内容正文:
化学 必修1 第一册
第二单元 物质的化学计量
第一课时 物质的量
1.知道摩尔是物质的量的常用单位。2.理解阿伏加德罗常数、物质的量及其单位的意义。3.了解物质的量、物质的粒子数、物质的质量、摩尔质量之间的关系。4.初步学会有关物质的量的简单计算。
1.物质的量
(1)概念:物质的量是国际单位制中的七个基本物理量之一,表示含有一定数目的微观粒子集合体多少的物理量,符号为n。
(2)单位:摩尔(简称摩),符号为mol。
(3)标准:1 mol某种微粒集合体中所含的微粒数与0.012 kg 12C中所含的原子数相同。
(4)计量对象:分子、离子、原子、电子、质子、中子等所有微观粒子及它们的特定组合。
2.阿伏加德罗常数
(1)0.012 kg 12C中所含的原子数称为阿伏加德罗常数。
(2)符号为NA,单位mol-1,近似为6.02×1023 mol-1。
(3)物质的量、阿伏加德罗常数与粒子数(N)之间的关系:N=n·NA。
3.摩尔质量
(1)概念:单位物质的量的物质所具有的质量,符号为M,单位是g·mol-1。
(2)摩尔质量、物质的质量与物质的量之间的关系:m=n·M。
(3)当物质的质量以克为单位时,摩尔质量在数值上等于该物质的相对原子质量或相对分子质量。
4.化学方程式不仅表示了在一定条件下的化学变化,也表示了反应物和生成物之间物质的量的关系;如
2H2+ O2 2H2O
2 mol 1 mol 2 mol
判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)物质的量可以理解为物质的微观粒子数目。( )
(2)摩尔是国际单位制中七个基本物理量之一。( )
(3)1 mol H2和1 mol H2O中所含的分子数和原子数都相等。( )
(4)阿伏加德罗常数就是6.02×1023。( )
(5)1 mol任何物质所含有的粒子数相等。( )
(6)H2O的摩尔质量等于18。( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
启思研讨 教师独具内容
材料一 小明去超市购买A4纸和订书钉,发现A4纸外包装上注明一包500张,订书钉外包装标明一盒500枚。
材料二 水是大家非常熟悉的物质,它是由水分子构成的。如果一个一个地去数一滴水中含有的水分子,即使分秒不停,一个人一生也无法完成这一工作。怎样才能既科学又方便地知道一定质量或体积的水中所含的水分子数呢?
[问题探究]
1.材料中提到的一包、一盒和物质的量描述的对象有何不同?“1 mol A4纸”“1 mol订书钉”的说法正确吗?
提示:材料中提到的一包、一盒等都是针对宏
观物质,而物质的量是用来描述微观粒子集合体数目的多少的物理量,只能针对具体的微观粒子,如原子、分子、离子等;“1 mol A4纸”“1 mol订书钉”的说法不正确。
2.若4 ℃时,水的密度为1.0 g·mL-1,你知道1滴水(约为0.05 mL)中含有多少个水分子吗?
