内容正文:
课时梯级训练(11) 钠的性质与制备
1.下列关于钠反应现象的叙述不正确的是 ( )
操作内容
反应现象
A
切开钠,观察其颜色的变化
钠切面颜色迅速变暗,生成淡黄色固体
B
把小块钠投入硫酸铁溶液中
钠浮在水面上、在水面上四处游动,产生红褐色沉淀
C
把小块钠投入滴有紫色石蕊试液的冷水中
钠熔化成闪亮的小球,在水面上四处游动,反应后溶液变蓝
D
把一小块钠迅速投入热坩埚中,继续加热坩埚片刻
钠受热后先熔化,然后剧烈燃烧,产生黄色火焰
A 解析:钠在常温下被氧化生成氧化钠,则钠切面颜色迅速变暗,生成白色固体,A错误;钠与硫酸铁溶液反应生成硫酸钠、氢氧化铁、氢气,则钠浮在水面上、在水面上四处游动,产生红褐色沉淀,B正确;钠与水反应生成NaOH和氢气,NaOH使紫色石蕊试液变蓝,则钠熔化成闪亮的小球,在水面上四处游动,反应后溶液变蓝,C正确;加热时钠燃烧生成过氧化钠,则钠受热后先熔化,然后剧烈燃烧,产生黄色火焰,D正确。
2.关于Na2O2与CO2、H2O反应的叙述正确的是 ( )
A.Na2O2与CO2的反应中,Na2O2只做还原剂,CO2做氧化剂
B.Na2O2与H2O的反应中,Na2O2既做氧化剂又做还原剂
C.Na2O2与CO2的反应中,消耗1 mol Na2O2时转移2 mol电子
D.Na2O2与H2O的反应中,生成1 mol O2时转移4 mol电子
B 解析:在与CO2、H2O的反应中,Na2O2都既做氧化剂又做还原剂,且都存在关系式2Na2O2~O2~2e-。
3.下列关于钠的叙述正确的是 ( )
A.钠与水反应的现象说明钠的熔点低,且与水反应放出热量
B.取用金属钠时,不能将剩余的钠放回原瓶
C.钠放置在空气中表面变暗是由于钠的表面生成了Na2O2
D.钠与硫酸铜溶液反应生成硫酸钠和单质铜
A 解析:由钠与水反应的实验现象可知,钠与水反应放出大量的热,由于钠的熔点低,所以钠会熔化为液态小球,A正确;钠在空气中与水、氧气反应,可能引发安全事故,故用剩的钠块不能随意丢弃,应放回原试剂瓶,B错误;钠是银白色金属,放置在空气中表面变暗是由于钠的表面生成了Na2O,C错误;钠与硫酸铜溶液反应时,钠先与水发生置换反应生成氢氧化钠,然后氢氧化钠和硫酸铜发生复分解反应生成氢氧化铜沉淀,不能置换出铜,D错误。
4.下列关于钠及其化合物的说法不正确的是 ( )
A.向酚酞溶液中加入足量Na2O2粉末,溶液先变红后褪色,并有气泡生成
B.钠与浓NH4Cl溶液反应,放出的气体中含H2和NH3
C.用洁净的玻璃管向包有Na2O2的脱脂棉吹气,脱脂棉燃烧,说明CO2、H2O与Na2O2的反应是放热反应
D.将等质量的Na2O和Na2O2样品分别放入等量的水中,所得溶液的质量分数分别为a%和b%,则a、b的关系是a=b
D 解析:过氧化钠具有强氧化性,可以使有色物质褪色,且能和水反应生成氢氧化钠和氧气,故向酚酞溶液中加入足量Na2O2粉末,溶液先变红后褪色,并有气泡生成,A正确;钠与水反应生成氢气和氢氧化钠,氢氧化钠和浓NH4Cl溶液反应生成氨气,故放出的气体中含H2和NH3,B正确;用洁净的玻璃管向包有Na2O2的脱脂棉吹气,脱脂棉燃烧,说明CO2、H2O与Na2O2的反应是放热反应,放出热量达到脱脂棉着火点使其燃烧,C正确;等质量的Na2O和Na2O2样品分别放入等量的水中,Na2O+H2O===2NaOH、Na2O2+H2O===2NaOH+O2↑,反应后生成氢氧化钠质量不同,且过氧化钠放出氧气后所得溶液的质量不同,故质量分数不同,D错误。
5.取一小块金属钠,放在燃烧匙里加热,下列实验现象中,正确的描述是 ( )
①钠先熔化 ②在空气中燃烧,放出黄色火花 ③燃烧后得到白色固体 ④燃烧时火焰为黄色 ⑤燃烧后生成淡黄色固体物质
A.①② B.①②③
C.①④⑤ D.④⑤
C 解析:钠熔点较低,加热时先熔化,燃烧时火焰为黄色,燃烧后生成Na2O2,为淡黄色固体。
6.如图所示,两圆圈相交的部分表示圆圈内的物质相互发生的反应。已知钠及其氧化物的物质的量均为0.1 mol,水的质量为100 g。下列说法正确的是 ( )
A.反应③最多能产生0.01 mol O2
B.反应①的离子方程式为Na+2H2O===Na++2OH-+H2↑
