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2022年高考化學(xué)總復(fù)習(xí) 3化學(xué)與材料的制造和應(yīng)用高效演練(選修2)

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1、2022年高考化學(xué)總復(fù)習(xí) 3化學(xué)與材料的制造和應(yīng)用高效演練(選修2)1.無(wú)論是從在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位來(lái)看,還是從科學(xué)發(fā)展的角度來(lái)看,硅都發(fā)揮著重要的作用。(1)人類使用硅酸鹽產(chǎn)品(陶瓷等)的歷史已經(jīng)快一萬(wàn)年了,但在1823年才獲得單質(zhì)硅,瑞典化學(xué)家貝采利烏斯用金屬鉀還原SiF4獲得單質(zhì)硅,寫(xiě)出化學(xué)方程式:_。(2)由于制取方法和條件的不同,得到的單質(zhì)硅形態(tài)不同,其性質(zhì)也不同。用鋁熱法還原氟硅酸鉀制得較純凈的晶體硅:4Al+3K2SiF63Si+2KAlF4+2K2AlF5,關(guān)于該反應(yīng)的說(shuō)法正確的是_(填序號(hào))。A.Al是還原劑B.氧化產(chǎn)物只有KAlF4C.每轉(zhuǎn)移6NA電子,得到42 g SiD.

2、鋁元素在KAlF4和K2AlF5中化合價(jià)不同用白砂子與鎂粉混合在高溫條件下得到無(wú)定形硅,反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)。無(wú)定形硅和晶體硅的結(jié)構(gòu)有很大的差別,無(wú)定形硅為棕色粉末,而晶體硅是純灰色、不透明而有光澤的等軸八面晶體,無(wú)定形硅的化學(xué)性質(zhì)比晶體硅活潑得多。通過(guò)上述描述你能得出的結(jié)論是_。(3)硅在煉鋼時(shí)用作脫氧劑,還原在冶煉過(guò)程中所形成的FeO,化學(xué)方程式為_(kāi)。(4)在野外,為了迅速得到氫氣,用硅粉與干燥的Ca(OH)2和NaOH混合,并加強(qiáng)熱,即可迅速得到H2、Na2SiO3、CaO。這種混合物叫做生氫劑。請(qǐng)寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:_。(5)硅橡膠是一種耐高溫、低溫,耐油,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的高分子合成

3、材料,用于制造衛(wèi)星部件、人體器官等,現(xiàn)以為原料合成硅橡膠(),需要發(fā)生反應(yīng)的主要類型有_、_?!窘馕觥?1)K可與SiF4發(fā)生置換反應(yīng)生成Si。(2)在反應(yīng)3Si+2KAlF4+2K2AlF5中Al是還原劑,KAlF4和K2AlF5都是氧化產(chǎn)物,每轉(zhuǎn)移12 mol電子,生成3 mol Si,在KAlF4和K2AlF5中,Al均為+3價(jià)。Mg在高溫下置換SiO2中的硅。同素異形體之間結(jié)構(gòu)差異很大,因此性質(zhì)也不相同。(3)FeO與Si反應(yīng)生成Fe和SiO2,SiO2與加入的生石灰反應(yīng)生成CaSiO3隨鋼渣除去。(4)由題意可知Si與Ca(OH)2、NaOH混合物加強(qiáng)熱的化學(xué)反應(yīng)方程式為Si+Ca(

4、OH)2+2NaOHCaO+Na2SiO3+2H2。(5)先水解生成,再經(jīng)縮聚生成。答案:(1)4K+SiF4Si+4KF(2)A、C2Mg+SiO2Si+2MgO晶體結(jié)構(gòu)完美的單質(zhì)比無(wú)定形單質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定(3)CaO+2FeO+Si2Fe+CaSiO3(4)Si+2NaOH+Ca(OH)2Na2SiO3+CaO+2H2(5)水解反應(yīng)(或取代反應(yīng))縮聚反應(yīng)【易錯(cuò)提醒】新型無(wú)機(jī)非金屬材料與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料的區(qū)別(1)成分前者為非金屬單質(zhì)或非金屬與非金屬、非金屬與金屬的化合物;后者主要是硅酸鹽。(2)用途前者用于光電子、航空航天、軍工等領(lǐng)域;后者用作玻璃、陶瓷、水泥、磚瓦以及耐火材料?!炯庸逃?xùn)練】(