提示:1滴水约为0.05 mL,其质量为0.05 mL×1.0 g·mL-1=0.05 g,则有n(H2O)== mol,故含有的水分子数为N(H2O)= mol×6.02×1023 mol-1≈1.67×1021。
知识点一 物质的量、阿伏加德罗常数
1.物质的量——“四化”
(1)专有化:物质的量是一个专用名词,在表述时不可增减,不能说成“物质量”“物质的质量”或“物质的数量”等。
(2)微观化:物质的量的单位是摩尔,只能用于表示分子、原子、离子、质子、中子、电子等微观粒子集合体的多少,不适合表示宏观物质的数量。例:1 mol苹果、1 mol铁元素等说法都是错误的。
(3)具体化:在使用物质的量表示物质时,必须具体指明微粒的种类。如1 mol O2表示1摩尔氧分子,1 mol O表示1摩尔氧原子,1 mol O2-表示1摩尔氧离子。而1 mol氧的表述是错误的,因为“氧”是元素的名称,不是微观粒子的名称。
(4)集体化:微粒个数的数值只能是正整数,而物质的量表示的是很多个微粒的集合体,其数值可以是整数,也可以是小数。例:5 mol H2O、0.5 mol H2O。
2.阿伏加德罗常数的正确理解
阿伏加德罗常数由数字和单位组成,并不是纯数,本身包含单位mol-1,即NA≈6.02×1023 mol-1,仅说6.02×1023是错误的。
3.物质及其构成微粒数和物质的量间的转化关系
1.下列有关物质的量和摩尔的叙述不正确的是( )
A.物质的量是国际单位制中七个基本物理量之一
B.物质的量可用n表示,1 mol粒子的数目约为6.02×1023
C.摩尔描述的对象可以是分子、离子、原子、质子、中子、电子和原子团
D.用摩尔表示物质的量时,要用化学符号指明粒子种类,而不能用该粒子的中文名称
答案:D
2.设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A.0.4 mol氦气中含有的氦原子数为0.8NA
B.0.3 mol Na2SO4中含有Na+数为0.3NA
C.0.2NA个硫酸分子和0.4 mol O2具有相同的O2
D.0.1 mol CH4含有的质子数为NA
答案:D
知识点二 摩尔质量
1.摩尔质量概念的理解
(1)等值性:摩尔质量以g·mol-1作单位时,在数值上与物质的相对原子质量或相对分子质量相等。
(2)确定性:对于指定的物质来说,其摩尔质量的值是一个定值,不随物质的物质的量的多少而改变。
(3)指向性——粒子的具体化。
2.摩尔质量的计算方法
(1)已知任意状态下物质的质量和物质的量时:M=(定义式)。
(2)已知一个分子的质量时:M=m(分子)×NA。
3.下列说法正确的是( )
A.48 g O3含有氧原子的物质的量为1 mol
B.1 mol HCl的质量是36.5 g·mol-1
C.Cl2的摩尔质量等于它的相对分子质量
D.硫酸根离子的摩尔质量是96 g·mol-1
答案:D
4.计算下列物质的摩尔质量(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
(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 。
(3)已知一个铁原子的质量为b g,则铁的摩尔质量为 。
(4)已知a g某气体中含分子数为b,则该气体的摩尔质量为 。
(5)2 g H2与32 g O2组成的混合气体的平均摩尔质量为 。
答案:(1)17 g·mol-1 (2)64 g·mol-1
(3)bNA g·mol-1 (4) g·mol-1
(5)17 g·mol-1
知识点三 以物质的量为中心的计算
1.相互换算时常用关系式
(1)n=(n表示物质的量,N表示粒子数)。关系式中NA的单位是mol-1。
(2)M=(M为摩尔质量,m为物质的质量)。
若M的单位是g·mol-1时,则m的单位是g。
(3)由N=n·NA可以推出:
①n和N成正比,物质的量越大,所含的微粒数也就越多;
②物质的量之比等于微粒数之比。
(4)由=n=可以看出,物质的量(n)是物质的质量(m)和物质所含微粒数(N)之间的桥梁。
2.物质的量在化学方程式计算中的应用
(1)推导过程(以H2与O2反应生成H2O为例)
2H2 + O2 2H2O
质量之比 4 g ∶ 32 g ∶ 36 g
化学计量数之比 2 ∶ 1 ∶ 2