C.Na2O2与小苏打放在同一密闭容器中加热可得助燃性气体
D.充分反应后,反应①、②、③所得溶液中溶质的质量分数:①>②>③
C 解析:0.1 mol Na2O2与100 g水反应,根据2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑可知,生成O2的物质的量最多是0.05 mol,A错误;该离子方程式电荷不守恒,B错误;NaHCO3受热分解生成的CO2、H2O均可与Na2O2反应生成助燃性气体O2,C正确;Na2O2与Na2O的物质的量均为0.1 mol,且Na2O2与H2O反应生成O2,所以最终Na2O2、Na2O分别与H2O反应生成的NaOH的物质的量均为0.2 mol,且质量分数相等,而Na的物质的量是0.1 mol,与H2O反应生成0.1 mol NaOH和0.05 mol H2,所以Na与H2O反应得到的溶液中NaOH的质量分数小,D错误。
7.如图所示,甲、乙、丙、丁四个烧杯中都有100 mL蒸馏水,分别放入0.1 mol Na、0.1 mol Na2O、0.1 mol Na2O2、0.1 mol NaOH,待固体完全溶解后,四个烧杯中溶液的质量分数最小的是 ( )
D 解析:m(Na)=0.1 mol×23 g·mol-1=2.3 g,同理m(Na2O)=6.2 g,m(Na2O2)=7.8 g,m(NaOH)=4.0 g;Na+H2O===NaOH+H2↑,溶液增加的质量为m(Na)-m(H2)=2.3 g-0.05 mol×2 g·mol-1=2.2 g;Na2O+H2O===2NaOH,溶液增加的质量为m(Na2O)=6.2 g;Na2O2+H2O===2NaOH+O2↑,溶液增加的质量为m(Na2O2)-m(O2)=7.8 g-0.05 mol×32 g·mol-1=6.2 g;氢氧化钠溶于水,与水不反应,溶液增加的质量为m(NaOH)=4.0 g;根据钠原子守恒知,0.1 mol的钠、氧化钠、过氧化钠、氢氧化钠溶于水所得氢氧化钠的物质的量分别为0.1 mol、0.2 mol、0.2 mol、0.1 mol,质量分别为4 g、8 g、8 g、4 g,则0.1 mol的钠、氧化钠、过氧化钠、氢氧化钠分别溶于水所得氢氧化钠溶液的质量分数分别为×100%、×100%、×100%、×100%,所以甲、乙、丙、丁所得溶液中溶质的质量分数大小的顺序是丁<甲<乙=丙,四个烧杯中溶液的质量分数最小的是丁。
8.已知用金属钠制备氧化钠,可有多种方法:
①4Na+O2===2Na2O
②4Na+CO2===2Na2O+C
③2NaNO2(亚硝酸钠)+6Na===4Na2O+N2↑
(1)上述三种方法最好的是________,原因是__________________________________
________________________________________________________________________。
(2)上述反应③中NaNO2做________剂,当有1 mol NaNO2反应时,电子转移的数目是________。
答案:(1)③ 反应①和②都不能得到纯净的Na2O
(2)氧化 3×6.02×1023(或3NA)
解析:(1)反应①的生成物除了Na2O,还可能有Na2O2,如果不加热,包裹在内部的Na不反应,而且反应慢。
(2)反应③中,每2 mol NaNO2得到6 mol电子,因此NaNO2做氧化剂,1 mol NaNO2转移3×6.02×1023个电子。
9.某实验小组对中学课本中可生成氢气的反应进行了研究,总结出两个生成H2的反应:①Zn+盐酸;②Na+水。为点燃上述生成的H2,他们设计如图所示装置。
请回答下列问题:
(1)写出Na与水反应的化学方程式:_______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)实验小组在点燃用上述装置制得的H2时,①实验获得成功,②却失败了。他们分析认为失败的原因是Na与水的反应速率太快,Na的用量太少。于是他们准备增加钠的用量,可老师说太危险,你认为产生危险的原因是___________________________________________。
