内容正文:
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
第四节 沉淀溶解平衡
第2课时 沉淀溶解平衡的应用
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
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目录
contents
Part 01 知识整合 新知探究
Part 02 等级达标 过关测试
Part 03 课时作业
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
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知识整合 新知探究
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Fe(OH)3
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CuS、HgS
H2S+Cu2+===CuS↓+2H+
Hg2++S2-===HgS↓
沉淀
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相应离子
沉淀溶解
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降低
溶解
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白
黄
黑
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白
白
红褐
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越大
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等级达标 过关测试
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【答案】 D
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【答案】 A
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课时作业(十九)
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学习目标
课程标准
1.通过实验探究,了解沉淀的生成、溶解与转化。
2.能够根据化学平衡原理分析沉淀的生成、溶解与转化。
3.能举例说明沉淀溶解平衡在生产、生活中的应用。能运用沉淀溶解平衡原理,分析和解决生产、生活中有关的实际问题。
运用化学平衡理论分析沉淀的生成、溶解、转化的实质,并会解决生产生活中的实际问题。
知识点一 沉淀的生成与溶解
1.沉淀的生成
(1)沉淀生成的应用
在涉及无机制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域中,常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。
(2)沉淀的方法
①调节pH法:如工业原料氯化铵中含杂质氯化铁,使其溶解于水,再加入氨水调节pH至7~8,可使Fe3+转变为_____________沉淀而除去。反应如下:_______________________________________。
Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NHeq \o\al(+,4)
②加沉淀剂法:如以Na2S、H2S等作沉淀剂,使某些金属离子,如Cu2+、Hg2+等生成极难溶的硫化物__________________等沉淀,也是分离、除去杂质常用的方法。
a.通入H2S除去Cu2+的离子方程式:__________________________。
b.加入Na2S除去Hg2+的离子方程式:________________________。
c.同离子效应法:增大溶解平衡中离子浓度,使平衡向________的方向移动。
2.沉淀的溶解
(1)沉淀溶解的原理:
根据平衡移动原理,对于在水中难溶的电解质,如果能设法不断地移去溶解平衡体系中的____________,使平衡向____________的方向移动,就可以使沉淀溶解。
(2)沉淀溶解的方法:
①酸溶解法:用强酸溶解的难溶电解质有CaCO3、FeS、Al(OH)3、Cu(OH)2等。
如CaCO3难溶于水,却易溶于盐酸,原因是:CaCO3在水中存在溶解平衡_________________________________,当加入盐酸后发生反应:_______________________________,c(COeq \o\al(2-,3))________,溶解平衡向________方向移动。
CaCO3(s)Ca2+(aq)+COeq \o\al(2-,3)(aq)
COeq \o\al(2-,3)+2H+===H2O+CO2↑
②盐溶液溶解法:Mg(OH)2难溶于水,能溶于盐酸、NH4Cl溶液中。溶于NH4Cl溶液反应的离子方程式为____________________________________。
Mg(OH)2+2NHeq \o\al(+,4)===Mg2++2NH3·H2O
1.要使工业废水中的重金属离子Pb2+沉淀,可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作沉沉剂,已知Pb2+与某些离子形成的化合物的溶解度如下:
化合物
PbSO4
PbCO3
PbS
溶解度/g
1.03×10-4
1.81×10-7
1.84×10-14
由上述数据可知,选用的沉淀剂最好为( )
A.硫化物
B.硫酸盐
C.碳酸盐
D.以上沉淀剂均可
【解析】 要将Pb2+沉淀,就要使其形成溶解度较小的物质,由表中数据可知,PbS的溶解度最小,故所用的沉淀剂最好为硫化物。
【答案】 A
2.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)洗涤沉淀时,洗涤次数越多越好( )
(2)为了减少BaSO4的损失,洗涤BaSO4沉淀时可用稀硫酸代替水( )
(3)除废水中某些重金属离子如Cu2+、Hg2+时,常用Na2S等,是因为生成的CuS、HgS极难溶,使废水中Cu2+、Hg2+浓度降得很低( )
(4)CaCO3溶解时常用盐酸而不用稀硫酸,是因为稀硫酸不与CaCO3反应( )
【答案】 (1)× (2)√ (3)√ (4)×
水滴石穿是一个汉语成语,意为水不断下滴,可以洞穿石头。比喻只要有恒心,不断努力,事情一定会成功。
水滴石穿的自然现象同时蕴含着化学知识。你能利用化学知识解释一下吗?