微粒数之比 2 ∶ 1 ∶ 2
扩大NA倍 2NA ∶ NA ∶ 2NA
物质的量之比 2 mol ∶ 1 mol ∶ 2 mol
(2)结论:化学方程式中,各物质的化学计量数之比等于相应物质的微粒数之比,也等于物质的量之比。
5.医疗上颇为流行的“理疗特效热”是利用铁缓慢氧化放出均匀、稳定的热,使患处保持温热状态。若56 g铁粉完全氧化成氧化铁,则需要消耗氧气的量为( )
A.0.75 mol B.32 g
C.21 g D.0.5 mol
答案:A
6.(1)0.5 mol Al含有 个铝原子,质量是 g;2.107×1024个铝原子是 mol Al,质量为 g。
(2)0.2 mol SO2气体中含有的分子数为 ,含有的原子数为 ,其质量为 g。
答案:(1)3.01×1023(或0.5NA) 13.5 3.5 94.5 (2)1.204×1023(或0.2NA) 3.612×1023(或0.6NA) 12.8
本课总结
随堂提升
1.下列有关物质的量的说法正确的是( )
A.物质的量是物质的质量的简称
B.某物质的摩尔数是1 mol
C.物质的量是国际单位制中七个基本单位之一
D.物质的量描述的对象是微观粒子
答案:D
解析:物质的量是表示物质所含微粒集合体多少的物理量,并不是物质的质量,A错误;摩尔是物质的量的单位,正确的说法是“某物质的物质的量为1 mol”,B错误;物质的量是国际单位制中七个基本物理量之一,C错误。
2.下列关于摩尔质量的说法正确的是( )
A.摩尔质量表示单位物质的量的物质所具有的质量
B.1 mol H2SO4的质量与H2SO4的摩尔质量相同
C.摩尔质量的单位是摩尔
D.某物质的物质的量越多,对应的摩尔质量越大
答案:A
3.下列各组物质中含氧原子的物质的量相同的是( )
A.0.3 mol O2和0.3 mol H2O
B.0.1 mol H2SO4和3.6 g H2O
C.0.1 mol MgSO4·7H2O和0.1 mol C12H22O11
D.6.02×1023个CO2与0.1 mol KMnO4
答案:C
4.设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法中正确的是( )
A.NA个氢气分子与NA个氧气分子的质量比为1∶1
B.NA个水分子的质量(单位为克)与水的摩尔质量在数值上相等
C.16 g氧气中含有的氧气分子数为NA
D.44 g CO2与28 g CO所含有的原子数均为NA
答案:B
解析:NA个氢气分子与NA个氧气分子的质量比等于摩尔质量之比=2∶32=1∶16,A错误;16 g氧气中含有的氧气分子数是0.5NA,C错误;44 g CO2和28 g CO的物质的量均为1 mol,但CO2是三原子分子,CO为双原子分子,D错误。
5.请回答下列问题:
(1)相同物质的量的N2和SO2分子数之比为 ,原子总数之比为 ,质量之比为 。
(2)12.4 g Na2R含0.4 mol Na+,则Na2R的摩尔质量为 ,R的相对原子质量为 。
答案:(1)1∶1 2∶3 7∶16 (2)62 g·mol-1 16
解析:(2)由12.4 g Na2R含0.4 mol Na+可知,Na2R的摩尔质量为=62 g·mol-1;由摩尔质量与相对分子质量的数值相等可知,R的相对原子质量为(62-23×2)=16。
课时作业
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1.下列对于“摩尔”的说法和理解正确的是( )
A.摩尔是国际科学界建议采用的一种物理量
B.摩尔可以把物质的宏观数量与微观粒子的数量联系起来
C.国际上规定,0.012 kg碳原子所含有的碳原子数目为1 mol
D.摩尔是物质的量的单位,简称摩,符号为mol
答案:D
解析:物质的量是国际单位制中的基本物理量,是连接宏观物质与微观粒子的桥梁,A、B错误;摩尔是物质的量的单位,0.012 kg 12C中所含碳原子的物质的量为1 mol,C错误。
2.下列说法中正确的是( )
A.硫酸的摩尔质量为98 g
B.18 g水中约含有6.02×1023个水分子
C.O2的摩尔质量等于相对分子质量
D.1 mol CO的质量为28 g·mol-1
答案:B
解析:摩尔质量的单位是g·mol-1,A错误;当物质的质量以g为单位时,摩尔质量在数值上等于该物质的相对分子质量或相对原子质量,C错误;质量的单位为g,D错误。