(3)实验小组查阅钠、煤油、水的密度分别为0.97 g·cm-3、0.80 g·cm-3、1.00 g·cm-3,并据此对实验进行改进。在改进后的实验中H2的生成速率减慢,原因是____________________
________________________________________________________________________。
答案:(1)2Na+2H2O===2NaOH+H2↑
(2)钠与水反应放出大量的热,使试管内H2和O2的混合气体点燃而爆炸
(3)钠比水密度小,比煤油密度大,落在煤油与水的交界处。钠与H2O反应产生的H2使钠浮起,脱离水面,反应停止;当钠表面的H2逸出,钠又回落,与水反应,如此反复,减慢了Na与H2O的反应速率
解析:Na与H2O反应的产物是NaOH和H2,反应速率很快,并放出大量的热,Na的用量多容易产生爆炸。由于ρ(煤油)<ρ(钠)<ρ(水),故钠块放入后降落在煤油和水的界面上,钠与水反应有氢气生成,氢气推动钠块上浮,当氢气逸出后,钠块又下沉到煤油与水的界面上与水反应,重复发生上述现象,减慢Na与H2O的反应速率。
10.钠在液氨中溶剂化速度很快,生成蓝色的溶剂合电子,如图为钠投入溶剂化图,钠沉入液氨中,快速得到深蓝色溶液,并慢慢产生气泡。下列说法错误的是 ( )
A.钠的密度比液氨大
B.溶液的导电性增强
C.钠和液氨可发生以下反应:2NH3+2Na===2NaNH2+H2↑
D.0.1 mol钠投入液氨里,Na共失去0.02 mol电子
D 解析:钠沉入液氨说明钠的密度比液氨大,A正确;液氨中没有能导电的离子,而钠投入液氨中生成蓝色的溶剂合电子,能导电,说明溶液的导电性增强,B正确;反应中钠失去电子,只能是氢元素得到电子,所以钠和液氨可发生反应2NH3+2Na===2NaNH2+H2↑,C正确;钠投入液氨中反应得到H2,故0.1 mol钠反应失去0.1 mol电子,D错误。
11.将4.34 g Na、Na2O、Na2O2的混合物与足量的水反应,在标准状况下得到672 mL混合气体,将该混合气体通过放电,恰好完全反应。则它们的物质的量之比为 ( )
A.1∶1∶1 B.1∶1∶2
C.1∶2∶1 D.4∶3∶2
D 解析:Na、Na2O、Na2O2的混合物与足量的水反应得到的气体是H2和O2的混合物,将该混合气体通过放电,恰好完全发生反应:2H2+O22H2O,说明H2、O2反应的物质的量之比为2∶1。标准状况下得到672 mL混合气体的物质的量n==0.03 mol,因此混合气体中含有H2为0.02 mol,O2为0.01 mol;根据反应的化学方程式2Na+2H2O===2NaOH+H2↑中物质反应转化关系可知n(Na)=2n(H2)=0.04 mol;根据反应的化学方程式2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑中物质反应转化关系可知n(Na2O2)=2n(O2)=0.02 mol;则m(Na)=0.04 mol×23 g·mol-1=0.92 g,m(Na2O2)=0.02 mol×78 g·mol-1=1.56 g; 4.34 g Na、Na2O、Na2O2的混合物中含有m(Na2O)=4.34 g-0.92 g-1.56 g=1.86 g,则n(Na2O)==0.03 mol。故它们的物质的量之比为0.04 mol∶0.03 mol∶0.02 mol=4∶3∶2。
12.对Na2O2与CO2和H2O(g)混合气体的反应来说,下列说法错误的是 ( )
A.只要参加反应的Na2O2一定,反应生成的氧气就一定
B.只要CO2和H2O(g)的总的物质的量一定,反应所消耗的Na2O2的量就一定
C.只要气体的总物质的量一定,反应中所转移的电子的物质的量就一定
D.只要混合气体的总物质的量一定,固体所增加的质量就一定
D 解析:Na2O2与CO2、H2O(g)反应的化学方程式及电子转移情况分别为