提示 石头中的成分CaCO3在水中存在溶解平衡:CaCO3(s) Ca2+(aq)+COeq \o\al(2-,3)(aq),空气中的CO2溶于水,与COeq \o\al(2-,3)反应生成HCOeq \o\al(-,3),使c(COeq \o\al(2-,3))不断减小,导致平衡向沉淀溶解的方向移动,石头逐渐溶解。
(1)沉淀的生成和溶解是两个方向相反的过程,控制离子浓度,可以使反应向我们需要的方向转化。
(2)利用生成沉淀除去某种离子,首先要使生成沉淀的反应能够发生,其次沉淀生成的反应进行得越完全越好。
(3)根据平衡移动原理,对于在水中难溶的电解质,如果能设法不断地移去溶解平衡体系中的相应离子,使平衡向沉淀溶解的方向移动,就可以使沉淀溶解。如常用强酸溶解CaCO3、FeS等难溶电解质。
1.常温下,用AgNO3溶液分别滴定浓度均为0.01 mol·L-1的KCl、K2C2O4溶液,所得的沉淀溶解平衡图像如图所示(不考虑C2Oeq \o\al(2-,4)的水解,Xn-代表Cl-、C2Oeq \o\al(2-,4))。下列叙述正确的是( )
A.Ksp(Ag2C2O4)的数量级等于10-7
B.n点表示AgCl的不饱和溶液
C.向c(Cl-)=c(C2Oeq \o\al(2-,4))的混合溶液中滴入AgNO3溶液时,先生成Ag2C2O4沉淀
D.反应Ag2C2O4(s)+2Cl-(aq)2AgCl(s)+C2Oeq \o\al(2-,4) (aq)的平衡常数K>105
【解析】 A.由图可知,lgc(C2Oeq \o\al(2-,4))=-2.46时,-lgc(Ag+)=4,即c(C2Oeq \o\al(2-,4))=10-2.46 mol/L,c(Ag+)=10-4 mol/L,则Ksp(Ag2C2O4)=c(C2Oeq \o\al(2-,4))×c2(Ag+)=10-2.46×(10-4 )2=10-10.46,所以Ksp(Ag2C2O4)的数量级等于10-11,故A错误;B.由图可知,n点的c(Ag+)比AgCl溶解平衡曲线上对应点的c(Ag+)大,AgCl溶解平衡向形成AgCl的方向移动,即N点表示AgCl的过饱和溶液,故B错误;C.由图可知,当阴离子浓度c(Cl-)=c(C2Oeq \o\al(2-,4))时,生成AgCl沉淀所需的c(Ag+)小,则向c(Cl-)
=c(C2Oeq \o\al(2-,4))的混合液中滴入AgNO3溶液时,先析出AgCl沉淀,故C错误;D.由图可知,lgc(Cl-)=-5.75时,-lgc(Ag+)=4,即c(Ag+)= 10-4 mol/L,c(Cl-)=10-5.75mol/L,Ksp(AgCl)=c(Ag+)×c(Cl-)=10-9.75,Ag2C2O4(s)+2Cl-(aq)2AgCl(s)+C2Oeq \o\al(2-,4) (aq) 的平衡常数K=eq \f(cC2O\o\al(2-,4),c2Cl-)=eq \f(cC2O\o\al(2-,4),c2Cl-)×eq \f(c2Ag+,c2Ag+)=eq \f(KspAg2C2O4,K\o\al(2,sp)AgCl)=eq \f(10-10.46,10-9.752)=109.04 >105,故D正确。答案选D。
【答案】 D
2.某同学为探究CuS在不同酸中的溶解性,取4份黑色CuS粉末试样置于试管中,分别加入醋酸、浓盐酸、浓硫酸、浓硝酸。观察到如下现象:①CuS不溶于醋酸;②CuS不溶于浓盐酸;③CuS不溶于浓硫酸;④CuS在浓硝酸中溶解,溶液变蓝,并有红棕色的刺激性气味气体产生。根据上述现象,该同学得出的下列结论正确的是( )
A.CuS不溶于弱酸,能溶于强酸
B.CuS不溶于非氧化性酸,能溶于氧化性酸