3.下列关于阿伏加德罗常数的说法错误的是( )
A.6.02×1023就是阿伏加德罗常数
B.0.012 kg 12C含有的碳原子数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氨气所含的原子数约为2.408×1024
答案:A
解析:阿伏加德罗常数(NA)的单位是mol-1,其基准量为0.012 kg 12C中所含的碳原子数,近似数值为6.02×1023。
4.16 g X气体含有3.01×1023个分子,则X的摩尔质量为( )
A.16 g·mol-1 B.32 g
C.32 g·mol-1 D.64 g·mol-1
答案:C
解析:n(X)===0.5 mol,M===32 g·mol-1。
5.设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法不正确的是( )
A.硫酸的摩尔质量与NA个磷酸分子的质量(以克为单位)在数值上相等
B.NA个N2和NA个O2的质量比等于7∶8
C.3.2 g O2所含的原子数目约为0.2NA
D.54 g铝与足量稀盐酸反应生成气体的分子数为2NA
答案:D
6.偏二甲肼(C2H8N2)是一种高能燃料,燃烧产生的巨大能量可作为航天运载火箭的推动力。下列叙述正确的是( )
A.6.02×1023个偏二甲肼分子的质量约为60 g
B.偏二甲肼中C、H、N元素的质量之比为1∶4∶1
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
答案:A
解析:6.02×1023个C2H8N2的物质的量约是1 mol,由于其摩尔质量为60 g·mol-1,所以1 mol偏二甲肼分子的质量为60 g,A正确,C错误;C2H8N2中C、H、N元素的物质的量之比为1∶4∶1,B错误;6 g偏二甲肼为0.1 mol,则含有0.1NA个偏二甲肼分子,D错误。
7.20 g A物质和14 g B物质恰好完全反应,生成8.8 g C物质、3.6 g D物质和0.2 mol E物质,则E物质的摩尔质量为( )
A.100 g·mol-1 B.108 g·mol-1
C.55 g·mol-1 D.96 g·mol-1
答案:B
解析:E物质的质量=20 g+14 g-8.8 g-3.6 g=21.6 g,其摩尔质量=21.6 g÷0.2 mol=108 g·mol-1。
8.有关有机化合物C9H13N的下列说法中不正确的是( )
A.13.5 g C9H13N中的原子数为2.3NA
B.C9H13N的摩尔质量为135 g·mol-1
C.C9H13N分子的相对分子质量为135 g
D.完全燃烧时生成H2O的物质的量比生成CO2的物质的量少
答案:C
9.用NA表示阿伏加德罗常数的值。下列叙述中不正确的是( )
A.36 g NH含有的离子数为NA
B.2.8 g CO与C2H4的混合气体中所含分子数为0.1NA
C.17 g氨气和18 g铵根离子所含N原子数均为NA
D.室温下,1 mol H2中含有2NA个氢原子
答案:A
解析:36 g NH的物质的量为=2 mol,含有的离子数为2NA,A错误;CO与C2H4的摩尔质量均为28 g/mol,2.8 g混合气体的物质的量为0.1 mol,所含分子数为0.1NA,B正确;NH3的摩尔质量为17 g/mol,17 g NH3的物质的量为1 mol,所含N原子数为NA,NH的摩尔质量为18 g/mol,18 g NH的物质的量为1 mol,所含N原子数为NA,C正确;1 mol H2中含有NA个H2,H2是双原子分子,所以1 mol H2中含有2NA个氢原子,D正确。
10.某硫原子的质量是a g,12C原子的质量是b g,若NA表示阿伏加德罗常数的数值,则下列说法中正确的是( )
A.该硫原子的相对原子质量为 g·mol-1
B.m g该硫原子的物质的量为 mol
C.该硫原子的摩尔质量是aNA g
D.a g该硫原子所含的电子数为16NA
答案:B
解析:该硫原子的相对原子质量为该硫原子的质量除以12C原子质量的,即,A不正确;m g该硫原子的个数为,其物质的量为 mol,B正确;该硫原子的摩尔质量是aNA g·mol-1,C不正确;a g该硫原子即一个硫原子,一个硫原子所含电子数为16,D不正确。
