2022年高三化學(xué)《第7講 鋁及其化合物》教學(xué)設(shè)計(jì)

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1、2022年高三化學(xué)第7講 鋁及其化合物教學(xué)設(shè)計(jì)【內(nèi)容與解析】本節(jié)課要復(fù)習(xí)的內(nèi)容是鋁作為金屬的通性以及它的兩個(gè)特性,Al2O3、Al(OH)3的兩性與Al(OH)3分解的性質(zhì)。鋁的通性就是指的是鋁能與非金屬單質(zhì)、酸、鹽溶液反應(yīng)。鋁的特性中是鋁能與NaOH反應(yīng)以及鋁能與比它穩(wěn)定的金屬氧化物發(fā)生鋁熱反應(yīng)。Al2O3、Al(OH)3的兩性就是指這兩種物質(zhì)能與酸堿反應(yīng)生成鹽與水。Al(OH)3的熱穩(wěn)定差。加熱時(shí)能分解?!窘虒W(xué)目標(biāo)與解析】1教學(xué)目標(biāo)(1).Al2O3、Al(OH)3的兩性及Al3、Al(OH)3、AlO間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。(2)結(jié)合Al(OH)3的制備實(shí)驗(yàn)、計(jì)算及在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用進(jìn)行綜合考查。

2、2目標(biāo)解析(1).Al2O3、Al(OH)3的兩性及Al3、Al(OH)3、AlO間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。就是指Al2O3、Al(OH)3既能與酸也能與堿反應(yīng)生成鹽與水,再一個(gè)就是氫氧化鋁在加熱的時(shí)候會(huì)分解。(2)結(jié)合Al(OH)3的制備實(shí)驗(yàn)、計(jì)算及在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用進(jìn)行綜合考查。就是指Al33NH3H2O=Al(OH)33NH AlOCO22H2O=Al(OH)3HCO【問題診斷分析】本節(jié)的復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)是高中知識(shí)的重要組成部分,本節(jié)中難在鋁的兩性上,再就是鋁熱反應(yīng)與鎂鋁合金的計(jì)算問題。其重點(diǎn)是化學(xué)方程式與離子方程式的書寫?!緩?fù)習(xí)過程】一、鋁的性質(zhì)和用途金屬鋁呈銀白色,硬度小,密度小,熔點(diǎn)較高,和鎂類似,鋁

3、的主要用途是制造鋁合金,鋁優(yōu)良的導(dǎo)電性和密度小,使鋁大量用來制作導(dǎo)線。鋁元素位于元素周期表的第三周期第A族,化學(xué)性質(zhì)比較活潑,在反應(yīng)中多被氧化為Al3,如:鋁可以在純氧中燃燒:4Al3O22Al2O3;鋁與鹽酸反應(yīng):2Al6HCl=2AlCl33H2;鋁溶于NaOH溶液的反應(yīng):2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2;用鎂條引燃鋁粉和Fe2O3的混合物:2AlFe2O32FeAl2O3,這一反應(yīng)也被稱作鋁熱反應(yīng)。二、鋁的重要化合物1氧化鋁氧化鋁屬于離子化合物,室溫下,它是一種白色固體,熔點(diǎn)很高。氧化鋁是冶煉鋁的原料,也是一種較好的耐火材料。氧化鋁屬于典型的兩性氧化物,與酸、強(qiáng)堿都能反應(yīng),

4、請(qǐng)寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式:氧化鋁溶于鹽酸:Al2O36HCl=2AlCl33H2O。氧化鋁與燒堿溶液反應(yīng):Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O。電解熔融的氧化鋁:2Al2O34Al3O2。2氫氧化鋁可溶性鋁鹽和氨水反應(yīng)可制得Al(OH)3,它是一種難溶于水的白色膠狀物質(zhì),具有較強(qiáng)的吸附能力。Al(OH)3受熱易分解,是一種典型的兩性氫氧化物。Al33OHAl(OH)3HAlOH2O;Al(OH)3與鹽酸反應(yīng):Al(OH)33H=Al33H2O;Al(OH)3與NaOH溶液反應(yīng):Al(OH)3OH=AlO2H2O;Al(OH)3受熱分解的化學(xué)方程式:2Al(OH)3Al2O33H2O。3