C.CuS溶于浓硝酸,是因为浓硝酸的氧化性强于浓硫酸,S2-被氧化,使沉淀溶解平衡向沉淀溶解的方向移动
D.CuS溶于浓硝酸,是因为浓硝酸的酸性强于浓硫酸和浓盐酸的酸性,S2-结合H+,放出H2S气体,使沉淀溶解平衡向沉淀溶解的方向移动
【解析】 醋酸是弱酸,盐酸,硫酸均是强酸,A错误;浓硫酸具有强氧化性,CuS不溶于浓硫酸,故B错误;CuS悬浊液中存在沉淀溶解平衡CuS(s)Cu2+(aq)+S2-(aq),加入浓硝酸时,溶液中微量的S2-被NOeq \o\al(-,3)氧化,使上述平衡向右移动,故CuS能溶于浓硝酸,C正确;根据④的实验现象,加入浓硝酸时浓硝酸被还原为二氧化氮,则加入浓硝酸时,溶液中微量的S2-被NOeq \o\al(-,3)氧化,使CuS沉淀溶解平衡向右移动,故CuS能溶于浓硝酸,D错误。
【答案】 C
知识点二 沉淀的转化
1.沉淀转化实验
(1)难溶性银盐之间的转化。
步骤
现象
______色沉淀
______色沉淀
______色沉淀
化学方
程式
__________________
__________________
__________________
__________________
__________________
__________________
NaCl+AgNO3===
AgCl↓+NaNO3
AgCl(s)+KI
AgI(s)+KCl
2AgI(s)+Na2S
Ag2S(s)+2NaI
(2)Mg(OH)2与Fe(OH)3之间的转化。
步骤
现象
产生______色沉淀
产生的______色沉淀
逐渐变为________色沉淀
化学方
程式
________________________
________________________
________________________
________________________
MgCl2+2NaOH===
Mg(OH)2↓+2NaC
3Mg(OH)2(s)+2FeCl3
2Fe(OH)3(s)+3MgCl2
2.沉淀转化的实质
溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀,两种沉淀的溶解度差别________,沉淀越容易转化。
3.沉淀转化的应用
(1)锅炉除水垢:
水垢[含CaSO4(s)]eq \o(——→,\s\up17(Na2CO3))CaCO3(s)eq \o(——→,\s\up17(盐酸))Ca2+(aq)
(2)自然界中矿物的转化:
原生铜的硫化物eq \o(——————→,\s\up17(氧化,淋滤))CuSO4溶液
eq \o(——————————————————→,\s\up17(\a\vs4\al(渗透,加闪锌矿ZnS和方铅矿PbS)))铜蓝(CuS)。
涉及反应:CuSO4+ZnS(s)CuS(s)+ZnSO4、CuSO4+PbS(s)CuS(s)+PbSO4。
(3)工业废水处理:
工业废水处理过程中,重金属离子可利用FeS等难溶物转化为HgS、Ag2S、PbS等沉淀。
如用FeS除去Hg2+的离子方程式:
_______________________________________。
FeS(s)+Hg2+(aq)HgS(s)+Fe2+(aq)
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)在一定条件下,溶解度较小的沉淀也可以转化成溶解度较大的沉淀( )
(2)因溶解度小的沉淀易向溶解度更小的沉淀转化,故ZnS沉淀中滴加CuSO4溶液可以得到CuS沉淀( )
(3)向AgCl悬浊液中滴加Na2S溶液,白色沉淀变成黑色:2AgCl(s)+S2-Ag2S(s)+2Cl-( )
