内容正文:
第3章 金属及其化合物
第9讲 铁及其化合物
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第3章 金属及其化合物
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考点一
01
考点二
02
考点三
03
感悟高考真题
04
知能达标训练
05
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考点一 铁及其氧化物
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银白
磁体
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黑色
红棕色
黑色
不溶于水
不溶于水
不溶于水
+2
+3
+2、+3
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考点二 铁的氢氧化物
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白
红褐
Fe2O3+3H2O
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白色絮状沉淀
灰绿色
红褐色
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空气与Fe(OH)2接触
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空气
FeSO4
NaOH溶液
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考点三 Fe2+和Fe3+的性质及检验
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浅绿色
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
Zn+Fe2+===Fe+Zn2+
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棕黄
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第3章 金属及其化合物
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红
褪色
蓝色沉淀
3Fe2++2[Fe(CN)6]3-===Fe3[Fe(CN)6]2↓
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感悟高考真题
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第3章 金属及其化合物
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第3章 金属及其化合物
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[课程标准]
1.能列举、描述、辨识铁及其化合物重要的物理和化学性质及实验现象。2.能根据铁及其化合物的性质分析实验室、生产、生活及环境中的某些常见问题,说明妥善保存、合理使用化学品的常见方法。3.能说明铁及其化合物的应用对社会发展的价值、对环境的影响。
1.铁单质
(1)物理性质:________色固体,熔点较高,具有良好的导热、导电、延展性,能被________吸引。
(2)化学性质
2.铁的氧化物
(1)物理性质
化学式
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗名
铁红
磁性氧化铁
颜色状态
________粉末
_________粉末
________晶体(有磁性)
水溶性
____________
____________
____________
铁的化合价
________
________
______________
(2)化学性质
①FeO、Fe2O3都属于碱性氧化物,能溶于强酸,它们溶于盐酸的离子方程式是FeO+2H+===Fe2++H2O,Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O。
②铁的氧化物还能被CO、Al还原,以氧化铁为例写出化学方程式:___________________________________________________________。
③Fe3O4溶于足量稀硝酸、氢碘酸(HI)的离子方程式是3Fe3O4+28H++NOeq \o\al(-,3)===9Fe3++NO↑+14H2O、Fe3O4+8H++2I-===3Fe2++I2+4H2O。
Fe2O3+3COeq \o(=====,\s\up17(高温))2Fe+3CO2,Fe2O3+2Aleq \o(=====,\s\up17(高温))2Fe+Al2O3
正确的打“√”,错误的打“×”。
1.铁的化学性质比较活泼,所以铁在自然界中全部以化合态形式存在( )
2.Fe分别与Cl2和盐酸反应所得氯化物相同( )
3.常温下可用铁制容器储存、运输浓硝酸、浓硫酸( )
4.铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4( )