5、明礬:KAl(SO4)212H2O明礬易溶于水,完全電離:KAl(SO4)2=KAl32SO,其水溶液因Al3水解而顯酸性。三、Al3、Al(OH)3、AlO間的轉(zhuǎn)化關(guān)系據(jù)下圖寫出下列轉(zhuǎn)化的離子方程式:(1)Al3Al(OH)3 Al33NH3H2O=Al(OH)33NH;Al33AlO6H2O=4Al(OH)3; Al33OH=Al(OH)3。(2)Al(OH)3Al3 Al(OH)33H=Al33H2O。(3)Al3AlO Al34OH=AlO2H2O。(4)AlOAl3 AlO4H=Al32H2O。(5)AlOAl(OH)3NaAlO2溶液中通少量CO2:2AlOCO23H2O=2Al(

6、OH)3CO。NaAlO2溶液中通入足量CO2:AlOCO22H2O=Al(OH)3HCO3AlOAl36H2O=4Al(OH)3;AlOHH2O=Al(OH)3。(6)Al(OH)3AlOAl(OH)3OH=AlO2H2O。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建鋁及其重要化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系熱點(diǎn)1鋁的性質(zhì)1.位置和結(jié)構(gòu)在元素周期表中的第三周期、A族,原子結(jié)構(gòu)示意圖為:2化學(xué)性質(zhì)(1)跟非金屬反應(yīng)常溫下被O2氧化,生成致密氧化物保護(hù)膜。在純氧或高溫下劇烈燃燒,發(fā)出白光。4Al3O2點(diǎn)燃2Al2O3 2Al3SAl2S3(制備Al2S3的方法)(2)跟水反應(yīng)困難(3)跟酸反應(yīng):常溫下在濃H2SO4、濃HNO3中發(fā)生鈍化。與非氧化

7、性酸反應(yīng)產(chǎn)生H2,如2Al6HCl=2AlCl33H2。(4)跟強(qiáng)堿溶液反應(yīng):可簡(jiǎn)寫為:2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2。(5)跟某些氧化物反應(yīng)鋁熱反應(yīng)2AlFe2O3高溫2FeAl2O3此反應(yīng)放出大量的熱,用于冶煉高熔點(diǎn)的金屬或焊接金屬。3鋁與酸或堿反應(yīng)生成H2的量的關(guān)系鋁分別與鹽酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng)的原理:2Al6HCl=2AlCl33H22Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2(1)等量鋁分別與足量鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng),產(chǎn)生氫氣的體積比:1:1。(2)足量的鋁分別與等物質(zhì)的量的鹽酸和氫氧化鈉反應(yīng),產(chǎn)生氫氣的體積比為:1:3。(3)一定量的鋁分別和一定量的鹽酸和氫氧化

8、鈉反應(yīng)若產(chǎn)生氫氣的體積比為0.4 moln 解得n1:3,故加入的Al相對(duì)鹽酸過量,對(duì)NaOH不足。0.2 mol的HCl需Al的質(zhì)量為27 g/mol0.2 mol1.8 g,對(duì)應(yīng)5份H2,當(dāng)H2為6份時(shí),鋁的質(zhì)量為1.8 g2.16 g即為所求。答案:(1)第3周期A族(2)2AlFe2O3高溫Al2O32Fe(3)2Al2OH2H2O=2AlO3H22.16 g(4)加熱濃縮,冷卻結(jié)晶,過濾Al33H2OAl(OH)33H,在干燥的HCl氣流中,抑制AlCl3的水解,且?guī)ё逜lCl36H2O晶體受熱產(chǎn)生的水蒸氣,故能得到AlCl3熱點(diǎn)3有關(guān)氫氧化鋁沉淀的計(jì)算1.鋁鹽與強(qiáng)堿的反應(yīng)(以AlC