(4)向氯化钠溶液中滴加少量硝酸银溶液,产生白色沉淀,若再滴加少量碘化钾溶液,则沉淀变为黄色,说明碘化银溶解度更小( )
【答案】 (1)√ (2)√ (3)√ (4)√
2.锅炉水垢是一种安全隐患,除去水垢中的CaSO4,可先用Na2CO3溶液处理,使之转化为易溶于酸的CaCO3,而后用酸除去。下列说法不正确的是 ( )
A.CaCO3的溶解度小于CaSO4
B.沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动
C.沉淀转化的难易与溶解度差别的大小无关
D.CaSO4到CaCO3的沉淀转化中并存着两个沉淀溶解平衡
【解析】 沉淀转化的方向是难溶物向更难溶的方向转化,所以沉淀的溶解度差别越大,越易转化,C选项错误。
【答案】 C
1.溶解度较小的沉淀易转化成溶解度更小的沉淀,而溶解度小的沉淀不能向溶解度大的沉淀转化,这种认识对吗?
提示 不对。只要离子积Qc>Ksp,溶解度小的沉淀也可以转化为溶解度大的沉淀。
2.水垢的主要成分为什么是CaCO3和Mg(OH)2,而不是CaCO3和MgCO3?
提示 天然水中含有Ca(HCO3)2,Mg(HCO3)2等钙盐和镁盐,煮沸时二者均可分解生成CaCO3和MgCO3,由于Mg(OH)2比MgCO3更难溶,MgCO3就与COeq \o\al(2-,3)水解生成的OH-结合生成更难溶的Mg(OH)2。
1.一般来说,溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现;两者差别越大,沉淀转化越容易。
2.组成类型相同的难溶电解质,Ksp小的难溶电解质能转化为Ksp更小的难溶电解质。
调节离子浓度,当Qc>Ksp时,也可以向着Ksp大的方向转化。
1.实验:①0.1 mol·L-1 AgNO3溶液和0.1 mol·L-1 NaCl溶液等体积混合得到浊液a,过滤得到滤液b和白色沉淀c;
②向滤液b中滴加0.1 mol·L-1 KI溶液,出现浑浊;
③向沉淀c中滴加0.1 mol·L-1 KI溶液,沉淀变为黄色。
下列分析不正确的是( )
A.浊液a中存在沉淀溶解平衡:AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)
B.滤液b中不含有Ag+
C.③中颜色变化说明AgCl转化为AgI
D.实验可以证明AgI比AgCl更难溶
【解析】 A项,在浊液a中,存在AgCl的沉淀溶解平衡,正确,B项,在滤液b中,仍含有少量Ag+,故在b中加入KI溶液生成了AgI沉淀,错误;由于AgI比AgCl更难溶解,向c中加入0.1 mol·L-1 KI溶液,能发生沉淀的转化,生成黄色的AgI,C项和D项都正确。
【答案】 B
2.25 ℃时,已知下列三种金属硫化物的溶度积常数(Ksp)分别为Ksp(FeS)=6.3×10-18;Ksp(CuS)=6.3×10-36;Ksp(ZnS)=1.6×10-24。下列关于常温时的有关叙述正确的是( )
A.硫化锌、硫化铜、硫化亚铁的溶解度依次增大
B.将足量的ZnSO4晶体加入0.1 mol·L-1的Na2S溶液中,Zn2+的浓度最大只能达到1.6×10-23 mol·L-1
C.除去工业废水中含有的Cu2+,可采用FeS固体作为沉淀剂
D.向饱和的FeS溶液中加入FeSO4溶液后,混合液中c(Fe2+)变大、c(S2-)变小,但Ksp(FeS)变大
【解析】 化学式所表示的组成中阴、阳离子个数比相同时,Ksp数值越大的难溶电解质在水中的溶解能力越强,由Ksp可知,常温下,CuS的溶解度最小,故A错;将足量的ZnSO4晶体加入0.1 mol·L-1的Na2S溶液中,c(S2-)将减至非常小,而Zn2+的浓度远远大于1.6×10-23 mol·L-1;因CuS比FeS更难溶,FeS沉淀可转化为CuS沉淀;温度不变;Ksp(FeS)不变。
