内容正文:
年 级:高二 学 科:化学(人教版)
主讲人:lrp 学 校:四川省华蓥中学
课时 4.2.1电解原理精
1
【学习目标】
1、会描述电解池的工作原理,能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式
2、熟悉电解规律和电解产物的判断方法
高中化学选必1
高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp
第四章 化学反应与电能
2
1.用氧化还原反应的观点分析判断下列各组微粒具有的性质,填写下表
组别 微粒 性质 强弱顺序
第1组 ①Zn2+、②Na+、③Cu2+、④H+ 氧化性 Cu2+>H+>Zn2+>Na+
第2组 ①Cu、②Fe、③OH-、④Cl- 还原性 Fe>Cu>Cl->OH-
2.判断下列说法的正误,正确的打“√”,错误的打“×”(1)金属导电是因为在电场作用下,自由电子发生定向移动( )
(2)电解质是在熔融或溶于水时能够导电的物质( )(3)金属导电是物理变化,电解质溶液导电是化学变化( )(4)硫酸铜溶于水后,能发生电离产生自由移动的Cu2+和SO42-( )(5)氯化钠溶液中只存在Na+和Cl-( )
√
×
√
√
×
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第四章 化学反应与电能
3
【探索新知】 一、电解原理1.按右图所示装置完成实验,并填写下表。
实验现象 实验结论
电流表指针发生偏转 说明电解质溶液 导电,形成闭合回路
与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层 。
与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生,能使湿润的淀粉KI试纸 。
能
铜
变蓝
Cu2+ + 2e- = Cu
2Cl- - 2e- = Cl2↑
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第四章 化学反应与电能
4
实验探究一:“电解CuCl2溶液”
通电前,CuCl2溶液中存在哪些离子?如何移动?
石墨
Cl-
Cu2+
Cl-
OH-
Cl-
Cl-
Cu2+
Cu2+
Cl-
Cl-
H+
Cl-
CuCl2 = Cu2+ + 2Cl-
H2O H+ + OH-
Cu2+、Cl-、H+、OH-
自由移动
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第四章 化学反应与电能
通电后,CuCl2溶液中的离子如何移动?
阳极
石墨
阴极
e-
e-
e-
e-
Cl-
Cu2+
Cl-
Cl-
Cl-
Cu2+
OH-
Cl-
H+
Cu2+
Cl-
Cl-
定向移动,阴阳相吸
Cl-、OH - →阳极
Cu2+、H+ →阴极
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第四章 化学反应与电能
与直流电源负极
相连的石墨棒(阴极)上逐渐覆盖一层红色的固体
阴极:Cu2++ 2e- = Cu(还原反应)
与直流电源正极相连的石墨棒(阴极)
上有使湿润的淀粉-碘化钾试纸变蓝的刺激性气味的气体产生
阳极:2Cl- - 2e- = Cl2↑(氧化反应)
“放电”
总反应:Cu2+ + 2Cl- Cu + Cl2↑
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2.实验原理分析(1)氯化铜溶液中的电离过程有① ,② ;溶液中存在的离子有 ,通电前,这些离子在溶液中做自由移动。(2)通电时,在电场的作用下,溶液中的离子做 移动,即 移向a极,
移向b极。(3)a极电极反应式是 ,b极电极反应式是 ,
总反应式是 。
(4)结论:电解质溶液的导电过程,就是电解质溶液的 过程。
CuCl2=Cu2++2Cl-
Cu2+、Cl-、H+、OH-
定向
阴离子
阳离子
2Cl--2e- = Cl2↑
Cu2++2e- = Cu
H2O H+ + OH-
CuCl2 Cu+Cl2↑
电解
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administer (a) -
小结:
(1)电解:电解是使电流通过 或熔融电解质而在两个电极上引起 的过程。
(2)电解池是将 转化为 的装置。
(3)电极名称
阴极:与电源 相连的电极,发生 反应;阴极发生反应的都是溶液中的 。
阳极:与电源 相连的电极,发生 反应。阳极又分为惰性电极和活性电极。
活性电极:除石墨、金和铂外的金属电极; 失去电子被氧化。
惰性电极:石墨、金和铂等电极,溶液中还原性强的 、
失去电子被氧化;
电解质溶液
氧化还原反应
电能
化学能
负极
还原
阳离子
正极
氧化
电极本身
(可能是阳离子)
阴离子
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(4)放电一般规律