9、l3與NaOH的反應(yīng)為例)向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液時(shí),發(fā)生的反應(yīng)依次為:Al33OH=Al(OH)3 Al(OH)3OH=AlO2H2O生成的Al(OH)3與加入的NaOH的物質(zhì)的量關(guān)系可用圖象表示為(1)根據(jù)AlCl3和NaOH的物質(zhì)的量計(jì)算生成的Al(OH)3的物質(zhì)的量,結(jié)合反應(yīng)的化學(xué)方程式及圖象可知:當(dāng)n(OH):n(Al3)3時(shí), nAl(OH)3n(OH)。當(dāng)3n(OH):n(Al3)4時(shí),nAl(OH)3n(Al3)n(OH)3n(Al3)4n(Al3)n(OH)。當(dāng)n(OH)n(Al3)4時(shí),nAl(OH)30。(2)根據(jù)Al(OH)3和AlCl3的物質(zhì)的量,計(jì)算需要的

10、NaOH的物質(zhì)的量。由圖象可以看出,AlCl3和生成的Al(OH)3為一定值時(shí),加入的NaOH有兩種情況:當(dāng)NaOH不足時(shí),n(NaOH)3nAl(OH)3。當(dāng)NaOH過量時(shí),n(NaOH)3n(Al3)n(Al3)nAl(OH)34n(Al3)nAl(OH)3。2偏鋁酸鹽與強(qiáng)酸的反應(yīng)(以NaAlO2和鹽酸的反應(yīng)為例)向NaAlO2溶液中滴加稀鹽酸時(shí),發(fā)生的反應(yīng)依次為:AlOHH2O=Al(OH)3 Al(OH)33H=Al33H2O生成的Al(OH)3與加入的鹽酸的物質(zhì)的量的關(guān)系可用圖象表示為:(1)根據(jù)NaAlO2和HCl的物質(zhì)的量計(jì)算生成Al(OH)3的量結(jié)合反應(yīng)的化學(xué)方程式及圖象可知:

11、當(dāng)n(H):n(AlO)1 時(shí),nAl(OH)3n(H)。當(dāng)1n(H)n(AlO)4時(shí),nAl(OH)3n(AlO)n(H)n(AlO)4n(AlO)n(H)。當(dāng)n(H):n(AlO)4時(shí),nAl(OH)30。(2)根據(jù)Al(OH)3和NaAlO2的物質(zhì)的量計(jì)算需要的HCl的物質(zhì)的量由圖象可以看出,NaAlO2和生成的Al(OH)3為一定值時(shí),加入的鹽酸有兩種情況:當(dāng)鹽酸不足時(shí),n(HCl)nAl(OH)3。當(dāng)鹽酸過量時(shí),n(HCl)n(AlO)3n(AlO)nAl(OH)34n(AlO)3nAl(OH)3?!纠?】在50 mL b mol/L的AlCl3溶液中加入50 mL a mol/L

12、NaOH溶液。(1)當(dāng)a3b時(shí),生成Al(OH)3沉淀的物質(zhì)的量為_。(2)當(dāng)a、b滿足_條件時(shí),無沉淀產(chǎn)生。(3)當(dāng)a、b滿足_條件時(shí),先有沉淀生成,后又有部分沉淀溶解,此時(shí)Al(OH)3的質(zhì)量為_。解析(1)依題意知,在AlCl3溶液中加入NaOH溶液有如下兩反應(yīng)發(fā)生:AlCl33NaOH=Al(OH)33NaClAlCl34NaOH=NaAlO23NaCl2H2O根據(jù)以上兩反應(yīng)可以看出:當(dāng)a3b時(shí)只發(fā)生第一個(gè)反應(yīng),此時(shí)NaOH不足量,產(chǎn)生沉淀的量取決于NaOH,nAl(OH)3n(NaOH) mol。(2)如果無沉淀生成,Al元素全部以AlO形式存在,n(AlCl3):n(NaOH)1:

13、4,即a:b4:1,整理得a4b。(3)此種情況應(yīng)當(dāng)是兩個(gè)反應(yīng)均發(fā)生,鋁元素以Al(OH)3和AlO兩種形式存在。符合關(guān)系:,即:,整理得:3ba4b或b。求沉淀的量方法很多。法一:聯(lián)立方程法。設(shè)反應(yīng)中,AlCl3物質(zhì)的量為x,則Al(OH)3為x,NaOH為3x,反應(yīng)中AlCl3物質(zhì)的量為y,NaOH為4y,解得x(0.2b0.05a) mol0.05(4ba) mol。mAl(OH)378 g/mol0.05(4ba) mol3.9(4ba) g。法二:守恒法。此種條件下,溶液中的離子有:Na、Cl、AlO。n(AlO)n(Na)n(Cl)0.05a mol0.053b mol nAl(O

14、H)3n(Al3)總n(AlO)0.05b mol(0.05a mol0.15b mol)(0.2b0.05a) mol0.05(4ba) mol。mAl(OH)378 g/mol0.05(4ba) mol3.9(4ba) g。答案(1) mol(2)a4b(3)b或3ba4b3.9(4ba) g變式3現(xiàn)有甲、乙兩瓶無色溶液,已知它們可能是AlCl3溶液和NaOH溶液?,F(xiàn)做如下實(shí)驗(yàn):取440mL甲溶液與120mL乙溶液反應(yīng),產(chǎn)生1.56g沉淀;取120mL甲溶液與440mL乙溶液反應(yīng),也產(chǎn)生1.56g沉淀;取120mL甲溶液與400mL乙溶液反應(yīng),則產(chǎn)生3.12g沉淀;通過必要的計(jì)算和推理判定

15、:(1)甲溶液為_溶液,其物質(zhì)的量濃度是_molL1;乙溶液為_溶液,其物質(zhì)的量濃度是_molL1。(2)寫出實(shí)驗(yàn)的有關(guān)離子方程式:_解析:由兩步實(shí)驗(yàn)操作可知,甲溶液應(yīng)為AlCl3溶液,乙溶液為NaOH溶液,由步操作所給量值可求出NaOH溶液物質(zhì)的量濃度:30.12L0.5molL1,再由中所給數(shù)據(jù),(依據(jù)鋁原子守恒)求AlCl3。設(shè)AlCl3溶液物質(zhì)的量濃度為x,012x(0.44L0.5molL130.12x)則x0.5molL1。答案:(1)AlCl30.5NaOH0.5 (2)Al33OH=Al(OH)3 Al(OH)3OH=AlO2H2O有關(guān)氫氧化鋁沉淀的圖象1在可溶性鋁鹽中逐滴加入

16、NaOH溶液至過量?,F(xiàn)象:立即產(chǎn)生白色沉淀漸多最多漸少消失Al33OH=Al(OH)3 Al(OH3)OH=AlO2H2O 總反應(yīng):Al34OH=AlO2H2O2在偏鋁酸鹽溶液中逐滴加入稀鹽酸至過量。現(xiàn)象:立即產(chǎn)生白色沉淀漸多最多漸少消失AlOHH2O=Al(OH)3 Al(OH)33H=Al33H2O 總反應(yīng):AlO4H=Al32H2O3在強(qiáng)堿溶液中逐滴加入鋁鹽溶液至過量?,F(xiàn)象:無明顯現(xiàn)象(局部產(chǎn)生白色沉淀,振蕩消失)產(chǎn)生白色沉淀漸多最多(不消失)Al34OH=AlO2H2O Al33AlO6H2O=4Al(OH)34在強(qiáng)酸溶液中逐滴加入偏鋁酸鹽溶液至過量。現(xiàn)象:無明顯現(xiàn)象(局部產(chǎn)生白色沉淀

17、,振蕩消失)產(chǎn)生白色沉淀漸多最多(不消失)AlO4H=Al32H2O Al33AlO6H2O=4Al(OH)35向Mg2與Al3的酸性溶液中逐滴加入強(qiáng)堿溶液現(xiàn)象:無明顯現(xiàn)象出現(xiàn)沉淀漸多最多減少不變HOH=H2O Al33OH=Al(OH)3Mg22OH=Mg(OH)2 Al(OH)3OH=AlO2H2O結(jié)論:(1)實(shí)驗(yàn)不宜用Al3和強(qiáng)堿溶液、AlO和強(qiáng)酸溶液反應(yīng)來制備Al(OH)3,宜用Al3和NH3H2O或?qū)O2氣體通入AlO溶液中制備Al(OH)3。(2)Al3只存在于酸性溶液中,AlO只存在于堿性溶液中,所以Al3和AlO不能共存于同一溶液中。(3)Al(OH)3只能溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液