【答案】 C
1.已知:Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),在有白色固体ZnS存在的饱和溶液中滴加适量CuSO4溶液,产生的实验现象是( )
A.固体逐渐溶解,最后消失
B.固体由白色变为黑色
C.固体颜色变化但质量不变
D.固体逐渐增多,但颜色不变
【解析】 ZnS和CuS的阴、阳离子个数比为1∶1,且Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),可得ZnS溶解度大于CuS,因此在ZnS饱和溶液中加CuSO4会使ZnS沉淀转化生成黑色CuS沉淀。
【答案】 B
2.下列事实不能用沉淀溶解平衡原理解释的是 ( )
A.误食可溶性钡盐,用5%的硫酸钠溶液洗胃
B.除去硫酸铜溶液中的铁离子,可加Cu(OH)2,调节pH
C.在AgI的沉淀体系中加硫化钠溶液,出现黑色沉淀
D.Mg(OH)2不溶于水,但能溶于浓NH4Cl溶液中
【解析】 反应实质是Ba2+与SOeq \o\al(2-,4)反应生成BaSO4沉淀,为复分解反应,不存在沉淀的转化,故A正确;氢氧化铁的溶解度较小,加入氢氧化铜,可调节pH,利于生成氢氧化铁,存在沉淀的转化,故B错误;在AgI的沉淀体系中加硫化钠溶液,出现黑色沉淀,说明生成溶解度更小的硫化银,存在沉淀的转化,故C错误;氢氧化镁存在溶解平衡,加入氯化铵后铵根离子结合氢氧根离子,促进了氢氧化镁的溶解,可用平衡移动原理解释,故D错误。
【答案】 A
3.已知几种难溶电解质的溶度积常数Ksp(25 ℃)见下表:
难溶电
解质
AgCl
(mol2·L-2)
AgBr
(mol2·L-2)
AgI
(mol2·L-2)
Ag2SO4
(mol3·L-3)
Ag2CrO4
(mol3·L-3)
Ksp
1.8×10-10
5.0×10-13
8.3×10-17
1.4×10-5
1.12×10-12
下列叙述不正确的是( )
A.由溶度积常数可判断在相同条件下一些物质的溶解性大小
B.将等体积的4×10-3 mol·L-1的AgNO3溶液和4×10-3 mol·L-1的K2CrO4溶液混合,有Ag2CrO4沉淀产生
C.向AgCl的悬浊液中滴加饱和NaBr溶液可以得到浅黄色AgBr悬浊液
D.向100 mL 0.1 mol·L-1的Na2SO4溶液中加入1 mL 0.1 mol·L-1的AgNO3溶液,有白色沉淀生成
【解析】 A.对于结构相似的物质,溶度积常数越小,则溶解度越小,所以由溶度积常数可判断在相同条件下一些物质的溶解性大小,A正确;B.由离子的浓度可知,(2×10-3)2×(2×10-3)=8×10-9>Ksp=1.12×10-12,所以有Ag2CrO4沉淀产生,B正确;C.由表格中的Ksp可知,1.8×10-10>5.0×10-13,则AgBr的溶度积比AgCl小,所以向AgCl的悬浊液中滴加NaBr的饱和溶液可以得到浅黄色AgBr悬浊液,C正确; D.混合溶液中c(Ag+)=0.1 mol·L-1×eq \f(1 mL,100+1mL) ≈0.001 mol·L-1,c2(Ag+)·c(SOeq \o\al(2-,4))=0.0012×0.1=1×10-7<1.4×10-5,故不会产生沉淀,D错误;故答案为:D。
4.T ℃下,三种硫酸盐MSO4(M:Pb2+、Ba2+、Sr2+)的沉淀溶解平衡曲线如下图所示。已知pM=-lgc(M),p(SOeq \o\al(2-,4))=-lgc(SOeq \o\al(2-,4))。下列说法正确的是( )