放电是指阴阳离子在电极表面失去或得到电子的过程(离子失去电荷的过程)。
阴极:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H2O/H+>(Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+) 水溶液中没有机会得电子阳极:活性金属电极>S2->I- >Fe2+>Br->Cl->OH-/H2O > (含氧酸根>F - ) 优先放电 水溶液中没有机会失电子
特别提醒:这里离子放电顺序只是一般规律,若在考题中出现不符合此规律的信息,应该以信息为准。
(5) 电解池的构成条件:
具有与 相连接的两个电极(阴极、阳极),插入 溶液或熔融 中,形成 。
外接电源
电解质
电解质
闭合回路
(除Pt、Au以外的金属电极)
惰性电极(Pt、Au、石墨等):溶液中的离子放电
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【课堂练习1】1.如下图所示装置中,属于电解池的是( )
C
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2.(1) 如图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极,则下列有关判断正确的是( )
A.a为负极,b为正极B.a为阳极,b为阴极 C.电解过程中,d电极质量增加D.电解过程中,氯离子浓度不变
(2)若将CuCl2溶液改为H2SO4溶液,电极均改为铜电极,请写出电极方程式和总反应方程式,阴极: ,阳极 ,总反应 。
2H++2e- = H2↑
Cu-2e- = Cu2+
C
Cu+H2SO4 CuSO4+H2↑
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二、电解池电极反应书写
电极方程式的书写——注意惰性电极和活性电极的差别
(1) 以惰性电极“电解NaCl溶液”为例
① 写出溶液中存在的离子 阴离子: ;阳离子:
② 比较放电顺序 氧化性: ;还原性:
③写出电极反应,推测其他产物 阴极:
阳极:
总反应:
Cl-、OH-
Na+ 、H+
H+ > Na+
Cl- > OH-
2H2O+2e- = H2↑+2OH-
2Cl--2e- = Cl2↑
2NaCl+2H2O Cl2↑+H2↑+2NaOH
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(2)以铜为电极电解“H2SO4溶液”为例
阴极:
阳极:
总反应:
【微点拨】电解是最强的氧化还原手段,许多非自发进行的氧化还原反应在电解条件下得以发生
Cu - 2e- = Cu2+
2H++2e- = H2↑
Cu+H2SO4 CuSO4+H2↑
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第一阶段: 阳极反应式: ;
阴极反应式: ;
总反应化学方程式: ;
第二阶段: 阳极反应式: ;
阴极反应式: ;
总反应化学方程式: ;第三阶段:阳极反应式: 。
阴极反应式: ;
总反应化学方程式: ;
例题、用惰性电极电解CuSO4和NaCl的混合液(CuSO4与NaCl的物质的量为1∶1),明显分三个阶段,写出三个阶段的阴、阳两极反应式
2H+ + 2e- = H2↑
2Cl- - 2e- = Cl2↑
Cu2++2e- = Cu
2H2O - 4e- = O2↑ + 4H+
Cu2++2e- = Cu
2H2O - 4e- = O2↑ + 4H+
CuCl2 Cu + Cl2↑
2CuSO4+2H2O 2Cu+ O2↑+2H2SO4
2H2O O2↑+ H2↑
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【课堂练习2】1、现用铂电极电解1 L浓度均为0.1 mol·L-1的HCl、CuSO4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是( )
A.电解开始时阴极有H2放出
B.电解开始时阳极上发生:Cu2++2e- = Cu
C.当电路中通过的电子的量超过0.1 mol时,
此时阴极放电的离子发生变化
D.整个电解过程中,SO42-不参与电极反应
D
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2、有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是( )
A.甲中负极反应式为2H++2e- = H2↑
B.乙中阳极反应式为Ag++e- = Ag
C.丙中H+向碳棒方向移动
D.丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体
C
