9.2 金属的化学性质(知识清单)化学新教材鲁教版九年级下册
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内容正文:
第九单元
金属
第二节 金属的化学性质
一、金属的化学性质
1. 金属与氧气的反应
大多数金属能与氧气发生反应,但反应的难易和剧烈程度不同,体现了金属的活动性差异。
金属
化学方程式
实验现象
活动性
镁
2Mg + O₂ 2MgO
发出耀眼白光,放出大量热,生成白色固体
镁、铝 > 铁、铜 > 金
铝
4Al + 3O₂ 2Al₂O₃
剧烈燃烧,发出白光,生成白色粉末
铁
3Fe + 2O₂ Fe₃O₄
剧烈燃烧,火星四射,放出大量热,生成黑色固体
铜
2Cu + O₂ 2CuO
红色固体逐渐变为黑色,不燃烧
金
不反应
高温也不与氧气反应,即“真金不怕火炼”
铝的抗腐蚀性:常温下铝就能与氧气反应,表面生成一层致密的 Al₂O₃薄膜,隔绝氧气和水,阻止内部铝继续被氧化,因此铝具有良好的抗腐蚀性能。
2. 金属与酸的反应
(1)反应规律:金属活动性顺序中,排在氢前面的金属能与稀盐酸、稀硫酸反应生成盐和氢气,排在氢后面的金属不能与酸反应。
(2)控制变量要求:酸的种类、浓度、体积相同,金属大小形状相同,实验前用砂纸打磨去除表面氧化膜。
与稀盐酸反应
与稀硫酸反应
实验现象
镁
Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑
Mg + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂↑
固体迅速溶解,产生大量气泡
锌
Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑
Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑
固体逐渐溶解,产生较多气泡
铁
Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑
Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑
固体逐渐溶解,产生少量气泡,溶液由无色变为浅绿色
铜
不反应
不反应
无明显现象
注意:铁单质与稀酸发生置换反应时,生成 + 2 价亚铁盐(FeCl₂、FeSO₄),对应溶液呈浅绿色。
3. 金属与盐溶液的反应
(1)反应规律:金属活动性顺序中,位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的盐溶液里置换出来。
(2)反应口诀:前换后,盐可溶,钾钙钠,要除外,铁要生成亚铁盐。
实验组合
化学方程式
实验现象
活动性结论
铁 + 硫酸铜溶液
Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu
铁丝表面覆盖红色固体,溶液由蓝色逐渐变为浅绿色
Fe > Cu
铜 + 硝酸银溶液
Cu + 2AgNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2Ag
铜丝表面覆盖银白色固体,溶液由无色逐渐变为蓝色
Cu > Ag
铁 + 硝酸银溶液
Fe + 2AgNO₃ = Fe(NO₃)₂ + 2Ag
铁丝表面覆盖银白色固体,溶液由无色逐渐变为浅绿色
Fe > Ag
湿法炼铜原理:铁与硫酸铜溶液反应置换出铜,是我国古代湿法冶金的核心原理,体现了化学的早期应用。
二、置换反应与金属活动性顺序
1. 置换反应