答案 1.× 2.× 3.√ 4.√
铁及氧化物的性质
1.下列关于氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁三种氧化物的说法不正确的是( )
A.铁元素化合价不完全相同
B.氧元素的化合价完全相同
C.氧化亚铁俗称铁红,为红棕色固体
D.铁在氧气中燃烧的产物为黑色固体
解析 铁的三种氧化物中,氧元素的化合价都为-2价;铁元素的化合价不同,氧化铁中铁为+3价,氧化亚铁中铁为+2价,四氧化三铁中铁为+2价和+3价;氧化铁俗称铁红,是一种红棕色的固体;铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁,是一种黑色固体。
答案 C
2.铁与水蒸气反应实验改进前后的装置如图所示:
下列说法错误的是( )
A.将湿棉花改为浸水的尿不湿,酒精灯由单头改为双头,可提供足量的水蒸气
B.用具支试管可将试管口附近冷凝的水导出,避免冷凝水与灼热铁粉接触
C.肥皂水改为吹泡泡水,收集H2效果更好,点燃效果更明显
D.悬挂的磁铁仅能吸引反应铁粉,不能吸引反应产物
解析 铁、四氧化三铁均可被磁铁吸引,则悬挂的磁铁不仅能吸引铁粉,也能吸引反应产物四氧化三铁,故D错误。
答案 D
铁的氧化物组成的确定
3.准确称取某种铁的氧化物2.88 g,用足量的CO进行还原,将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收,得到沉淀4.00 g,计算该氧化物的化学式:____________。
解析 4.00 g CaCO3沉淀的物质的量为0.04 mol,则CO、CO2的物质的量均为0.04 mol,增加的氧元素为0.04 mol,质量为0.04 mol×16 g·mol-1=0.64 g,铁的氧化物中氧元素的质量为0.64 g,铁元素的质量为2.88 g-0.64 g=2.24 g,铁的氧化物中铁元素与氧元素的物质的量之比为eq \f(2.24 g,56 g·mol-1)∶0.04 mol=1∶1,则这种铁的氧化物的化学式为FeO。
答案 FeO
4.有一块铁的“氧化物”样品,用140 mL 5.0 mol·L-1盐酸恰好将之完全溶解,所得溶液还能吸收0.025 mol Cl2,恰好使其中的Fe2+全部转变为Fe3+,则该样品的化学式可能为______________。
解析 根据2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,可知铁的“氧化物”样品用盐酸溶解后所得溶液中n(Fe2+)=0.025 mol×2=0.05 mol,根据电荷守恒得2n(Fe2+)+3n(Fe3+)=n(Cl-)=0.14 L×5 mol·L-1=0.7 mol,则n(Fe3+)=0.2 mol,故n(Fe2+)∶n(Fe3+)=0.05 mol∶0.2 mol=1∶4,故该氧化物可表示为FeO·2Fe2O3,即Fe5O7。
答案 Fe5O7
确定铁的氧化物组成的基本方法
设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n,则氧化物中n(Fe)∶n(O)=eq \f(m,56)∶eq \f(n,16)=a∶b,
若a∶b=1∶1,则铁的氧化物为FeO;
若a∶b=2∶3,则铁的氧化物为Fe2O3;
若a∶b=3∶4,则铁的氧化物是Fe3O4或FeO与Fe2O3按物质的量之比为1∶1组成的混合物或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3的物质的量之比为1∶1,Fe3O4的物质的量为任意值)。
1.Fe(OH)2和Fe(OH)3的比较
物质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
色态
______色固体
________色固体
与盐酸反应
Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
热稳定性
易被氧化,受热分解,产物很复杂
2Fe(OH)3eq \o(=====,\s\up17(△))________________
制备
可溶性亚铁盐与碱溶液反应:
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
可溶性铁盐与碱溶液反应:Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓
二者
的关系
在空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是________________迅速变成__________,最后变成__________。反应方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
2.制备Fe(OH)2的常用方法
(1)有机覆盖层法
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到FeSO4溶液液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止____________________发生反应。
(2)还原性气体保护法
先在装置Ⅰ中生成FeSO4溶液,并利用生成的H2将装置内的________排尽后,再把__________溶液压入装置Ⅱ中与______________混合,这样可长时间观察到白色沉淀。