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3、关于下图所示①、②两个装置的叙述,正确的是( )
A.装置名称:①是原电池,②是电解池
B.硫酸浓度变化:①增大,②减小
C.电极反应式:
①中阳极:4OH--4e- = 2H2O+O2↑,
②中正极:Zn-2e- = Zn2+
D.离子移动方向:①中H+向阴极方向移动,
②中H+向负极方向移动
B
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三、酸、碱、盐溶液的电解规律(电解类型)1.有下列两组离子:①Cu2+、Na+、H+、Ag+;
②Cl-、I-、SO42-、OH-。电解时,移向阳极的是 ,放电先后顺序是 ;移向阴极的是 ,放电先后顺序是 。2.用惰性电极电解酸、碱、盐溶液,填写下表:
②
I- 、Cl-、OH-、 SO42-
①
Ag+ 、Cu2+、 H+、Na+
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电解质及类别 电极反应式 电解物质 pH变化
电解水型 H2SO4含氧酸 阳极:
NaOH强碱
Na2SO4 阴极:
电解电解质型 HCl无氧酸 阳极:
阴极:
CuCl2不活泼金属的无氧酸盐 阳极:
阴极:
放H2生碱型 NaCl活泼金属的无氧酸盐 阳极:
阴极:
放O2生酸型 CuSO4不活泼金属的含氧酸盐 阳极:
阴极:
2H2O-4e- = O2↑+4H+
2H2O+2e- = H2↑+2OH-
H2O
减小
增大
不变
2Cl--2e- = Cl2↑
2H++2e- = H2↑
HCl
增大
2Cl--2e- = Cl2↑
Cu2++2e- = Cu
CuCl2
2Cl--2e- = Cl2↑
2H2O+2e- = H2↑+2OH-
NaCl
H2O
增大
2H2O - 4e- = O2↑+4H+
Cu2++2e- = Cu
CuSO4
H2O
减小
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【小结】1.分析电解问题的基本方法思路(1)通电前:电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H+和OH-)。(2)通电时:阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,结合放电顺序分析谁优先放电(注意活泼金属作阳极时优先放电)。(3)正确书写电极反应式,要注意原子数、电荷数是否守恒。(4)能结合题目要求分析电解时的各种变化情况,如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH变化等。
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【课堂练习3】1、用惰性电极电解某溶液时,发现两极只有H2和O2生成,则电解一段时间后,下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有( )
①该溶液的pH可能增大 ②该溶液的pH可能减小 ③该溶液的pH可能不变 ④该溶液的浓度可能增大 ⑤该溶液的浓度可能不变 ⑥该溶液的浓度可能减小
A.①②③ B.①②③④ C.①②③④⑤ D.全部
C
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2、用惰性电极电解Cu(NO3)2、NaCl的混合液,最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是( )
A.H2和Cl2 B.Cu和Cl2 C.H2和O2 D.Cu和O2
B
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四、电解后溶液浓度的恢复
简单的电解进行一段时间后,如果希望电解质溶液恢复电解质溶液电解前的浓度,原则上只需要加入电解时 即可。
例如,电解氢氧化钠溶液或硫酸溶液一段时间后,若希望恢复电解质溶液的浓度,应当如何?再如,电解HCl溶液一段时间后,若希望恢复电解质溶液的浓度,应当如何?
脱离电解质溶液的物质
分析:电解氢氧化钠:阴极:2H2O+2e- =H2↑+2OH-;阳极:2H2O-4e- =O2↑+4H+
电解硫酸:阴极:2H++2e- = H2↑; 阳极:2H2O-4e- =O2↑+4H+
总反应都是:2H2O 2H2↑+O2↑。由此可知,加入适量水,可以使电解质恢复到原来浓度。
分析:阴极:2H++2e- = H2↑;阳极:2Cl--2e- =Cl2↑;总反应:2HCl H2↑+Cl2↑;由此可知,通入适量HCl气体,可以使电解质恢复到原来浓度。
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又如,电解CuSO4溶液一段时间后,当阴阳两极收集到同温同压下气体的体积比为0:n(n>0)和1:1时,若希望恢复电解质溶液的浓度,应当如何?