(1) 定义:由一种单质与一种化合物反应,生成另一种单质和另一种化合物的反应,叫做置换反应。
(2) 通式:单质 + 化合物 → 新单质 + 新化合物
(3) 特征:反应前后元素的化合价一定发生改变。
2. 金属活动性顺序
钾 钙 钠 镁 铝 锌 铁 锡 铅 (氢) 铜 汞 银 铂 金
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金属活动性由强逐渐减弱
3. 金属活动性顺序的三类应用
(1)判断金属与酸能否反应:氢前金属能置换出酸中的氢,氢后金属不能反应。
(2)判断金属与盐溶液能否反应:活动性强的金属能置换出活动性弱的金属,盐必须可溶。
(3)判断金属活动性强弱:反应越剧烈,金属活动性越强;能发生置换反应则单质金属活动性更强。
三、金属与酸反应的图像分析
1. 金属与酸反应图像的含义
类型
等量金属 + 足量稀酸(酸过量)
足量金属 + 等量稀酸(金属过量)
前提
金属完全反应,酸足量剩余
酸完全反应,金属足量剩余
图像
产氢总量规律
等质量金属、化合价相同时,相对原子质量越小,生成氢气越多
产氢质量:Al > Mg > Fe > Zn
酸中氢元素全部转化为氢气,所有金属最终生成氢气的质量相等
图像斜率意义
斜率越大,单位时间产氢越多,反应速率越快,金属活动性越强
斜率:Mg > Al > Zn > Fe
斜率越大,反应速率越快,金属活动性越强
斜率:Mg > Al > Zn > Fe
平台高度意义
平台越高,生成氢气总质量越多
所有金属的平台高度相同
四、金属与混合盐溶液的反应(滤液滤渣成分分析)
1. 一种金属与多种盐溶液(示例:铁粉加入 AgNO₃、Cu (NO₃)₂、Zn (NO₃)₂混合溶液)
反应顺序:遵循远距离优先原则,活动性相差越大越先反应。Fe 先与 AgNO₃反应,完全反应后再与 Cu (NO₃)₂反应,不与 Zn (NO₃)₂反应。
阶段
铁粉用量
反应程度
滤渣
滤液中的溶质
①
少量,仅与部分 AgNO₃反应
AgNO₃未完全反应,Cu (NO₃)₂未反应
Ag
Zn(NO₃)₂、Fe(NO₃)₂、Cu(NO₃)₂、AgNO₃
②
恰好与 AgNO₃完全反应
AgNO₃刚好反应完,Cu (NO₃)₂未反应
Ag
Zn(NO₃)₂、Fe(NO₃)₂、Cu(NO₃)₂
③
与部分 Cu (NO₃)₂反应
AgNO₃完全反应,Cu (NO₃)₂部分反应
Ag、Cu
Zn(NO₃)₂、Fe(NO₃)₂、Cu(NO₃)₂
④
恰好与 Cu (NO₃)₂完全反应
AgNO₃、Cu (NO₃)₂均完全反应
Ag、Cu
Zn(NO₃)₂、Fe(NO₃)₂
⑤
铁粉过量
所有可反应的盐完全反应,铁剩余
Ag、Cu、Fe
Zn(NO₃)₂、Fe(NO₃)₂
2. 多种金属与一种盐溶液(示例:Al、Fe混合粉末加入 AgNO₃溶液)
反应顺序:活动性越强越先反应。Al先与AgNO₃反应,完全反应后 Fe 再与 AgNO₃反应。
阶段
AgNO₃用量
反应程度
滤渣
滤液中的溶质
①
少量,仅与部分 Al 反应
Al 未完全反应,Fe 未反应
Ag、Fe、Al
Al(NO₃)₃
②
恰好与 Al 完全反应
Al 刚好反应完,Fe 未反应
Ag、Fe
Al(NO₃)₃
③
与部分 Fe 反应
Al 完全反应,Fe 部分反应
Ag、Fe
Al(NO₃)₃、Fe(NO₃)₂
④
恰好与 Fe 完全反应
Al、Fe 均完全反应
Ag
Al(NO₃)₃、Fe(NO₃)₂
⑤
AgNO₃过量
金属完全反应,盐过量
Ag
Al(NO₃)₃、Fe(NO₃)₂、AgNO₃