11.将0.01 mol Na2SO4·10H2O溶于水中,要使Na+数目与水分子数目之比为1∶100,则需加入水的质量为( )
A.18 g B.36 g
C.34.2 g D.37.8 g
答案:C
解析:Na+数目与水分子数目之比为1∶100,则Na+和水分子的物质的量之比为1∶100,溶液中Na+的物质的量是0.02 mol,则水分子的物质的量为2 mol,0.01 mol Na2SO4·10H2O中水的物质的量为0.01 mol×10=0.1 mol,则需要加入水的物质的量为2 mol-0.1 mol=1.9 mol,需要加入水的质量为1.9 mol×18 g·mol-1=34.2 g。
12.用NA表示阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A.2 g H2所含原子数目为NA
B.常温常压下,16 g CH4含有8NA个电子
C.44 g CO2与N2O的混合物中含有的原子总数为3NA
D.由CO2和O2组成的混合物中共含有NA个分子,其含有的氧原子数目为4NA
答案:C
解析:2 g H2的物质的量是1 mol,所含原子数目为2NA,A错误;1个CH4分子中含有10个电子,所以16 g CH4(1 mol)中含有10NA个电子,B错误;CO2与N2O的相对分子质量均是44,且二者每个分子中均含有3个原子,所以44 g CO2与N2O的混合物中含有的原子总数为3NA,C正确;由CO2和O2组成的混合物中共含有NA个分子,混合气体的物质的量是1 mol,二者每个分子中均含有2个氧原子,所以其含有的氧原子数目为2NA,D错误。
13.已知:3X+Y===2Z+W。Z和W的摩尔质量之比为21∶10,当6.9 g X与足量Y反应时,可生成1.5 g W。则Y和W的摩尔质量之比为( )
A.16∶9 B.3∶5
C.9∶5 D.46∶9
答案:B
解析:设生成Z的质量为a g、Z和W的摩尔质量分别为M(Z) g·mol-1、M(W) g·mol-1,则
3X+Y=== 2Z + W
2×M(Z) M(W)
a g 1.5 g
==,解得a=6.3,根据质量守恒定律可知,参加反应的Y的质量为1.5 g+6.3 g-6.9 g=0.9 g,设Y的摩尔质量为M(Y) g·mol-1,由化学方程式可知,=,故M(Y)∶M(W)=3∶5。
14.由X与Y化合生成Z的反应为2X+3Y===2Z,反应物X与生成物Z的质量关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A.有4 g的Z生成时消耗2 g Y
B.X、Y、Z的摩尔质量之比为2∶2∶3
C.2 mol X的质量与3 mol Y的质量之和等于2 mol Z的质量
D.有4.8 g X完全反应,消耗0.3 mol Y,则X的摩尔质量为24 g·mol-1
答案:B
解析:由分析可知,有4 g的Z生成时,消耗2 g X,根据质量守恒定律可知消耗2 g Y,A正确;由题图可知生成20 g Z时,消耗10 g X,根据质量守恒定律可知消耗10 g Y,根据化学方程式中化学计量数之比等于相应物质的物质的量之比,可得∶∶=2∶3∶2,因此MX∶MY∶MZ=3∶2∶6,B错误;根据化学方程式的意义可知,C正确;根据化学方程式可知消耗0.3 mol Y,有0.2 mol X参加反应,则X的摩尔质量为24 g·mol-1,D正确。
二、非选择题
15.(1)长征系列运载火箭的燃料之一是肼(N2H4)。回答下列问题。
①肼的摩尔质量是 。
②16 g肼中含有氮原子的数目与 g NH3中含有的氮原子数相等。
③已知肼在氧气中燃烧只生成N2和H2O,一定质量的肼燃烧后生成N2和H2O的物质的量之比是 。
(2)9.5 g某二价金属氯化物(ACl2)中含有0.2 mol Cl-,则A的相对原子质量是 。
(3)等质量的O2与O3所含氧原子数之比为 。
(4)将一定物质的量的CO2和NH3混合,测得混合气体中碳元素与氮元素的质量之比为3∶7,则该混合气体中CO2与NH3的物质的量之比为 。
答案:(1)①32 g·mol-1 ②17 ③1∶2 (2)24 (3)1∶1 (4)1∶2
解析:(3)O2和O3中都只含O原子,等质量的O2与O3所含氧原子数之比为1∶1。