【分析】:电解CuSO4:①阴极:Cu2++2e- = Cu;阳极:2H2O-4e- = O2↑+4H+总反应化学方程式: 2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4加入适量CuO可使溶液复原 ②阴极:Cu2++2e- =Cu ;2H++2e- =H2↑;阳极:2H2O-4e- =O2↑+4H+总反应化学方程式: 2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4 2H2O 2H2↑+O2↑即当1:1时脱离体系的是2Cu,2H2和2O2 加入适量Cu(OH)2可使溶液复原
电解
电解
电解
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【课堂练习4】1、用惰性电极电解足量的下列溶液,一段时间后,再加入一定量的另一种物质(方括号内),不能使溶液与原来溶液一样的是( )
A.CuCl2[CuCl2] B.NaOH[H2O] C.NaCl[HCl] D.CuSO4[Cu(OH)2]
D
【解析】:A项,CuCl2 Cu+Cl2↑,故加入CuCl2使CuCl2溶液复原;
B项,实质电解水:2H2O 2H2↑+O2↑,故加水复原;
C项,2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,减少的n(H2)∶n(Cl2)=1∶1,故加入HCl复原;
D项,2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4,减少Cu、O两种原子,故不能加入含H元素的Cu(OH)2。
电解
电解
电解
电解
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2、用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1 molCu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则下列说法正确的是( )
A.电解过程中阴极没有气体生成
B.电解过程中转移的电子的物质的量为0.2mol
C.原CuSO4溶液的浓度为0.1mol·L-1
D.电解过程中阳极收集到的气体体积为2.24L(标况下)
D
【解析】:由2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑知,如CuSO4未电解完,加CuO即可复原,而加入Cu(OH)2相当于加入CuO·H2O,故CuSO4电解完后,还电解了部分水。电【解析】出了0.1molCu,转移电子0.2mol,而电解0.1molH2O转移电子0.2mol,故转移的电子的总物质的量为0.4mol。
【课后作业】
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方法导引
分析电极反应的一般思路。
明确溶液中存在哪些离子
通电后阴、阳离子的移动方向
根据阳极氧化、阴极还原,结合离子得失电子能力强弱,分析得出优先放电离子及产物
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方法导引
电解池原理的分析
用石墨作电极电解CuSO4溶液
①首先分析溶液中存在的离子
CuSO4 == Cu2++
H2O H+ + OH—
②分析溶液中离子的放电顺序(尤其关注阳极电极材料)
阴极:
Cu2+>H+
阳极:
OH- >
③写出电极反应式
2Cu2+ + 4eˉ = 2Cu
阴极:
4OHˉ - 4eˉ = O2↑+2H2O
阳极:
④两极反应式相加得总方程式
2Cu2++2H2O == 2Cu+O2↑+4H+
电解
来自弱电解质的离子用分子形式表示
看电极→找离子→分阴阳→排顺序→写反应
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电极反应式的书写
①首先判断阴、阳极,分析电极材料,判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。
②再分析溶液中的离子种类,根据离子放电顺序,分析电极反应,并判断电极产物,写出电极反应式。
③电解水溶液时,注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电反应。
2.电解化学方程式的书写
反应条件必须标明“电解”。
仅是电解质被电解,电解化学方程式中只写电解质及电解产物。如电解CuCl2溶液:
仅有水被电离,只写水及电解产物即可。如电解NaOH溶液:
电解质、水同时被电解,则都要写进方程式。如电解NaCl溶液:
CuCl2 === Cu + Cl2↑
电解
2H2O === 2H2↑+ O2↑
电解
2NaCl+2H2O === Cl2↑+H2↑+2NaOH
电解
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电解后溶液复原时遵循的原则
电解后要使电解质溶液复原,须加入适量的某物质,该物质一般是阳极产物和阴极产物的化合物。即“出来什么、加入什么”。
电解过程中溶液pH的变化规律
(1)电解时,只生成H2而不生成O2,则溶液的pH 。
(2)电解时,只生成O2而不生成H2,则溶液的pH 。
(3)电解时,既生成H2又生成O2,则实际为电解水。
①若原溶液为酸性,则pH ,
②若原溶液为碱性,则pH ,
