高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 專題3_2 鈉的其他常見化合物 堿金屬(講)(含解析)1
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專題3.2 鈉的其他常見化合物 堿金屬 1、 掌握碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉的性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及檢驗 2、 掌握侯氏制堿法的基本原理及應(yīng)用 3、 掌握堿金屬元素性質(zhì)的相似性和遞變性 一、碳酸鈉和碳酸氫鈉 1、碳酸鈉和碳酸氫鈉的比較 碳酸鈉(Na2CO3) 碳酸氫鈉(NaHCO3) 俗名 純堿、蘇打 小蘇打 色態(tài) 白色粉末 細(xì)小白色晶體 溶解性 易溶于水,溶液呈堿性 易溶于水(但比Na2CO3溶解度小),溶液呈堿性 化學(xué)性質(zhì) 熱穩(wěn)定性 加熱不分解 不穩(wěn)定,受熱易分解 與H+反應(yīng) CO+2H+===H2O+CO2↑ HCO+H+===H2O+CO2↑ 與堿反應(yīng) 與OH-不反應(yīng),但發(fā)生反應(yīng)Ca2++CO===CaCO3↓ Ca2++OH-+HCO===CaCO3↓+H2O(堿過量) Ca2++2OH-+2HCO===CaCO3↓+CO+2H2O(堿不足) 與某些鹽(如CaCl2) Ca2++CO===CaCO3↓ 不反應(yīng) 主要用途 玻璃、造紙、制皂、洗滌 發(fā)酵、醫(yī)藥、滅火器 相互轉(zhuǎn)化 Na2CO3 NaHCO3 2、碳酸鈉和碳酸氫鈉的鑒別 (1)熱穩(wěn)定性不同。分別加熱少量固體,若發(fā)生分解反應(yīng),將產(chǎn)生的氣體通入澄清的石灰水中,石灰水變渾濁的原試劑是NaHCO3,另一個為Na2CO3。 (2)和酸反應(yīng)速率不同。分別取一定質(zhì)量的固體,加入等濃度、等體積的鹽酸,反應(yīng)快、產(chǎn)生氣體多的為NaHCO3,另一個為Na2CO3。 (3)陰離子不同。分別取其稀溶液,滴加氯化鋇稀溶液或CaCl2溶液,產(chǎn)生沉淀的原試劑為Na2CO3,另一個為NaHCO3。 (4)溶液的酸堿性。測其稀溶液(0.1 molL-1)的pH,Na2CO3溶液的pH在12左右,而NaHCO3溶液的pH在8左右。 3、 碳酸氫鈉和碳酸鈉的制法 (1)制取NaHCO 3的方法 ①減壓低溫蒸干NaHCO3溶液。NaHCO3遇熱易分解,其水溶液加熱更易分解,所以不可能采用常壓下蒸發(fā)溶劑的方法制得NaHCO3晶體。 ②往飽和Na2CO3 溶液中通入CO2,過濾得到晶體。 Na2CO 3+CO 2+H2O=2NaHCO 3 (2)聯(lián)堿法制純堿原理 ①在飽和食鹽水中通NH3飽和后,再通CO2 :NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 ②生成NH4HCO3的溶解度大,而c(Na+)也大,而NaHCO3溶解度小,故產(chǎn)生沉淀: NaCl+ NH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl, 總方程式:NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl。 ③將析出沉淀加熱,制得Na2CO3(純堿) 注意:不能先通入CO2達(dá)飽和后再通入NH3,因為CO2在水中的溶解度很小(1∶1),即使通入過量的NH3,所生成的NaHCO3、NH4Cl也很少,這樣就無法制取NaHCO3。 【典型例題1】有關(guān)碳酸氫鈉和碳酸鈉的性質(zhì),以下敘述錯誤的是 ( ) A.