5、xx西安模擬)材料是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們使用材料的種類、數(shù)量和質(zhì)量也隨著不斷地發(fā)展,生產(chǎn)、生活的條件和質(zhì)量也隨之發(fā)生深刻的變化。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)無(wú)機(jī)非金屬材料包括傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料和新型無(wú)機(jī)非金屬材料,下列屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料的是_(選字母代號(hào))。a.復(fù)合材料b.單晶硅c.金剛石d.石墨e.碳-60f.玻璃(2)撐桿跳項(xiàng)目中運(yùn)動(dòng)員使用的撐桿材料是復(fù)合材料。這種材料由_和增強(qiáng)體兩部分組成,其中增強(qiáng)體的作用是_。(3)玻璃和水泥是兩種用途極為廣泛的材料。工業(yè)上制備這兩種材料使用的共同原料是_。(4)鐵是重要的金屬材料,用鐵礦石(主要成分是Fe2O3)冶煉鐵

6、是在_(填寫(xiě)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備名稱)中完成的,這種方法冶煉出來(lái)的產(chǎn)品是生鐵,該產(chǎn)品是煉鋼的原料,煉鋼的原理是_。(5)合成高分子材料的小分子叫_。某聚乙烯車(chē)間打算合成4.2103kg的聚乙烯,則需要投料(乙烯)_mol。(假設(shè)反應(yīng)過(guò)程不存在損失)【解析】(1)復(fù)合材料中可以有有機(jī)材料;玻璃屬于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料。(2)復(fù)合材料由起黏結(jié)作用的基體和起骨架作用的增強(qiáng)體兩部分組成。(3)制備玻璃的原料是石灰石、純堿和石英;制備水泥的材料是黏土、石灰石。(4)鐵礦石與還原劑在煉鐵高爐中反應(yīng),生成含有雜質(zhì)的生鐵,生鐵除去過(guò)多雜質(zhì),并適當(dāng)調(diào)整碳的含量就可以得到鋼。(5)乙烯合成聚乙烯的反應(yīng)中乙烯中的原子完全轉(zhuǎn)

7、化為聚乙烯中的原子,原子轉(zhuǎn)化率為100%,故聚乙烯的質(zhì)量就是乙烯的質(zhì)量。答案:(1)b、c、d、e(2)基體骨架作用(或答“支撐作用”)(3)石灰石(或答“CaCO3”)(4)煉鐵高爐在高溫下用氧化劑除去生鐵中的雜質(zhì),調(diào)整碳的含量,再添加其他硅、錳等元素調(diào)整其成分(5)單體1.51052.材料是人類生存和社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ),不同的材料功能各不相同。以下都是有關(guān)材料的內(nèi)容,試根據(jù)所給內(nèi)容回答問(wèn)題。(1)氫能是未來(lái)能源最佳選擇之一,氫能的利用涉及氫的儲(chǔ)存、輸送和使用。貯氫合金是解決氫的儲(chǔ)存等問(wèn)題的重要材料。貯氫合金中最具代表性的是鑭鎳合金(LaNi5),已知LaNi5(s)+3H2(g)LaNi5