③若原溶液为中性,则pH 。
增大
减小
减小
增大
不变
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电解的规律
(1)水溶液中,K+、Na+、Mg2+、Al3+等离子不可能在阴极放电,即用电解相应水溶液的方法不可能得到K、Na、Mg、Al等活泼金属。
(2)电解池的阴极不管是惰性电极(Pt、石墨)还是活性电极,都是电解质溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电,电极本身不可能溶解。
(3)若阴极为H+放电,则阴极区c(OH-)增大;若阳极为OH-放电,则阳极区c(H+)增大;若阴极为H+放电,同时阳极为OH-放电,相当于电解水,电解质溶液浓度增大(饱和溶液例外)。
(4)电解质溶液恢复原状的方法:少什么加什么,少多少加多少。
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原电池与电解池
电解池(电能转化为化学能)
原电池(化学能转化为电能 )
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课堂小结
电解原理
电解池
原理
构成条件
直流电源、电极材料
离子导体、电子导体
闭合回路
电极判断
离子移动方向、放电顺序
电极反应的书写
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课堂检测
1.判断正误:
①电解池中发生的反应是自发进行的( )
②在电解池的阴极发生氧化反应( )
③与电源正极相连的是电解池的阴极( )
④电子从电源负极沿导线流入电解池的阴极( )
⑤电解质溶液中的阳离子流向阴极,且所有阳离子均得电子( )
×
×
×
×
√
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2.能用电解原理说明的问题是( )
①电解是把电能转变成化学能的过程
②电解是把化学能转变成电能的过程
③电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化
④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现
⑤任何溶液被电解时,必将导致氧化还原反应的发生
A.①②③④ B.②③⑤
C.③④ D.①③④⑤
D
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3.下列说法中正确的是( )
A.在原电池中,电子由正极通过导线流向负极
B.在原电池中,还原剂在负极发生氧化反应
C.在电解池中,与电源正极相连的电极是阴极
D.在电解池中,还原剂在阴极发生氧化反应
B
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4.如图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极,则下列有关判断正确的是( )
A.a为负极,b为正极
B.a为阳极,b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,氯离子浓度不变
C
电流从电源的正极流出,故a为正极,b为负极,c为阳极,d为阴极。电解时,因Cu2+移向阴极,在阴极放电析出Cu,故阴极(d电极)质量增加;Cl-移向阳极,在阳极(c电极)放电逸出Cl2,导致溶液中Cl-浓度降低。
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5.如图所示,a、b为石墨电极,通电一段时间后,b极附近显红色。下列说法不正确的是( )
A.b电极反应式为:2H++2e-=H2↑
B.a电极反应式为:2Cl--2e-=Cl2↑
C.铜电极反应式为:4OH--4e-=O2↑+2H2O
D.铁电极反应式为:Cu2++2e-=Cu
C
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6. 电解NO制备 NH4NO3的工作原理如图所示,X、 Y皆Pt电极,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A。
下列说法正确的是( )
A.物质A为NH3
B. X电极为电解池阳极
C. Y电极上发生了还原反应
D. Y电极反应式:
NO - 3e-+4OH- == +2H2O
A
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高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp
第四章 化学反应与电能
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7.书写下列电极反应式和电解反应的化学方程式。
(1)当X为Pt,Y为Fe,Z为AgNO3时,
阳极反应式为 ,
阴极反应式为 ,
电解反应式为 。
(2)X为Cu,Y为Fe,Z为CuSO4时,
阳极反应式为 ,
阴极反应式为 。
4OH--4e-= 2H2O+O2↑
4Ag++4e-=4Ag
2H2O+4AgNO3===4Ag+O2↑+4HNO3
电解
Cu-2e-=Cu2+
Cu2++2e-=Cu
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