等質(zhì)量的Na2CO3、NaHCO3與足量的鹽酸反應(yīng),在相同條件下Na2CO3產(chǎn)生CO2的體積大 B.等物質(zhì)的量的Na2CO3和NaHCO3與同濃度的足量鹽酸反應(yīng),Na2CO3所消耗鹽酸的體積是NaHCO3的兩倍 C.將石灰水加入Na2CO3和NaHCO3溶液中,都產(chǎn)生白色沉淀 D.同物質(zhì)的量濃度的兩種溶液,碳酸鈉溶液的pH大于碳酸氫鈉溶液 【答案】A 【考點定位】考查鈉的重要化合物 【點評】本題考查Na2CO3和NaHCO3性質(zhì)的異同,注意把握Na2CO3和NaHCO3性質(zhì),注重基礎(chǔ)知識的積累。①溶于水并觀察現(xiàn)象,溶解度較大其溶于水放熱的是碳酸鈉,溶解度較小且水溫?zé)o明顯變化的是碳酸氫鈉;②溶于水加熱,再通入澄清的石灰水,有氣泡產(chǎn)生且有白沉淀的是碳酸氫鈉,無變化的是碳酸鈉;③用pH試紙或pH計測試其pH值,堿性較強的是碳酸鈉,堿性較弱的是碳酸氫鈉;④溶于水并加氫氧化鈣或氫氧化鋇,有白色沉淀生成的是碳酸鈉,無變化的是碳酸氫鈉。 【遷移訓(xùn)練1】【甘肅蘭州一中2016屆9月考】有3份等質(zhì)量的小蘇打,第1份直接與過量鹽酸反應(yīng);第2份先加熱,使其部分分解后,再與過量鹽酸反應(yīng);第3份先加熱,使其完全分解后,再與過量鹽酸反應(yīng)。假若鹽酸的物質(zhì)的量濃度相同,實際消耗鹽酸的體積分別為V1、V2和V3,則V1、V2和V3的大小關(guān)系正確的是 ( ) A.V1>V2>V3 B. V1>V3>V2 C. V2>V3>V1 D.V1=V2=V3 【答案】D 【解析】 試題分析:第一份發(fā)生的反應(yīng)為:NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O,NaHCO3與HCl的物質(zhì)的量之比為1:1;先加熱,再與過量鹽酸反應(yīng),發(fā)生的反應(yīng)為:2NaHCO3Na2CO3+ CO2↑+H2O,Na2CO3+2HCl=2NaCl+ CO2↑+H2O,可得NaHCO3與HCl的物質(zhì)的量之比為1:1,故D項正確。 考點:本題考查化學(xué)反應(yīng)及應(yīng)用。 二、氫氧化鈉 1、NaOH為強堿,具有堿的通性。 2、CO2與NaOH溶液反應(yīng)的計算 ①CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O ②CO2+ Na2CO3+ H2O =2NaHCO3 ③CO2+NaOH=NaHCO3(①②之和) 反應(yīng)情況 生成物 <1:2 NaOH過量,只發(fā)生① Na2CO3、過量NaOH =1:2 恰好按①反應(yīng) Na2CO3 1:2< < 1 ①、均有 Na2CO3、NaHCO3 =1:1 恰好按③反應(yīng) NaHCO3 >1:1 按③反應(yīng),CO2有剩余 NaHCO3 【典型例題2】在1.00L 1mol/L氫氧化鈉溶液中通入16.8L標(biāo)準(zhǔn)狀況下的CO2氣體,所得的溶液中含有的溶質(zhì)是 ( ) A.Na2CO3 B.NaHCO3 C.Na2CO3和NaHCO3 D.NaOH、Na2CO3和NaHCO3 【答案】 C 【點評】在解決此類問題中要搞清楚反應(yīng)過程,選用合適分方法進行解題。在本題中二氧化碳與氫氧化鈉先反應(yīng)生成碳酸鈉,后生成碳酸氫鈉,在解題過程中用極值法解題。 