8、H6(s)H-31.77 kJmol-1;鑭鎳合金的熔點(diǎn)比鑭、鎳的熔點(diǎn)_(填“高”“低”或“介于兩者之間”),根據(jù)反應(yīng)原理,形成LaNi5H6的化學(xué)反應(yīng)條件是_,最近有人提出可以研制出一種性能優(yōu)越的催化劑,可以大大提高貯氫合金的貯氫能力,你認(rèn)為該講法可信嗎?_(填“可信”或“不可信”),其理由是_。(2)無(wú)機(jī)非金屬材料是日常生活中不可缺少的物質(zhì),它們往往具有高強(qiáng)度,耐高溫,耐腐蝕的特點(diǎn)。Si3N4就是一種重要的精細(xì)陶瓷,合成氮化硅的方法之一為3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO。Si3N4屬于_晶體,在上述反應(yīng)中氧化劑為_(kāi)。(3)有機(jī)高分子材料形式多樣,ABS樹(shù)脂廣泛用于制造電訊器材,汽

9、車(chē)、飛機(jī)零部件和各種儀器的外殼,它的結(jié)構(gòu)可以表示為,試寫(xiě)出對(duì)應(yīng)單體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式CH2CHCN、_、_?!窘馕觥?1)合金的熔點(diǎn)比各單一組分的熔點(diǎn)低;根據(jù)反應(yīng)方程式可知生成貯氫合金的反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng),加大壓強(qiáng)、降低溫度有利于合金的生成,但催化劑只能改變反應(yīng)速率,不能改變平衡,更不能提高合金的貯氫能力。(2)由反應(yīng)方程式可知氮元素化合價(jià)降低,碳元素化合價(jià)升高,故N2為氧化劑,Si3N4強(qiáng)度高,耐高溫,應(yīng)屬于原子晶體。(3)由高聚物的鏈節(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析可知應(yīng)由三種單體聚合生成,單體有CH2CHCN、CH2CHCHCH2、。答案:(1)低低溫、高壓不可信該反應(yīng)是可逆反應(yīng),使用催化劑只能改變反

10、應(yīng)速率,不能使平衡移動(dòng),更不可能大大提高貯氫合金的貯氫能力(2)原子N2(3)CH2CHCHCH23.(1)火法煉鋅是將閃鋅礦(主要成分是ZnS)通過(guò)浮選焙燒使它轉(zhuǎn)化為氧化鋅,再把氧化鋅和焦炭混合,在鼓風(fēng)爐中加熱到1 1001 300,使鋅蒸餾出來(lái)。寫(xiě)出火法煉鋅的主要反應(yīng):焙燒反應(yīng):_。鼓風(fēng)爐中可能發(fā)生的反應(yīng):_(任寫(xiě)一個(gè))。從保護(hù)環(huán)境和充分利用原料角度看如何處理和利用產(chǎn)生的煙氣?_(2)工業(yè)上冶煉鋁就是電解氧化鋁。冶煉鋁的電解槽中的陰極和陽(yáng)極材料均用石油煉制和煤的干餾產(chǎn)品:_(填物質(zhì)名稱)。氧化鋁的熔點(diǎn)很高,在鋁的冶煉中要加入冰晶石(Na3AlF6),其作用是_。工業(yè)上冶煉鋁時(shí)用的原料是Al

11、2O3,而不是AlCl3,其原因是_。(3)工業(yè)上“聯(lián)合制堿法”中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。其中的CO2來(lái)源于_。(4)碳酸鈣是制玻璃的原料之一,工業(yè)上制玻璃是在玻璃熔爐中進(jìn)行,其中反應(yīng)之一為CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2,若在上述條件下,把1 000ag CaCO3和60ag SiO2混合,則生成的CO2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為_(kāi)(用含a的代數(shù)式表示)?!窘馕觥?1)由題中信息可知,閃鋅礦(主要成分是ZnS)通過(guò)浮選焙燒使它轉(zhuǎn)化為氧化鋅,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2ZnS+3O22ZnO+2SO2;氧化鋅和焦炭混合,在鼓風(fēng)爐中加熱到1 1001 300,使鋅蒸餾出來(lái),反應(yīng)的化學(xué)方程式為2C+O