由于两个反应中Na2O2与O2的物质的量之比都为2∶1,A正确;两个反应中:2Na2O2~2H2O(g),2Na2O2~2CO2,B正确;根据上面反应的化学方程式中的电子转移情况知,C正确;根据反应的化学方程式知,CO2、H2O与Na2O2反应时,固体增加的质量为“CO2”中“CO”的质量和“H2O”中“H2”的质量,所以当物质的量固定的混合气体中CO2气体所占的比例大时,固体增加的质量大,当H2O所占的比例大时,固体所增加的质量较小,D错误。
13.密闭容器中装有1 mol NaHCO3和0.8 mol Na2O2,加热充分反应后,容器内残留的固体是 ( )
A.0.8 mol Na2CO3和0.6 mol NaOH
B.0.5 mol Na2CO3和1 mol NaOH
C.0.8 mol Na2CO3和1 mol NaOH
D.1 mol Na2CO3和0.6 mol NaOH
D 解析:碳酸氢钠不稳定受热分解生成碳酸钠、水和CO2,物质的量分别都是0.5 mol。生成的CO2首先和过氧化钠反应,消耗0.5 mol过氧化钠,生成0.5 mol碳酸钠。剩余的0.3 mol过氧化钠再和0.3 mol水反应生成0.6 mol氢氧化钠,D正确。
14.某兴趣小组用下列装置探究Na与CO2的反应产物,已知PdCl2+CO+H2O===Pd↓(黑色)+CO2+2HCl。下列说法正确的是 ( )
A.实验时先点燃酒精灯,再打开活塞a
B.装置Ⅲ的目的是除去HCl
C.为了避免生成的CO2中混有HCl,最好用稀硫酸代替稀盐酸
D.装置Ⅴ出现黑色沉淀,则装置Ⅳ发生反应2Na+2CO2Na2CO3+CO
D 解析:金属钠非常活泼,极易与空气中的氧气或水蒸气发生反应,所以实验时先打开活塞a,通入一段时间二氧化碳后再点燃酒精灯,A错误;根据分析可知,装置Ⅲ盛放浓硫酸,用于干燥CO2,B错误;H2SO4与CaCO3反应产生的CaSO4是微溶于水的物质,覆盖在CaCO3表面,阻止反应的进一步发生,因此不能使用稀硫酸代替稀盐酸,C错误;若装置Ⅴ出现黑色沉淀,说明Na与CO2反应产生了CO气体,则根据原子守恒、得失电子数守恒,可知装置Ⅳ发生反应为2Na+2CO2Na2CO3+CO,D正确。
15.在呼吸面具和潜水艇中可用过氧化钠作为供氧剂。请选用适当的化学试剂和实验仪器,用下图中的实验装置进行实验,证明过氧化钠可作供氧剂。
(1)填写表中空格:
仪器
加入试剂
试剂作用
B
饱和NaHCO3溶液
①________
C
足量Na2O2粉末
②________
D
③________
吸收未反应CO2
(2)写出过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式_______________________________。
(3)当F中收集满气体,________________________________(填下一步操作)。
答案:(1)①吸收CO2气体中混入的HCl ②二氧化碳与过氧化钠制取氧气 ③氢氧化钠溶液
(2)2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2
(3)用带火星的木条检验,木条复燃,说明生成氧气
解析: (1)B装置中用饱和NaHCO3溶液吸收CO2气体中混入的HCl,C装置由二氧化碳与过氧化钠制取氧气,D装置吸收未反应的CO2,用氢氧化钠溶液;
(2)过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式为2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2;
(3)氧气用带火星的木条检验,木条复燃即可证明为氧气。
16.某课外活动小组做了如下关于钠的探究实验。
探究一:钠与水反应
(1)该反应的化学方程式_____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)用如图所示的实验装置可以进行钠与水反应的实验,并可收集、检验生成的气体,煤油的密度为0.8 g·cm-3。液体物质添加完毕后,关闭活塞A,向煤油中加入一小块钠,立即塞好胶塞,反应开始前钠的位置在______处(填“a”“b”或“c”)。
(3)若实验室要配制480 mL 0.3 mol·L-1 NaOH溶液。