3. 规律
(1)滤渣中一定有最不活泼的金属单质,加入的金属越多,滤渣成分逐渐向活泼金属延伸。
(2)滤液中一定有不参与反应的盐和反应生成的盐,加入的金属越少,滤液中不活泼金属离子越多。
五、金属活动性探究实验设计
1. 活动性判断的三类依据
判断依据
具体规律
与氧气反应
反应越容易、越剧烈,金属活动性越强
与酸反应
能反应的排在氢前,不能反应的排在氢后;反应越剧烈,活动性越强
与盐溶液反应
能发生置换反应,说明单质金属的活动性强于盐中的金属
2. 验证三种金属活动性的经典方案
方案类型
验证 Zn、Cu、Ag
试剂选择
实验逻辑
两金
夹一盐
两边金属 +
中间盐溶液
Zn 片、Ag 片、CuSO₄溶液
Zn 能置换出 Cu,Ag 不能;得出 Zn>Cu>Ag
两盐
夹一金
两边盐溶液 +
中间金属
Cu 片、ZnSO₄溶液、AgNO₃溶液
Cu 不能置换出 Zn,能置换出 Ag;得出 Zn>Cu>Ag
3. 实验设计的基本原则
(1) 控制变量原则:金属的形状、大小、打磨程度,酸 / 盐溶液的浓度、体积、温度均保持一致,只改变金属种类。
(2) 现象明显原则:优先选择有明显颜色变化、气泡产生的反应,便于观察和判断。
(3) 严谨性原则:多组实验交叉验证,实验前打磨去除氧化膜,使用可溶性盐,确保实验可靠。
注意事项:
① 大多数金属能与氧气反应,但不一定都能燃烧,如铜加热只变黑不燃烧;金即使在高温下也不与氧气反应。
② 铁与稀盐酸、稀硫酸发生置换反应时,生成 + 2 价亚铁盐,不是 + 3 价铁盐,对应溶液呈浅绿色。
③ 置换反应的反应物和生成物都必须是 “一种单质 + 一种化合物”;CO 还原金属氧化物、甲烷燃烧等反应都不属于置换反应。
④ 钾、钙、钠金属活动性极强,放入盐溶液中先与水反应,不能直接置换出金属单质。
⑤ 图像斜率表示反应速率,反映金属活动性强弱;平台高度表示产氢总质量,二者没有必然联系。
⑥ 等质量金属与足量酸反应,化合价相同时,相对原子质量越小,生成氢气越多;金属足量、酸等量时,生成氢气的质量相等。
⑦ 金属与混合盐溶液反应遵循 “远距离优先” 原则,先和最不活泼的金属盐反应,不是先和最活泼的金属盐反应。
⑧ 分析滤液滤渣成分时,注意不参与反应的物质始终存在,如不反应的盐一定留在滤液中。
⑨ 验证金属活动性实验前,必须用砂纸打磨去除表面氧化膜,防止氧化膜阻碍反应,干扰实验结果。
⑩ 用盐溶液验证活动性时,盐必须可溶,不溶性盐无法发生置换反应,不能用于实验探究。
特别提醒:
① 铝耐腐蚀不是因为铝化学性质不活泼,而是因为表面生成致密的氧化铝薄膜,隔绝氧气和水,阻止内部继续氧化;用钢丝球擦洗铝制品会破坏氧化膜,降低抗腐蚀性。
② 稀盐酸、稀硫酸都能与活泼金属反应,是因为酸溶液中都含有 H⁺;硝酸、浓硫酸有强氧化性,与金属反应不生成氢气。
③ 实验室常用锌与稀硫酸制取氢气,不用镁(反应太快不易收集)、不用铁(反应太慢)、不用浓盐酸(易挥发使氢气不纯)。
④ 金属与盐溶液反应时,溶液质量变化取决于进入溶液的金属和析出金属的相对原子质量;如铁和硫酸铜反应,56 份铁进入溶液,64 份铜析出,溶液质量减小。
⑤ 工业湿法冶金本质是利用置换反应的分步进行,控制还原剂的用量,分步置换出不同金属,实现分离提纯。
⑥ 数字化实验可借助 pH 传感器、气压传感器等实时监测反应过程,通过数据曲线精准比较反应速率,减少肉眼观察的误差。
归纳总结:
① 金属能与氧气、酸、盐溶液发生三类反应,反应的难易和剧烈程度不同,本质是金属活动性的差异。
② 置换反应是单质与化合物生成新单质和新化合物的反应,反应前后元素化合价一定改变;金属与酸、金属与盐的反应都属于置换反应。