12、22CO或ZnO+COZn+CO2,閃鋅礦主要含ZnS,在焙燒時(shí)生成二氧化硫氣體,如隨意排放會(huì)污染環(huán)境,用氨水吸收煙氣中的SO2生成(NH4)2SO3或NH4HSO3,再讓(NH4)2SO3或NH4HSO3與硫酸反應(yīng)產(chǎn)生SO2,收集SO2用于生產(chǎn)硫酸。(2)電解法冶煉金屬鋁需要使用惰性電極,石油煉制和煤的干餾產(chǎn)品中石墨(或碳)可以作為惰性電極電解冶煉鋁。由于氧化鋁熔點(diǎn)高,為了降低氧化鋁熔化溫度,節(jié)約能源,在鋁的冶煉中要加入冰晶石(Na3AlF6)。由于氧化鋁為離子化合物,熔化后能夠?qū)щ?,而氯化鋁是共價(jià)化合物,熔化后不導(dǎo)電,無(wú)法電解氯化鋁獲得金屬鋁。(3)聯(lián)合制堿法是在氨的飽和NaCl溶液中通入

13、二氧化碳?xì)怏w,反應(yīng)生成碳酸氫鈉,加熱碳酸氫鈉即可制備碳酸鈉,反應(yīng)的有關(guān)方程式為NH3+CO2+H2O+NaCl(飽和)NaHCO3+NH4Cl;2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O;CO2是制堿工業(yè)的重要原料,聯(lián)合制堿法中CO2來(lái)源于合成氨工業(yè)的廢氣。(4)1 000ag CaCO3的物質(zhì)的量為10amol,在高溫下加熱SiO2和CaCO3固體混合物發(fā)生反應(yīng)CaCO3CaO+CO2,CaO+SiO2CaSiO3,反應(yīng)生成二氧化碳的物質(zhì)的量等于碳酸鈣的物質(zhì)的量,即10amol二氧化碳,標(biāo)準(zhǔn)狀況下二氧化碳的體積為22.4 Lmol-110amol224aL。答案:(1)2ZnS+3O22Zn

14、O+2SO22C+O22CO或ZnO+COZn+CO2將煙道氣凈化,用于生產(chǎn)硫酸(2)石墨(或碳)降低氧化鋁熔化溫度,節(jié)約能源氧化鋁熔化后能夠?qū)щ?,氯化鋁是共價(jià)化合物,熔化后不導(dǎo)電(3)NH3+CO2+H2O+NaCl(飽和)NaHCO3+NH4Cl、2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O合成氨廠(4)224aL【加固訓(xùn)練】化學(xué)工藝的實(shí)現(xiàn)涉及很多問(wèn)題,如化學(xué)反應(yīng)原理、原料的選擇、工藝流程、綜合經(jīng)濟(jì)效益等。請(qǐng)回答下列有關(guān)問(wèn)題:(1)氨是最重要的氮肥,其合成原理為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H-92.4 kJmol-1。xx年希臘科學(xué)家采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷(能傳遞H+),實(shí)現(xiàn)

15、了高溫常壓下高轉(zhuǎn)化率的電化學(xué)合成氨。其實(shí)驗(yàn)裝置如圖,則正極的電極反應(yīng)式為_(kāi)。(2)已知熱化學(xué)方程式:Mg(OH)2(s)MgO(s)+H2O(g)H1+81.5 kJmol-1Al(OH)3(s)Al2O3(s)+H2O(g) H+87.7 kJmol-1Mg(OH)2和Al(OH)3起阻燃作用的主要原因是 _。等質(zhì)量Mg(OH)2和Al(OH)3相比,阻燃效果較好的是_,原因是_。(3)工業(yè)上,鋁的生產(chǎn)流程如圖所示:寫(xiě)出從鋁土礦(主要成分是氧化鋁,含量低)中獲得符合要求的氧化鋁(純度高)的化學(xué)方程式:_。電解氧化鋁時(shí),加入_(填物質(zhì)名稱)幫助降低熔點(diǎn)?!窘馕觥?1)正極上N2發(fā)生還原反應(yīng),且