(4)将一定物质的量的CO2和NH3混合测得混合气体中碳元素与氮元素的质量之比为3∶7,碳元素与氮元素的物质的量之比为∶=1∶2,则该混合气体中CO2与NH3的物质的量之比为1∶2。
16.将4.06 g MgCl2·xH2O晶体溶于水配成100 mL溶液,50 mL此溶液正好与含3.4 g AgNO3的溶液完全反应,求:
(1)MgCl2·xH2O晶体的摩尔质量为 。
(2)MgCl2·xH2O晶体的化学式中x的数值为 。
答案:(1)203 g·mol-1 (2)6
解析:n(AgNO3)==0.02 mol,由MgCl2+2AgNO3===Mg(NO3)2+2AgCl↓可判断与0.02 mol AgNO3正好反应的MgCl2为0.01 mol,那么4.06 g该晶体为0.02 mol。M(晶体)==203 g·mol-1,x=6。
17.(1)0.5 mol H2O的质量为 ,其中含有 个水分子,含有氢原子的物质的量为 。
(2)常温常压下,含碳原子数目为0.5NA的CO2气体的质量是 。(NA表示阿伏加德罗常数的值)
(3)2 mol CO2与3 mol SO3中所含分子数之比是 ,原子数之比是 。
(4)质量相同的H2、NH3、SO2、O3四种气体中,含有的分子数目最少的是 。
(5)等物质的量的O2和CO的质量之比是 ,所含氧原子数之比是 。
答案:(1)9 g 3.01×1023 1.0 mol
(2)22 g (3)2∶3 1∶2
(4)SO2 (5)8∶7 2∶1
解析:(1)由m=n·M可知,m(H2O)=0.5 mol×18 g·mol-1=9 g;由N=n·NA可知,N(H2O)=0.5 mol×6.02×1023 mol-1=3.01×1023;由物质组成可得关系式H2O~2H,则n(H)=n(H2O)×2=0.5 mol×2=1.0 mol。
(2)由n=可知,n(C)=0.5 mol,由m=n·M可知,m(CO2)=0.5 mol×44 g·mol-1=22 g。
(3)根据N=n·NA可知2 mol CO2与3 mol SO3的分子数之比是2∶3;原子数之比是(2×3)∶(3×4)=1∶2。
(4)根据n=可知,摩尔质量最大的是SO2,质量相同时,其物质的量最小,含有的分子数最少。
(5)设O2和CO的物质的量均为x mol,由m=n·M可知,二者的质量分别为32x g、28x g,因此质量之比为32x g∶28x g=8∶7;由物质组成可得关系式O2~2O、CO~O,则二者所含氧原子分别为2x mol、x mol,由N=n·NA可知,所含氧原子数之比为2∶1。
18.(1)甲烷(CH4)的摩尔质量为 ;8 g CH4中约含有 个分子、含有 mol电子。
(2)含原子数相等的甲烷和氨(NH3)的质量之比为 。
(3)有二氧化碳与一氧化碳的混合气体共10.8 g,其总物质的量为0.3 mol。混合气体缓慢通过足量的氢氧化钠溶液后,剩余气体的质量为 ,所含分子数约为 。
(4)将1.42 g Na2SO4溶于水中,要使每100个水分子中溶有1个Na+,则需水的质量为 。
答案:(1)16 g·mol-1 3.01×1023 5
(2)64∶85 (3)4.2 g 9.03×1022 (4)36 g
解析:(2)假设所含的原子均为1 mol,甲烷和氨(NH3)的质量之比为∶=64∶85。
(3)设混合气体中CO2的物质的量为x,则一氧化碳的物质的量为(0.3 mol-x)。根据质量守恒,有44 g·mol-1×x+28 g·mol-1×(0.3 mol-x)=10.8 g,解得x=0.15 mol,则一氧化碳的物质的量为0.3 mol-x=0.15 mol。混合气体缓慢通过足量的氢氧化钠溶液后,CO2全部被吸收,剩余气体为CO,m(CO)=M(CO)×n(CO)=28 g·mol-1×0.15 mol=4.2 g;N(CO)=0.15 mol×6.02×1023 mol-1=9.03×1022。
(4)Na2SO4的摩尔质量为142 g·mol-1,1.42 g Na2SO4的物质的量为0.01 mol,含有Na+的物质的量为0.02 mol,所需水分子的物质的量为0.02 mol×100=2 mol,其质量为2 mol×18 g·mol-1=36 g。
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