③ 金属活动性顺序是判断反应能否发生的核心依据,氢前金属能与酸反应,前金能换后金,混合反应遵循 “远距离优先” 的顺序。
④ 金属与酸反应图像可从斜率、拐点、平台三个维度分析:斜率看反应速率、拐点看结束时间、平台看产氢总量。
⑤ 金属与混合盐溶液的反应可按阶段分析,滤渣一定含最不活泼金属,滤液一定含最活泼金属的盐,结合用量可判断具体成分。
⑥ 验证金属活动性可通过与氧气、酸、盐溶液的反应设计实验,遵循控制变量原则,“两盐夹一金”“两金夹一盐” 是经典高效方案。
1.铁与稀酸、盐溶液发生置换反应生成 + 2 价亚铁盐,不是 + 3 价铁盐。
2.排在氢前面的金属能置换出酸中的氢元素,不是置换出酸中原本就有的氢气。
3.置换反应一定有单质和化合物生成,但有单质和化合物生成的反应不一定是置换反应。
4.铝抗腐蚀性好是因为表面生成致密氧化膜,不是铝的化学性质不活泼。
5.等质量金属与足量酸反应,相对原子质量越小,生成氢气越多;金属足量酸等量时,生成氢气质量相等。
6.金属与混合盐溶液反应,先和最不活泼的金属盐反应,不是先和最活泼的金属盐反应。
7.滤渣中一定有最不活泼的金属,滤液中一定有最活泼金属的盐。
8.验证金属活动性实验前必须打磨金属,除去表面氧化膜,避免干扰实验结果。
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第九单元
金属
第二节 金属的化学性质
一、金属的化学性质
1. 金属与氧气的反应
大多数金属能与氧气发生反应,但反应的难易和剧烈程度不同,体现了金属的活动性差异。
金属
化学方程式
实验现象
活动性
镁
发出 ,放出大量热,生成
镁、铝 > 铁、铜 > 金
铝
剧烈燃烧,发出 ,生成白色粉末
铁
剧烈燃烧, ,放出大量热,生成
铜
红色固体逐渐变为 ,不燃烧
金
不反应
高温也不与氧气反应,即“真金不怕火炼”
铝的抗腐蚀性:常温下铝就能与氧气反应,表面生成一层致密的 ,隔绝氧气和水,阻止内部铝继续被氧化,因此铝具有良好的 性能。
2. 金属与酸的反应
(1)反应规律:金属活动性顺序中,排在 的金属能与稀盐酸、稀硫酸反应生成盐和氢气,排在 的金属不能与酸反应。
(2)控制变量要求:酸的 相同,金属大小形状相同,实验前用砂纸打磨去除表面氧化膜。
与稀盐酸反应
与稀硫酸反应
实验现象
镁
固体迅速溶解,产生大量气泡
锌
固体逐渐溶解,产生较多气泡
铁
固体逐渐溶解,产生少量气泡,溶液由无色变为
铜
不反应
不反应
无明显现象
注意:铁单质与稀酸发生置换反应时,生成 (FeCl₂、FeSO₄),对应溶液呈 。
3. 金属与盐溶液的反应
(1)反应规律:金属活动性顺序中,位于 的金属能把位于 的金属从它们的盐溶液里置换出来。
(2)反应口诀:前换后,盐可溶,钾钙钠,要除外,铁要生成 。
实验组合
化学方程式
实验现象
活动性结论
铁 + 硫酸铜溶液
铁丝表面覆盖 ,溶液由 逐渐变为 色
铜 + 硝酸银溶液
铜丝表面覆盖 ,溶液由无色逐渐变为
铁 + 硝酸银溶液
铁丝表面覆盖 ,溶液由无色逐渐变为
湿法炼铜原理: 溶液反应置换出铜,是我国古代湿法冶金的核心原理,体现了化学的早期应用。
二、置换反应与金属活动性顺序
1. 置换反应
(1) 定义:由一种单质与一种化合物反应,生成 的反应,叫做置换反应。
(2) 通式:单质 + 化合物 →
(3) 特征:反应前后元素的化合价 发生改变。
2. 金属活动性顺序
钾 钙 钠 镁 铝 锌 铁 锡 铅 (氢) 铜 汞 银 铂 金