16、H+向正極移動(dòng)參與反應(yīng)。(3)首先鋁土礦與NaOH溶液反應(yīng),分離出Fe2O3,Al2O3轉(zhuǎn)化為NaAlO2,然后通入CO2,NaAlO2轉(zhuǎn)化為Al(OH)3,最后Al(OH)3受熱分解得到Al2O3。答案:(1)N2+6H+6e-2NH3(2)Mg(OH)2和Al(OH)3受熱分解時(shí)吸收大量的熱,使環(huán)境溫度下降;同時(shí)生成的耐高溫、穩(wěn)定性好的MgO、Al2O3覆蓋在可燃物表面,阻燃效果更佳Mg(OH)2Mg(OH)2吸熱效率為81.5 kJmol-158 gmol-11.41 kJg-1,Al(OH)3吸熱效率為87.7 kJmol-178 gmol-11.12 kJg-1,等質(zhì)量的Mg(OH)

17、2比Al(OH)3吸熱多(3)Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O,NaAlO2+2H2O+CO2Al(OH)3+NaHCO3,2Al(OH)3Al2O3+3H2O冰晶石(六氟合鋁酸鈉)(或氟化鈣)4.(xx遵義模擬)隨著材料科學(xué)的發(fā)展,金屬釩及其化合物得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,并被譽(yù)為“合金的維生素”。為回收利用含釩催化劑(含有V2O5、VOSO4及不溶性殘?jiān)?,科研人員最新研制了一種離子交換法回收釩的新工藝,回收率在91.7%以上。部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如下表所示:物質(zhì)VOSO4V2O5NH4VO3(VO2)2SO4溶解性可溶難溶難溶易溶該工藝的主要流程如下:請(qǐng)回答下列問(wèn)題。(1

18、)工業(yè)上由V2O5冶煉金屬釩常用鋁熱劑法,用化學(xué)方程式表示為_(kāi)。(2)反應(yīng)的目的是_。(3)該工藝中反應(yīng)的沉淀率(又稱沉釩率)是回收釩的關(guān)鍵之一,寫(xiě)出該步發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:_。(4)用已知濃度的硫酸酸化的H2C2O4溶液,滴定(VO2)2SO4溶液,以測(cè)定反應(yīng)后溶液中含釩量:V+H2C2O4+H+VO2+CO2+X。X為_(kāi)(寫(xiě)化學(xué)式)。(5)經(jīng)過(guò)熱重分析測(cè)得:NH4VO3在焙燒過(guò)程中,固體質(zhì)量的減少值(縱坐標(biāo))隨溫度變化的曲線如上圖所示。則NH4VO3在分解過(guò)程中_(填序號(hào))。A.先分解失去H2O,再分解失去NH3B.先分解失去NH3,再分解失去H2OC.同時(shí)分解失去H2O和NH3D.同時(shí)

19、分解失去H2、N2和H2O【解析】(1)由V2O5冶煉金屬釩常用鋁熱劑法,即鋁與V2O5反應(yīng)生成V:3V2O5+10Al6V+5Al2O3。(2)根據(jù)流程含釩催化劑粉碎、水浸、過(guò)濾得到的濾液和反應(yīng)的濾液為反應(yīng)的反應(yīng)物,因此反應(yīng)的濾液含VOSO4,即反應(yīng)加入硫酸和亞硫酸鈉,目的是利用氧化還原反應(yīng),用亞硫酸鈉還原V2O5,將V2O5轉(zhuǎn)化為可溶性的VOSO4。(3)根據(jù)NH4VO3難溶于水,利用復(fù)分解反應(yīng)沉淀V,反應(yīng)為N+VNH4VO3。(4)根據(jù)得失電子相等可寫(xiě)出的離子方程式為2V+H2C2O4+2H+2VO2+2CO2+2H2O。(5)若NH4VO3焙燒分解放出氨氣和水,反應(yīng)為2NH4VO3V2