18、,不能溶于弱酸或弱堿溶液。特別提醒:(1)解圖象試題應(yīng)注意分析“四點(diǎn)”:“起點(diǎn)”、“折點(diǎn)”、“極點(diǎn)”、“終點(diǎn)”,利用原理引路,圖文結(jié)合,對(duì)號(hào)入座。(2)當(dāng)Al3與Mg2或Cu2或Fe3混合在一起,加入過量的NaOH溶液時(shí),生成的沉淀先增大,后減小,但不能減小為0。【考例】有一鎂鋁合金,用適量稀硫酸完全溶解,再加入氫氧化鈉溶液,析出沉淀的質(zhì)量與加入氫氧化鈉的體積關(guān)系如圖所示,原合金中鎂鋁的質(zhì)量比為()A4:3B4:9 C8:9 D20:27解析假定V(NaOH)單位為L(zhǎng),濃度為1 mol/L,則使Mg2、Al3沉淀需要NaOH 4 mol,將Al(OH)3溶解需要NaOH 1 mol,由方程式:

19、NaOHAl(OH)3=NaAlO22H2O,可知有1 mol Al(OH)3,即1 mol Al3,Al33OH=Al(OH)3,使Al3沉淀用去NaOH 3 mol,使Mg2沉淀用去NaOH 1 mol,由Mg22OH=Mg(OH)2知,含有Mg2 0.5 mol,即Mg、Al的物質(zhì)的量分別為0.5 mol、1 mol,鎂、鋁的質(zhì)量比為(24 g/mol0.5 mol)(27 g/mol1 mol)4:9,答案為B。答案B變式將一定質(zhì)量的Mg和Al的混合物投入500mL稀硫酸中,固體全部溶解并產(chǎn)生氣體。待反應(yīng)完全后,向所得溶液中加入NaOH溶液,生成沉淀的物質(zhì)的量與加入NaOH溶液的體積關(guān)

20、系如圖所示。則下列說法正確的是()AMg和Al的總質(zhì)量為8 g B硫酸的物質(zhì)的量濃度為5 mol/LC生成的H2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2 L DNaOH溶液的物質(zhì)的量濃度為5 mol/L解析:由圖象可知,沉淀Mg(OH)2為0.15 mol,Al(OH)3為(0.350.15)0.20 mol,則鎂和鋁的總質(zhì)量0.15 mol24 g/mol0.20 mol27 g/mol9 g,故A項(xiàng)不正確;由反應(yīng)關(guān)系得:Al(OH)3NaOHNaAlO21 mol 1 mol0.20 mol c(NaOH)(0.24L0.20 L)求得c(NaOH)5 mol/L,即D選項(xiàng)符合題意。答案:D備選習(xí)題1

21、.下列有關(guān)金屬鋁及其化合物的敘述正確的是()A鋁在常溫下不能與氧氣反應(yīng) B鋁不能與氯氣反應(yīng)C鋁既能溶于酸,又能溶于堿 D氧化鋁只能與酸反應(yīng),不能與堿反應(yīng)解析:鋁為活潑金屬,常溫下能與O2反應(yīng)生成致密的氧化層;加熱條件下與Cl2劇烈反應(yīng);Al、Al2O3既能與酸又能與堿反應(yīng)。2.用一張已除去表面氧化膜的鋁箔緊緊包裹在試管外壁(如圖),將試管浸入硝酸汞溶液中,片刻取出,然后置于空氣中,不久鋁箔表面生出“白毛”,紅墨水柱右端上升。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷下列說法錯(cuò)誤的是()A實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng) B鋁是一種較活潑的金屬C鋁與氧氣反應(yīng)放出大量的熱量 D鋁片上生成的白毛是氧化鋁和氧化汞的混合物解析:

22、本題中涉及的反應(yīng)有:2Al3Hg(NO3)2=2Al(NO3)33Hg,4Al3O2=2Al2O3,兩個(gè)反應(yīng)均為氧化還原反應(yīng);由題中所述現(xiàn)象“紅墨水柱右端上升”,可推知試管中氣體體積受熱膨脹,意味著鋁與氧氣反應(yīng)是放熱反應(yīng)。鋁片上生成的“白毛”是氧化鋁。3現(xiàn)有Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3、NaOH(aq)六種物質(zhì),它們之間有如圖所示轉(zhuǎn)化關(guān)系,圖中每條線兩端的物質(zhì)之間都可以發(fā)生反應(yīng),下列推斷不合理的是()AN一定是HCl(aq) BX可能為Al或Cl2CY一定為NaOH(aq) DQ、Z中的一種必定為Al2O3解析:在Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH

23、)3、NaOH(aq)中,只有NaOH(aq)能與Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3五種物質(zhì)反應(yīng),對(duì)照轉(zhuǎn)化關(guān)系,可知Y為NaOH(aq)。只有HCl(aq)能與Al、Al2O3、Al(OH)3、NaOH(aq)四種物質(zhì)反應(yīng),對(duì)照?qǐng)D示轉(zhuǎn)化關(guān)系可知N為HCl(aq),故選項(xiàng)A、C正確。選項(xiàng)B,若X為Al,Al能與Cl2、HCl(aq)、NaOH(aq)三種物質(zhì)反應(yīng),而圖示給出的是與兩種物質(zhì)反應(yīng),所以X不可能有是Al,但可能是Cl2。選項(xiàng)D,Al2O3既能與HCl(aq)反應(yīng),也能與NaOH(aq)反應(yīng),故Q、Z中的一種必定為Al2O3。4將物質(zhì)X逐漸加入到Y(jié)溶液中,生成沉淀的

24、物質(zhì)的量n2與所加X的物質(zhì)的量n1的關(guān)系如圖所示,符合圖所示情況的是()ABCDXNaOHAlCl3HClNaAlO2YAlCl3NaOHNaAlO2HCl解析:從圖中看出所加物質(zhì)X能使沉淀Al(OH)3完全溶解,排除選項(xiàng)B、D,其中得到沉淀和溶解沉淀消耗X的物質(zhì)的量之比為1:3。根據(jù):AlOHH2O=Al(OH)3,Al(OH)33H=Al33H2O。5將Mg、Cu組成的2.64 g混合物投入適量稀硝酸中,固體完全溶解時(shí)收集到的還原產(chǎn)物NO氣體0.896 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),向反應(yīng)后溶液中加入2 mol/L NaOH溶液60 mL時(shí)金屬離子恰好沉淀完全。則形成沉淀質(zhì)量及硝酸物質(zhì)的量分別為()A4

25、.32 g0.02 molB4.68 g0.16 mol C5.36 g0.18 mol D6.38 g0.2 mol解析:Mg2e2OH=Mg(OH)2 Cu2e2OH=Cu(OH)2所以生成沉淀質(zhì)量為:264 g317 g/mol4.68 g。金屬離子全部沉淀后,溶液為NaNO3,稀HNO3中,硝酸的物質(zhì)的量為:n(HNO3)n(NaNO3)n(NO)20.06 mol0.16 mol。6把NaOH、MgCl2、AlCl3三種固體組成的混合物溶于足量水后有1.16 g白色沉淀,在所得的濁液中逐滴加入1 molL1 HCl溶液,加入HCl溶液的體積與生成沉淀的質(zhì)量關(guān)系如圖所示,試回答:(1)A點(diǎn)的沉淀物的化學(xué)式為_;B點(diǎn)的沉淀物的化學(xué)式為_。(2)原混合物中MgCl2的質(zhì)量是_ g,AlCl3的質(zhì)量是_ g,NaOH的質(zhì)量是_ g。(3)Q點(diǎn)HCl溶液加入量是_ mL。

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