(3)电解法
用铁作阳极,电解NaCl(或NaOH)溶液,并在液面上覆盖苯(或煤油)。
正确的打“√”,错误的打“×”。
1.在空气中,白色的Fe(OH)2迅速转变成灰绿色,最终变成红褐色( )
2.FeCl3溶液滴入热的浓NaOH溶液中可得到Fe(OH)3胶体( )
3.Fe(OH)2与HNO3发生反应的离子方程式为Fe(OH)2+2H+=== Fe2++2H2O( )
4.Fe(OH)3与氢碘酸反应生成FeI3( )
5.Fe(OH)3在空气中加热分解生成Fe2O3,则Fe(OH)2在空气中加热分解生成FeO( )
答案 1.√ 2.× 3.× 4.× 5.×
铁的氢氧化物的制备
1.用不含Fe3+的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备Fe(OH)2沉淀。
(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入_____________________________________________________。
(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用______________的方法。
(3)生成Fe(OH)2白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液,这样操作的理由是__________________________________________________________。
解析 (1)Fe2+易水解,要加入稀H2SO4防止其水解;Fe2+易被空气中的O2氧化,要加铁粉,将被氧化生成的Fe3+还原成Fe2+。(2)气体的溶解度是随温度升高而降低的,所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少。
答案 (1)稀H2SO4、铁屑
(2)煮沸
(3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化
2.用下图所示装置(夹持仪器省略)制备氢氧化亚铁。
实验步骤如下:
Ⅰ.检查装置气密性后,关闭K2、K5,打开K1、K3、K4,使装置A中产生的气体进入装置B中,排尽B中空气。
Ⅱ.待B中空气排尽后,关闭K3,打开K2,将A中溶液压入B中并观察现象。
Ⅲ.关闭K1、K2,打开K5,使C中气体通入B中并观察现象。
回答下列问题:
(1)仪器a的名称是______________,B中长玻璃管的作用是_______________________________________________________。
(2)装置A中金属离子的检验方法是____________________________ ________________________________________________。
(3)步骤Ⅲ装置B中的现象是__________________________________ ____________________________________________,其发生反应的化学方程式为___________________________________________。
解析 氢氧化亚铁容易被氧气氧化,因此打开K1、K3、K4,关闭K2和K5,装置A中产生H2,排出装置B中的空气,因此长导管作用之一是辅助排出装置B中的空气,作用之二是平衡压强,防止装置中压强过大,发生危险。
答案 (1)恒压滴液漏斗 平衡气压,辅助排出装置B中的空气
(2)取少量装置A烧瓶中的液体于洁净试管中,滴加几滴KSCN溶液,无红色出现,再滴加H2O2,溶液变为红色,则证明存在Fe2+
(3)白色沉淀逐渐变为灰绿色,最后变为红褐色 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
1.亚铁盐
含有Fe2+的溶液呈__________,既有氧化性,又有还原性。
(1)还原性
Fe2+的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式为____________________________________。
(2)弱氧化性
Fe2+与Zn反应的离子方程式为_________________________。
2.铁盐
含Fe3+的溶液呈________色,Fe3+具有较强的氧化性。写出下列转化的离子方程式:
(1)Fe3+eq \o(——→,\s\up17(SO\o\al(2-,3)))Fe2+:________________________________________;
(2)Fe3+eq \o(——→,\s\up17(I-))Fe2+:________________________。
2Fe3++SOeq \o\al(2-,3)+H2O===2Fe2++SOeq \o\al(2-,4)+2H+
2Fe3++2I-2Fe2++I2
3.Fe2+、Fe3+的检验方法
(1)用KSCN溶液和氯水
(2)用NaOH溶液
(3)含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验
eq \x(混合溶液)
eq \o(————————→,\s\up17(滴加KSCN溶液))溶液变______色,说明含有Fe3+;
