mol,则18.6 g(NH4)2SO4·xH2O的物质的量为0.1 mol,其摩尔质量为=186 g·mol-1,(NH4)2SO4·xH2O的相对分子质量为186,故x==3。
(4) 8.4 g N2的物质的量为=0.3 mol, 8.4 g N2与9.6 g Rx的分子数之比为3∶2,则9.6 g Rx的物质的量为0.2 mol,故Rx的摩尔质量为=48 g·mol-1,二者所含原子个数相同,则0.3 mol×2=0.2 mol×x,解得x=3,R3的相对分子质量为48,故R的相对原子质量为16。(5)①6 g H2的物质的量为3 mol,所含原子的物质的量为3 mol×2=6 mol;②0.5 mol CO2的质量为0.5 mol×44 g·mol-1=22 g,所含原子的物质的量为0.5 mol×3=1.5 mol;③1.204×1024个氯化氢分子的物质的量为2 mol,其质量为36.5 g·mol-1×2 mol=73 g,所含原子的物质的量为2 mol×2=4 mol;④147 g H2SO4的物质的量为1.5 mol,所含原子的物质的量为1.5 mol×7=10.5 mol;⑤4 ℃时27 mL水的质量为27 g,则物质的量为1.5 mol,所含原子的物质的量为1.5 mol×3=4.5 mol。
答案:(1)1.5 (2)27 g·mol-1 4.49×10-23
(3)0.1 mol 186 g·mol-1 3 (4)16 3 (5)① ① ④ ①
14.(1)0.3 mol NH3分子中所含原子数与________个H2O分子中所含原子数相等。
(2)含0.4 mol Al3+的Al2(SO4)3中所含的硫酸根离子的物质的量是________mol。
(3)相同质量的SO2和SO3的物质的量之比为________,所含氧原子的物质的量之比为________,若欲使SO2和SO3中氧元素的质量相等,则SO2和SO3的质量之比为________。
(4)在一密闭容器中充入a mol NO和b mol O2,可发生如下反应:2NO+O2===2NO2,充分反应后容器中氮原子和氧原子的个数之比为________。
解析:(1)0.3 mol NH3分子中含有的原子的物质的量为0.3 mol×4=1.2 mol,则n(H2O)==0.4 mol,二者含有的原子个数相等。
(2)硫酸铝溶液中铝离子和硫酸根离子物质的量之比为2∶3,所以n(SO)=×3=0.6 mol。
(3)n(SO2)=,n(SO3)=,故二者物质的量之比为5∶4。若氧元素的质量相等,则有m(SO2)=××64 g·mol-1,m(SO3)=××80 g·mol-1,其质量比为6∶5。
(4)根据质量守恒定律,反应前后各元素种类不变、原子个数不变可得出结果。
答案:(1) 0.4NA (2) 0.6 (3)5∶4 5∶6 6∶5 (4)a∶(a+2b)
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