20、O5+2NH3+H2O234 g 34 g 18 g放出的氨氣質(zhì)量與水的質(zhì)量比為3418,與圖象兩段固體的減少值之比接近(開(kāi)始為032.0 g多一點(diǎn),曲線到200時(shí)曲線開(kāi)始平直;到約為300時(shí)又開(kāi)始減少,到350時(shí)減少約48 g-32 g16 g時(shí)就不再變化),所以NH4VO3在焙燒過(guò)程中先分解失去NH3,再分解失去H2O。答案:(1)3V2O5+10Al6V+5Al2O3(2)將V2O5轉(zhuǎn)化為可溶性的VOSO4(3)N+VNH4VO3(4)H2O(5)B5.新型無(wú)機(jī)非金屬材料是20世紀(jì)中期以后發(fā)展起來(lái)的一類具有特殊性能和用途的材料,它們?yōu)楝F(xiàn)代高新技術(shù)、新興產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造等開(kāi)辟了廣闊的

21、前景。(1)多晶硅可用于制造光電池。光電池的能量轉(zhuǎn)換形式正確的是_。a.化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能b.光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能再轉(zhuǎn)換為電能c.光能轉(zhuǎn)換為熱能再轉(zhuǎn)換為電能d.光能轉(zhuǎn)換為電能如圖是光電池板經(jīng)太陽(yáng)光照射前后內(nèi)部電子的變化情況,圖乙中燈泡變亮,其中_(填“N”或“P”)是正極。(2)高純硅是目前半導(dǎo)體工業(yè)最重要的基礎(chǔ)材料,制備流程如下:石英砂粗硅SiHCl3(粗)SiHCl3(純)高純硅。寫(xiě)出由粗硅轉(zhuǎn)化為SiHCl3(粗)時(shí)的化學(xué)方程式:_。整個(gè)制備過(guò)程必須在無(wú)水、無(wú)氧條件下進(jìn)行,因?yàn)镾iHCl3遇水會(huì)劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和M,則M的化學(xué)式是_,若該制備過(guò)程中混入氧氣,其后果是_。(3)新型

22、氮化硅陶瓷(Si3N4)通常用于制造軸承、汽輪機(jī)葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)受熱面等。工業(yè)上可用化學(xué)氣相沉積法(CVD),在H2保護(hù)下,使SiCl4與N2反應(yīng)來(lái)制備。寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:_。在氮化硅中添加氧化鋁,通過(guò)常壓燒結(jié)即成為新一代無(wú)機(jī)非金屬材料賽倫,其化學(xué)名稱叫氧氮化硅鋁,化學(xué)通式為Si6-xAlxOxNy(x24)。化學(xué)通式里y值為_(kāi)(用含x的表達(dá)式表示);寫(xiě)出賽倫具有的兩種特性:_、_?!窘馕觥?2)石英砂的主要成分是SiO2,用焦炭還原時(shí)得到單質(zhì)硅,硅與HCl反應(yīng)生成SiHCl3的同時(shí)得到H2。在SiHCl3水解方程式中,設(shè)SiHCl3的化學(xué)計(jì)量數(shù)為1,利用Si、Cl、O守恒可得方程式:SiHCl3+3H2OH2SiO3+3HCl+M,由此可知M為H2;混入O2后能與生成的H2劇烈反應(yīng)而爆炸。(3)SiCl4中的Si與N結(jié)合生成氮化硅,而Cl與H結(jié)合生成HCl。在化合物中Si為+4價(jià),Al為+3價(jià),O為-2價(jià),N為-3價(jià),利用化合價(jià)的代數(shù)和為0可求得關(guān)系式。答案:(1)dP(2)Si+3HClSiHCl3+H2H2發(fā)生爆炸(或產(chǎn)品不純)(3)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl8-x耐高溫、熱穩(wěn)定性好、高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損等(合理答案均可,寫(xiě)其中兩種即可)

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