eq \x(混合溶液)
eq \o(——————→,\s\up17(滴加酸性),\s\do15(KMnO4))KMnO4溶液________,说明含有Fe2+。
(4)Fe2+的特征检验方法
溶液eq \o(————————→,\s\up17(K3[FeCN6]溶液))产生____________,说明溶液中含有Fe2+,有关反应离子方程式为________________________________________。
(5)用苯酚溶液
正确的打“√”,错误的打“×”。
1.氢氧化铁与HI溶液仅能发生中和反应( )
2.中性溶液中可能大量存在Fe3+、Cl-、K+、SOeq \o\al(2-,4)( )
3.酸性条件下H2O2氧化Fe2+的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O( )
4.将Fe(NO3)2样品溶于稀H2SO4后,滴加KSCN溶液,溶液变红,则Fe(NO3)2晶体已氧化变质( )
5.用酸性高锰酸钾溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2( )
答案 1.× 2.× 3.√ 4.× 5.×
Fe2+、Fe3+的性质及应用
1.下列试剂中,不能使Fe2+转化为Fe3+的是( )
①氯气 ②NaCl溶液 ③KMnO4溶液 ④稀硝酸 ⑤盐酸 ⑥NaNO3溶液
A.①②③
B.①③④
C.②④⑤
D.②⑤⑥
解析 强氧化剂Cl2、KMnO4溶液、稀HNO3等,可以把Fe2+氧化成Fe3+。
答案 D
2.常温下,下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是( )
A.透明的溶液中:Fe3+、Mg2+、SCN-、Cl-
B.pH=0的溶液中:Fe2+、K+、NOeq \o\al(-,3)、SOeq \o\al(2-,4)
C.0.1 mol·L-1 FeCl3溶液中:K+、NHeq \o\al(+,4)、I-、HCOeq \o\al(-,3)
D.1.0 mol·L-1 KNO3溶液中:H+、Fe3+、Cl-、SOeq \o\al(2-,4)
解析 A中Fe3+与SCN-形成络合物,B中酸性条件下NOeq \o\al(-,3)氧化Fe2+,C中Fe3+与I-、HCOeq \o\al(-,3)均不共存。
答案 D
3.已知:沉淀的pH如下表:
化合物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Mg(OH)2
Cu(OH)2
pH
1.14~3.0
5.8~8.3
8.4~10.8
4.2~6.7
(1)除去Mg2+中混有的Fe3+的方法:
向混合溶液中加入________、________、________其中之一,与Fe3+水解产生的H+反应,促进Fe3+的水解,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去。
(2)除去Mg2+中混有的Fe2+的方法:
先加入氧化剂(如________)将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,然后再按(1)的方法除去溶液中的Fe3+。
(3)请设计实验方案:除去CuCl2溶液中混有的少量FeCl2。
___________________________________________________________
___________________________________________________________
答案 (1)MgO MgCO3 Mg(OH)2
(2)H2O2
(3)先通入适量Cl2(或加入H2O2),再向混合溶液中加入足量CuO[或CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3其中之一],充分反应后过滤。
Fe2+、Fe3+的检验
4.下列实验操作和现象、结论或目的均正确的是( )
选项
操作和现象
结论或目的
A
向红砖粉末中加入盐酸,充分反应后取上层清液于试管中,滴加KSCN溶液2~3滴,溶液呈红色
红砖中含有氧化铁
B
向CO还原Fe2O3得到的黑色固体中加入盐酸溶解后再加入KSCN溶液,溶液不显红色
黑色固体中没有Fe3O4
C
取少量Fe(NO3)2试样加水溶解,加稀H2SO4酸化,滴加KSCN溶液,溶液变为红色
该Fe(NO3)2
试样已经变质
D
向某溶液中加入H2O2,然后再加入KSCN溶液变红色
原溶液中含有Fe2+
解析 B项中CO还原Fe2O3得到单质Fe,即使黑色固体中有Fe3O4,其溶于盐酸后产生的Fe3+与Fe发生反应:Fe+2Fe3+===3Fe2+,加入KSCN溶液也不显红色,错误;C项中NOeq \o\al(-,3)(H+)具有强氧化性,而Fe2+具有还原性,两者发生氧化还原反应,有Fe3+生成,遇KSCN溶液呈红色,无法证明样品是否变质,错误;D项中若原溶液中无Fe2+而存在Fe3+,也有此现象,错误。
答案 A
1.(2023·浙江6月卷)氯化铁是一种重要的盐,下列说法不正确的是( )
A.氯化铁属于弱电解质
B.氯化铁溶液可腐蚀覆铜板
C.氯化铁可由铁与氯气反应制得
D.氯化铁溶液可制备氢氧化铁胶体
解析 氯化铁能完全电离出铁离子和氯离子,属于强电解质,A错误;氯化铁溶液与铜反应生成氯化铜和氯化亚铁,可用来蚀刻铜板,B正确;氯气具有强氧化性,氯气与铁单质加热生成氯化铁,C正确;向沸水中滴加饱和氯化铁溶液,继续加热呈红褐色,铁离子发生水解反应可得到氢氧化铁胶体,D正确。