A.Y点对SrSO4是不饱和溶液,能继续溶解SrSO4
B.溶度积:BaSO4>PbSO4>SrSO4
C.BaSO4不可能转化成PbSO4
D.Z点对应的溶液中c(Ba2+)=c(SOeq \o\al(2-,4)),二者的浓度积等于1×10-10
【解析】 p(M)越大,则c(M)越小,即Pb2+、Ba2+、Sr2+的物质的量浓度越小;同理p(SOeq \o\al(2-,4))越大,c(SOeq \o\al(2-,4))越小。
A. Y点对应的SrSO4溶液中c(SOeq \o\al(2-,4))·c(Sr2+)<Ksp(SrSO4),故Y点对应的SrSO4是不饱和溶液,能继续溶解SrSO4,A正确;B.p(M)越大,则c(M)越小,即Pb2+、Ba2+、Sr2+的物质的量浓度越小;同理p(SOeq \o\al(2-,4))越大,c(SOeq \o\al(2-,4))越小。由图可知,p(SOeq \o\al(2-,4))相同时,BaSO4、PbSO4、SrSO4对应的p(M)依次减小,所以三者的溶度积依次增大,即BaSO4<PbSO4<SrSO4,B错误;C.沉淀的转化是可逆的,若向BaSO4悬浊液中加入浓度较大的含Pb2+的溶液, BaSO4能转化成PbSO4,C错误;D.Z点对应的溶液中c(Ba2+)=c(SOeq \o\al(2-,4)),c(Ba2+)·c(SOeq \o\al(2-,4))=1×10-10,D错误;故选A。
5.已知25 ℃:
难溶电解质
CaCO3
CaSO4
MgCO3
Ksp
2.8×10-9
9.1×10-6
6.8×10-6
某学习小组欲探究CaSO4沉淀转化为CaCO3沉淀的可能性,实验步骤如下。
①向100 mL 0.1 mol·L-1的CaCl2溶液中加入0.1 mol·L-1的Na2SO4溶液100 mL,立即有白色沉淀生成。
②向上述悬浊液中加入固体Na2CO3 3 g,搅拌,静置沉淀后弃去上层清液。
③再加入蒸馏水搅拌,静置后再弃去上层清液。
④________________________________________________。
(1)由题中信息,Ksp越大,表示电解质的溶解度越________(填“大”或“小”)。
(2)写出第②步发生反应的转化方程式:____________________ _______________________________________________________。
(3)设计第③步的目的是__________________________________。
(4)请补充第④步操作及发生的现象:_________________________。
(5)请写出该原理在实际生活、生产中的一个应用:_______________________________________________。
【解析】 Ksp越大,表示电解质的溶解度越大,溶解度大的沉淀会向溶解度小的沉淀转化,要证明CaSO4完全转化为CaCO3,可以加入盐酸,因为CaSO4不和盐酸反应,而CaCO3可完全溶于盐酸。在实际生活、生产中利用此反应可以将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3,再用盐酸除去。
【答案】 (1)大
(2)Na2CO3(aq)+CaSO4(s)CaCO3(s)+Na2SO4(aq)
(3)洗去沉淀中附着的SOeq \o\al(2-,4)
(4)向沉淀中加入足量的盐酸,沉淀完全溶解,并放出无色无味的气体
(5)将锅炉水垢中的CaSO4转化为CaCO3,再用盐酸除去
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