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金属活动性由强逐渐减弱
3. 金属活动性顺序的三类应用
(1)判断金属与酸能否反应:氢前金属能置换出酸中的氢,氢后金属 。
(2)判断金属与盐溶液能否反应: 的金属能置换出 的金属,盐必须 。
(3)判断金属活动性强弱:反应越 ,金属活动性 ;能发生置换反应则单质金属活动性更强。
三、金属与酸反应的图像分析
1. 金属与酸反应图像的含义
类型
等量金属 + 足量稀酸(酸过量)
足量金属 + 等量稀酸(金属过量)
前提
金属完全反应,酸足量剩余
酸完全反应,金属足量剩余
图像
产氢总量规律
等质量金属、化合价相同时,相对原子质量 ,生成氢气
产氢质量:
酸中氢元素全部转化为 ,所有金属最终生成氢气的质量
图像斜率意义
斜率 ,单位时间产氢 ,反应速率 ,金属活动性
斜率:
斜率 ,反应速率 ,金属活动性
斜率:
平台高度意义
平台越高,生成氢气总质量
所有金属的平台高度
四、金属与混合盐溶液的反应(滤液滤渣成分分析)
1. 一种金属与多种盐溶液(示例:铁粉加入 AgNO₃、Cu (NO₃)₂、Zn (NO₃)₂混合溶液)
反应顺序:遵循远 原则,活动性 越先反应。Fe 先与 反应,完全反应后再与 反应,不与 Zn (NO₃)₂反应。
阶段
铁粉用量
反应程度
滤渣
滤液中的溶质
①
少量,仅与部分 AgNO₃反应
AgNO₃未完全反应,Cu (NO₃)₂未反应
Ag
②
恰好与 AgNO₃完全反应
AgNO₃刚好反应完,Cu (NO₃)₂未反应
Ag
③
与部分 Cu (NO₃)₂反应
AgNO₃完全反应,Cu (NO₃)₂部分反应
Ag、Cu
④
恰好与 Cu (NO₃)₂完全反应
AgNO₃、Cu (NO₃)₂均完全反应
Ag、Cu
⑤
铁粉过量
所有可反应的盐完全反应,铁剩余
Ag、Cu、Fe
2. 多种金属与一种盐溶液(示例:Al、Fe混合粉末加入 AgNO₃溶液)
反应顺序:活动性越强越先反应。 反应,完全反应后 反应。
阶段
AgNO₃用量
反应程度
滤渣
滤液中的溶质
①
少量,仅与部分 Al 反应
Al 未完全反应,Fe 未反应
Ag、Fe、Al
②
恰好与 Al 完全反应
Al 刚好反应完,Fe 未反应
Ag、Fe
③
与部分 Fe 反应
Al 完全反应,Fe 部分反应
Ag、Fe
④
恰好与 Fe 完全反应
Al、Fe 均完全反应
Ag
⑤
AgNO₃过量
金属完全反应,盐过量
Ag
3. 规律
(1)滤渣中一定有 的金属单质,加入的金属越多,滤渣成分逐渐向 延伸。
(2)滤液中一定有不参与反应的盐和反应生成的盐,加入的金属 ,滤液中不活泼金属离子 。
五、金属活动性探究实验设计
1. 活动性判断的三类依据
判断依据
具体规律
与氧气反应
反应越 、越剧烈,金属活动性
与酸反应
能反应的排在 ,不能反应的排在 ;反应越剧烈,活动性
与盐溶液反应
能发生 ,说明单质金属的活动性 盐中的金属
2. 验证三种金属活动性的经典方案
方案类型
验证 Zn、Cu、Ag
试剂选择
实验逻辑
两金
夹一盐
两边金属 +
中间盐溶液
Zn 能置换出 Cu,Ag 不能;得出
两盐
夹一金
两边盐溶液 +
中间金属
Cu 不能置换出 Zn,能置换出 Ag;得出
3. 实验设计的基本原则
(1) 控制变量原则:金属的形状、大小、打磨程度,酸 / 盐溶液的浓度、体积、温度均保持一致,只改变 。
(2) 现象明显原则:优先选择有明显 变化、 产生的反应,便于观察和判断。
(3) 严谨性原则:多组实验交叉验证,实验前打磨去除 ,使用可溶性盐,确保实验可靠。
注意事项:
① 大多数金属能与氧气反应,但不一定都能燃烧,如铜加热只变黑不燃烧;金即使在高温下也不与氧气反应。
② 铁与稀盐酸、稀硫酸发生置换反应时,生成 + 2 价亚铁盐,不是 + 3 价铁盐,对应溶液呈浅绿色。
③ 置换反应的反应物和生成物都必须是 “一种单质 + 一种化合物”;CO 还原金属氧化物、甲烷燃烧等反应都不属于置换反应。
④ 钾、钙、钠金属活动性极强,放入盐溶液中先与水反应,不能直接置换出金属单质。
⑤ 图像斜率表示反应速率,反映金属活动性强弱;平台高度表示产氢总质量,二者没有必然联系。
⑥ 等质量金属与足量酸反应,化合价相同时,相对原子质量越小,生成氢气越多;金属足量、酸等量时,生成氢气的质量相等。
⑦ 金属与混合盐溶液反应遵循 “远距离优先” 原则,先和最不活泼的金属盐反应,不是先和最活泼的金属盐反应。
⑧ 分析滤液滤渣成分时,注意不参与反应的物质始终存在,如不反应的盐一定留在滤液中。
⑨ 验证金属活动性实验前,必须用砂纸打磨去除表面氧化膜,防止氧化膜阻碍反应,干扰实验结果。
⑩ 用盐溶液验证活动性时,盐必须可溶,不溶性盐无法发生置换反应,不能用于实验探究。
特别提醒:
① 铝耐腐蚀不是因为铝化学性质不活泼,而是因为表面生成致密的氧化铝薄膜,隔绝氧气和水,阻止内部继续氧化;用钢丝球擦洗铝制品会破坏氧化膜,降低抗腐蚀性。
② 稀盐酸、稀硫酸都能与活泼金属反应,是因为酸溶液中都含有 H⁺;硝酸、浓硫酸有强氧化性,与金属反应不生成氢气。
③ 实验室常用锌与稀硫酸制取氢气,不用镁(反应太快不易收集)、不用铁(反应太慢)、不用浓盐酸(易挥发使氢气不纯)。
④ 金属与盐溶液反应时,溶液质量变化取决于进入溶液的金属和析出金属的相对原子质量;如铁和硫酸铜反应,56 份铁进入溶液,64 份铜析出,溶液质量减小。
⑤ 工业湿法冶金本质是利用置换反应的分步进行,控制还原剂的用量,分步置换出不同金属,实现分离提纯。
⑥ 数字化实验可借助 pH 传感器、气压传感器等实时监测反应过程,通过数据曲线精准比较反应速率,减少肉眼观察的误差。
归纳总结:
① 金属能与氧气、酸、盐溶液发生三类反应,反应的难易和剧烈程度不同,本质是金属活动性的差异。
② 置换反应是单质与化合物生成新单质和新化合物的反应,反应前后元素化合价一定改变;金属与酸、金属与盐的反应都属于置换反应。
③ 金属活动性顺序是判断反应能否发生的核心依据,氢前金属能与酸反应,前金能换后金,混合反应遵循 “远距离优先” 的顺序。
④ 金属与酸反应图像可从斜率、拐点、平台三个维度分析:斜率看反应速率、拐点看结束时间、平台看产氢总量。
⑤ 金属与混合盐溶液的反应可按阶段分析,滤渣一定含最不活泼金属,滤液一定含最活泼金属的盐,结合用量可判断具体成分。
⑥ 验证金属活动性可通过与氧气、酸、盐溶液的反应设计实验,遵循控制变量原则,“两盐夹一金”“两金夹一盐” 是经典高效方案。
1.铁与稀酸、盐溶液发生置换反应生成 ,不是 + 3 价铁盐。
2.排在氢前面的金属能置换出酸中的 ,不是置换出酸中原本就有的氢气。
3.置换反应一定有 生成,但有单质和化合物生成的反应 是置换反应。
4.铝抗腐蚀性好是因为表面生成 ,不是铝的化学性质不活泼。
5.等质量金属与足量酸反应,相对原子质量 ,生成氢气 ;金属足量酸等量时,生成氢气质量 。
6.金属与混合盐溶液反应,先和 的金属盐反应,不是先和最活泼的金属盐反应。
7.滤渣中一定有 的金属,滤液中一定有 金属的盐。
8.验证金属活动性实验前必须 ,除去表面 ,避免干扰实验结果。
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