【遷移訓(xùn)練2】【湖南石門一中2016屆10月月考】用1 L 0.5 molL-1NaOH溶液吸收0.4 mol CO2,所以溶液中的CO和HCO的物質(zhì)的量濃度之比約是 ( ) A.3∶1 B.1∶2 C.2∶3 D.1∶3 【答案】D 考點: 氫氧化鈉的性質(zhì) 三、堿金屬元素 1、原子結(jié)構(gòu) (1)相似性:最外層均為1個電子,易失去一個電子 (2)遞變性:核電荷數(shù)依次增多,電子層數(shù)依次增多,原子半徑依次增大,失電子能力依次增強,活潑程度增強 2、元素性質(zhì) (1)相似性:均為活潑金屬元素,最高正價均為+1價 (2)遞變性:失電子能力依次增強,金屬性依次增強 3、單質(zhì)性質(zhì) (1)相似性:均具強還原性,均具輕、軟、易熔的特點 (2)遞變性:還原性依次增強,密度趨向增大,熔沸點依次降低(原因,可與鹵素對比),硬度趨向減小 4、化合物性質(zhì) (1)相似性:氫氧化物均為強堿 (2)遞變性:氫氧化物的堿性依次增強 5、堿金屬的性質(zhì)規(guī)律與特例 (1)通常合金多呈固態(tài),而鈉鉀合金卻是液態(tài)。 (2)堿金屬單質(zhì)在空氣或氧氣中燃燒時,生成過氧化物甚至比過氧化物更復(fù)雜的氧化物,而Li只生成Li2O。 (3)堿金屬單質(zhì)密度一般隨核電荷數(shù)增大而遞增,但K的密度比Na小。 (4)堿金屬單質(zhì)一般跟水劇烈反應(yīng),但Li跟水反應(yīng)緩慢(LiOH溶解度?。? (5)堿金屬單質(zhì)因其活動性強,多保存在煤油中,而Li卻因密度比煤油更小,只能保存在液體石蠟中。 (6)堿金屬的鹽一般都易溶于水,但Li2CO3卻微溶。 (7)一般說,酸式鹽較正鹽溶解度大,但NaHCO3卻比Na2CO3溶解度小。 (8)試劑瓶中的藥品取出后,一般不能放回原瓶,但IA金屬Na、K等除外。 (9)一般活潑金屬能從鹽中置換出不活潑金屬,但對IA非?;顫姷慕饘貼a、K等除外。如:2Na+CuSO4+2H2O=Cu(OH)2↓+H2↑+Na2SO4。 (10)Fr是放射性元素,所以在自然界中不存在。 三、焰色反應(yīng) 許多金屬或他們的化合物在燃燒時火焰呈現(xiàn)出特殊的顏色,這在化學(xué)上叫焰色反應(yīng)。這是一種物理變化,是某種元素的性質(zhì)。鈉是黃色 ,鉀是紫色(透過藍(lán)色鈷玻璃) 用品:鉑絲(或鐵、鉻、鎳、鎢等)、酒精燈(或煤氣燈)、試劑。 步驟:①鉑絲在火焰上灼燒至原火焰色。 ②蘸取溶液(沾取固體)放在火焰上灼燒,觀察火焰顏色,觀察鉀火焰顏色要透過藍(lán)色的鈷玻璃去觀察。 ③鹽酸洗鉑絲。 ④鉑絲在火焰上灼燒至原火焰色(如不能灼燒至原火焰色,則需再酸洗,再灼燒)。⑤再蘸?。ㄕ慈。┝硗饣瘜W(xué)藥品進行實驗。 【典型例題3】2003年諾貝爾化學(xué)獎授予了美國科學(xué)家Peter Agre和Roderick Mackinnon以表彰他們在“水通道”和“離子通道”的研究成就。Mackinnon教授的研究內(nèi)容主要是Na+、K+體積很接近,但在生物體內(nèi)呈現(xiàn)的差別卻高達(dá)1萬倍,他革命性的讓科學(xué)家觀測Na+、K+在進入離子通道前、通道中以及穿過通道后的狀態(tài),可為病人在“離子通道”中尋找具體的病因,并研制相應(yīng)藥物。下列關(guān)于鈉、鉀的說法正確的是 ( ) A.單質(zhì)鈉的密度比鉀的密度小 B.Na+和K+常用作氧化劑 C.鈉和鉀都是短周期元素 D.鈉和鉀的合金在室溫下呈液態(tài) 【答案】D 考點:考查堿金屬元素的性質(zhì)。 【點評】首先掌握同族元素性質(zhì)的相似性,然后注意比較各元素性質(zhì)的差異,同時與元素周期律、元素周期表的相關(guān)知識相結(jié)合,理解物質(zhì)性質(zhì)的遞變規(guī)律。 【遷移訓(xùn)練3】下述對焰色反應(yīng)實驗操作注意事項的說明,正確的是 ( ) ①鉀的火焰顏色要透過藍(lán)色鈷玻璃觀察 ②先將鉑絲灼燒到與原來火焰的顏色相同,再蘸取被檢驗的物質(zhì) ③每次實驗后,要將鉑絲用鹽酸洗凈 ④實驗時最好選擇本身顏色較淺的火焰 ⑤沒有鉑絲時,也可以用光潔無銹的鐵絲代替 A.