①需________g NaOH。
②配制过程中,所用玻璃仪器除玻璃棒、容量瓶、胶头滴管外,还有________。
③下列操作会使所配NaOH溶液浓度偏小的是________(填标号)。
A.加水定容时俯视刻度线
B.容量瓶内壁附有水珠而未干燥处理
C.在溶解过程中有少量液体溅出烧杯外
D.颠倒摇匀后,发现凹液面低于刻度线又加水补上
探究二:钠与氯气反应
(4)钠在氯气中燃烧的现象:剧烈燃烧,火焰呈黄色且有________生成。
(5)在实验室用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2,并进行相关实验。利用上述方法制取标准状况下11.2 L Cl2,则做还原剂的HCl的物质的量是________。
(6)粗盐中含Ca2+、Mg2+、SO等杂质,需要提纯后才能综合利用。粗盐提纯的步骤有:
①加入过量的Na2CO3溶液 ②加入过量的BaCl2溶液 ③加入过量的NaOH溶液 ④用适量盐酸调节溶液的pH等于7 ⑤溶解 ⑥过滤 ⑦蒸发
正确的操作顺序是________(填标号)。
a.⑤②③①⑥④⑦ b.⑤①②③⑥④⑦
c.⑤②①③④⑥⑦ d.⑤③②①⑥④⑦
答案:(1)2Na+2H2O===2NaOH+H2↑
(2)a
(3)①6.0 ②烧杯 ③CD
(4)白烟
(5)1 mol
(6)ad
解析:(1)钠和水反应生成氢氧化钠和氢气。
(2)钠的密度比煤油的大,比水的小,所以钠应该在煤油和水的分界线处。
(3)①配制480 mL溶液,没有480 mL的容量瓶,只能用500 mL的容量瓶,氢氧化钠的质量以500 mL来计算,n(NaOH)=0.5 L×0.3 mol·L-1=0.15 mol,m(NaOH)=n(NaOH)×M(NaOH)=0.15 mol×40 g·mol-1=6.0 g。②在溶解氢氧化钠时还需要烧杯。③加水定容时,俯视刻度线会导致最终溶液体积偏小,浓度偏大,A错误;容量瓶的内壁附有水珠而未干燥处理,不会影响最终浓度的大小,B错误;在溶解过程中有少量液体溅出烧杯外,损失了溶质,最终溶液的体积不变,所以浓度会偏小,C正确;颠倒摇匀后,凹液面低于刻度线,是由于配好的溶液附着在瓶塞和瓶壁上,溶液已经配好,再加水相当于稀释溶液,使溶液浓度偏低,D正确。
(4)钠在氯气中燃烧现象:剧烈燃烧,火焰呈黄色,且有白烟生成。
(5)标准状况下11.2 L Cl2的物质的量为n(Cl2)==0.5 mol。
则:MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
4 mol 1 mol
n(HCl) 0.5 mol
解得n(HCl)=2 mol,被氧化的HCl做还原剂生成Cl2,做还原剂的HCl的物质的量是参加反应的HCl量的一半,所以做还原剂的HCl为1 mol。
(6)除去粗盐中的可溶性杂质:Mg2+、Ca2+、SO时,先加入过量NaOH溶液除去Mg2+:Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓。再加入过量BaCl2溶液除去SO:Ba2++SO===BaSO4↓。加入过量的Na2CO3溶液除去Ca2+和多余的Ba2+:Ca2++CO===CaCO3↓、Ba2++CO===BaCO3↓。碳酸钠溶液必须加在氯化钡溶液之后,氢氧化钠溶液和氯化钡溶液的顺序可以颠倒,过滤后再加盐酸调节pH等于7,以防沉淀溶解,正确操作顺序为⑤②③①⑥④⑦或⑤③②①⑥④⑦。
17.某小组同学取一定量过氧化钠固体溶于冷水中,待固体全部反应后,仍可缓慢释放氧气。为探究固体溶解后溶液成分,设计如下实验方案进行验证:
(1)甲中产生较多气泡,证明固体溶解后溶液中有________(填化学式)。
(2)向乙中滴入酚酞,溶液变红的原因是____________________________________
________________________________________________________________________
(用反应的离子方程式回答)。
(3)由上述实验现象可推测过氧化钠与水反应第一步可能的反应为________________