答案 A
2.下列说法不正确的是( )
A.古壁画颜料中所用的铁红,其成分为Fe2O3(2023·新课标卷,7D)
B.硫酸亚铁溶液出现棕黄色沉淀的原因:6FeSO4+O2+2H2O===2Fe2(SO4)3+2Fe(OH)2↓(2023·全国乙卷,11A)
C.K3[Fe(CN)6]溶液滴入FeCl2溶液中:K++Fe2++[Fe(CN)6]3-===KFe[Fe(CN)6]↓(2023·湖南卷,5C)
D.取一定体积的两种试剂:①KSCN溶液、②FeCl3溶液进行反应,改变两种试剂的滴加顺序(试剂浓度均为0.1 mol·L-1),反应现象没有明显差别(2023·湖南卷,7D)
解析 Fe2O3为红色,常被用作红色颜料,俗称铁红,A正确;溶液呈棕黄色是因为有Fe3+,有浑浊是产生了Fe(OH)3,因为硫酸亚铁久置后易被氧气氧化,化学方程式为: 12FeSO4+3O2+6H2O===4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3↓,B错误;K3[Fe(CN)6]用来鉴别Fe2+生成滕氏蓝沉淀,反应的离子方程式为K++Fe2++[Fe(CN)6]3-===KFe[Fe(CN)6]↓,C正确;向KSCN溶液中滴加FeCl3溶液,溶液立即变为血红色;向FeCl3溶液中滴加KSCN溶液,溶液同样立即变为血红色,因此,改变两种试剂的滴加顺序后反应现象没有明显差别,D正确。
答案 B
3.(2022·湖南卷)为探究FeCl3的性质,进行了如下实验(FeCl3和Na2SO3溶液浓度均为0.1 mol·L-1)。
实验
操作与现象
①
在5 mL水中滴加2滴FeCl3溶液,呈棕黄色;煮沸,溶液变红褐色。
②
在5 mL FeCl3溶液中滴加2滴Na2SO3溶液,变红褐色;
再滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀。
③
在5 mL Na2SO3溶液中滴加2滴FeCl3溶液,变红褐色;
将上述混合液分成两份,一份滴加K3[Fe(CN)6]溶液,无蓝色沉淀生成;
另一份煮沸,产生红褐色沉淀。
依据上述实验现象,结论不合理的是( )
A.实验①说明加热促进Fe3+水解反应
B.实验②说明Fe3+既发生了水解反应,又发生了还原反应
C.实验③说明Fe3+发生了水解反应,但没有发生还原反应
D.整个实验说明SOeq \o\al(2-,3)对Fe3+的水解反应无影响,但对还原反应有影响
解析 铁离子的水解反应为吸热反应,加热煮沸可促进水解平衡正向移动,使水解程度加深,生成较多的氢氧化铁,从而使溶液显红褐色,A正确;在5 mL FeCl3溶液中滴加2滴同浓度的Na2SO3溶液,根据现象和分析可知,Fe3+既发生了水解反应,生成红褐色的氢氧化铁,又被亚硫酸根离子还原,得到亚铁离子,加入铁氰化钾溶液后,出现特征蓝色沉淀,B正确;实验③中在5 mL Na2SO3溶液中滴加2滴同浓度少量FeCl3溶液,根据现象和分析可知,仍发生铁离子的水解反应,但未来得及发生铁离子
的还原反应,即水解反应比氧化还原反应速率快,C正确;结合三组实验,说明铁离子与亚硫酸根离子混合时,铁离子的水解反应占主导作用,比氧化还原反应的速率快,因证据不足,不能说明亚硫酸根离子对铁离子的水解作用无影响,事实上,亚硫酸根离子水解显碱性,可促进铁离子的水解反应,D错误。
答案 D
4.(2022·浙江1月卷)化合物X由4种元素组成。某兴趣小组按如图流程进行实验:
实验Ⅰ
实验Ⅱ
请回答:
(1)组成X的元素有______________,X的化学式为____________。
(2)溶液C中溶质的成分是________________(用化学式表示);根据C→D→E的现象,给出相应微粒与阳离子结合由弱到强的排序:____________________。
(3)X与足量Na反应生成固体F的化学方程式是_________________。
解析 X形成水溶液,与氯化钡反应生成白色沉淀,且沉淀不与盐酸反应说明生成硫酸钡,说明X含有硫酸根,溶液加入KSCN变红说明含有Fe3+,B为4.66 g则为0.02 mol硫酸钡,说明X含有0.02 mol的硫酸根,H中为Fe单质,即为0.01 mol,X中含有0.01 mol Fe,由此可知X中应含有0.01 mol H。
(1)由分析可知,组成X的元素有:Fe、S、O、H;X的化学式为FeH(SO4)2;
(2)X为FeH(SO4)2与氯化钡反应,溶液C中溶质的成分是FeCl3、HCl以及过量的BaCl2;根据C为溶液,铁离子在水中会水解,C→D形成络合物,D→E形成沉淀,相应微粒与阳离子结合由弱到强的排序:Cl-、H2O、SCN-、OH-;
(3)X与足量Na反应生成固体F的化学方程式是:2FeH(SO4)2+40Naeq \o(=======,\s\up17(△),\s\do15(惰性气氛))2Fe+4Na2S+16Na2O+H2。
答案 (1)Fe、S、O、H FeH(SO4)2
(2)FeCl3、HCl、BaCl2 Cl-、H2O、SCN-、OH-
(3)2FeH(SO4)2+40Naeq \o(=======,\s\up17(△),\s\do15(惰性气氛))2Fe+4Na2S+16Na2O+H2
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