________________________________________________________。
答案:(1)H2O2 (2)2Na2O2+2H2O===4Na++4OH-+O2↑
(3)Na2O2+2H2O===H2O2+2NaOH
18.某课外活动小组设计了如图所示装置,验证CO2跟Na2O2反应时需要与水接触。
【装置分析】
(1)装置①中反应的离子方程式是____________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)装置②中的试剂是________(填标号)。
a.饱和NaHCO3溶液
b.饱和Na2CO3溶液
c.浓H2SO4
(3)装置③中的试剂是________。
【进行实验】
步骤1:打开弹簧夹K2,关闭K1,打开分液漏斗活塞加入盐酸,将带火星的木条放在a处。
步骤2:打开弹簧夹K1,关闭K2,打开分液漏斗活塞加入盐酸,将带火星的木条放在a处。
(1)步骤1和步骤2中,a处带火星的木条产生的实验现象分别是_____________________
________________________________________________。
(2)Na2O2与CO2反应的化学方程式是________________________________________
________________________________________________________________________。
【实验反思】
(1)有同学提出疑问:“上述实验不足以证明有水存在时Na2O2与CO2发生了化学反应。”其理由是___________________________________________________________________。
(2)需要补充的实验操作:取装置⑤中反应后的少量固体,________________________________________________________________。
答案:【装置分析】
(1)CaCO3+2H+===Ca2++H2O+CO2↑ (2)a (3)浓硫酸
【进行实验】
(1)步骤1中带火星的木条不复燃,步骤2中带火星的木条复燃
(2)2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2
【实验反思】
(1)气体中有水,水也可与Na2O2反应产生O2,使带火星的木条复燃 (2)加入稀盐酸,将产生的气体通入澄清石灰水中
解析:【装置分析】装置①为碳酸钙与盐酸反应制备二氧化碳的发生装置,装置②的作用是除去二氧化碳中的氯化氢气体,装置③的作用是除去二氧化碳中的水蒸气,装置④和⑤用以验证二氧化碳与过氧化钠反应时需要与水接触,带火星的木条能检验氧气的存在,二氧化碳不燃烧也不支持燃烧,当二氧化碳通过过氧化钠时,不可能完全反应,所以应先除去未反应完的二氧化碳,再用带火星的木条来检验是否产生了氧气,否则氧气浓度高低将影响带火星的木条是否复燃,则装置⑥的作用是吸收未反应完全的二氧化碳,防止干扰氧气的检验。
【进行实验】(1)步骤1中通过过氧化钠的二氧化碳中不含有水蒸气,干燥的二氧化碳不能和过氧化钠反应,没有氧气生成,a处带火星的木条不复燃,步骤2中,通过过氧化钠的二氧化碳中含有水蒸气,含有水蒸气的二氧化碳能和过氧化钠反应,有氧气生成,a处带火星的木条复燃。(2)过氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气。反应的化学方程式为2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2。
【实验反思】(1)因水也能够和过氧化钠反应生成氧气,所以不能判断是二氧化碳和过氧化钠发生了反应。(2)二氧化碳和过氧化钠反应有碳酸钠生成,若⑤中反应后的固体中有碳酸钠,则其可以和盐酸反应生成二氧化碳,二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。
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