僅有③不正確 B.僅有④不正確 C.僅有⑤不正確 D.全正確 【答案】D 考點:考查焰色反應(yīng)實驗操作 考點一:碳酸鈉與碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)及圖像 1、向Na2CO3溶液中逐滴加入鹽酸,消耗鹽酸的體積與產(chǎn)生CO2的體積關(guān)系如圖1所示: 圖像特點:Oa段、ab段消耗鹽酸的體積相等。 反應(yīng)原理:Oa段 CO+H+===HCO, ab段 HCO+H+===H2O+CO2↑。 2、向NaHCO3溶液中逐滴加入鹽酸,消耗鹽酸的體積與產(chǎn)生CO2的體積關(guān)系如圖2所示: 圖像特點:從O點開始即產(chǎn)生CO2氣體。 反應(yīng)原理:HCO+H+===H2O+CO2↑。 3、向Na2CO3、NaHCO3的混合物中逐滴加入鹽酸,消耗鹽酸的體積與產(chǎn)生CO2的體積關(guān)系如圖3所示(設(shè)Na2CO3、NaHCO3的物質(zhì)的量之比為m∶n=1∶1,其他比例時的圖像略)。 圖像特點:Oa段消耗HCl的量小于ab段消耗HCl的量。 反應(yīng)原理:Oa段 CO+H+===HCO, ab段 HCO+H+===H2O+CO2↑。 4、向NaOH、Na2CO3的混合物中逐滴加入鹽酸,消耗鹽酸的體積與產(chǎn)生CO2的體積關(guān)系如圖4所示(設(shè)NaOH、Na2CO3的物質(zhì)的量之比x∶y=1∶1,其他比例時的圖像略); 圖像特點:Oa段消耗HCl的量大于ab段消耗HCl的量。 反應(yīng)原理:Oa段 H++OH-===H2O, CO+H+===HCO;ab段 HCO+H+===H2O+CO2↑。 【典型例題4】【百強校2016屆哈師大附中期中】向100mL NaOH溶液中通入一定量的CO2氣體,充分反應(yīng)后,再向所得溶液中逐滴加入0.2 mol/L的鹽酸,產(chǎn)生CO2的體積與所加鹽酸體積之間關(guān)系如右圖所示。下列判斷正確的是 ( ) A.原NaOH溶液的濃度為0.1 mol/L B.通入CO2的體積為448 mL C.所得溶液的溶質(zhì)成分的物質(zhì)的量之比為n(NaOH):n(Na2CO3) = 1: 3 D.所得溶液的溶質(zhì)成分的物質(zhì)的量之比為n(NaHCO3):n(Na2CO3) = 2: 1 【答案】D 【考點定位】本題主要是碳酸鹽與鹽酸反應(yīng)的有關(guān)計算 【點評】該題的難點是判斷反應(yīng)先后關(guān)系,然后找出量的關(guān)系,確定圖像。 【遷移訓(xùn)練4】【百強校2016屆吉林一中第六次月考】將0.4 g NaOH和1.06 g Na2CO3混合并配成溶液,向溶液中滴加0.1 molL-1稀鹽酸。下列圖像能正確表示加入鹽酸的體積和生成CO2的物質(zhì)的量的關(guān)系的是 ( ) 【答案】C 【解析】 試題分析:0.4 g NaOH和1.06 g Na2CO3的物質(zhì)的量分別是0.01mol、0.01mol,加入稀鹽酸后,HCl先與氫氧化鈉反應(yīng),則消耗HCl的物質(zhì)的量是0.01mol,因此稀鹽酸的體積是0.01mol0.1mol/L=0.1L,然后HCl再與碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸氫鈉,此時又消耗HCl的物質(zhì)的量是0.01mol,稀鹽酸的體積是0.1L,最后HCl再與0.01mol的碳酸氫鈉反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w0.01mol,又消耗稀鹽酸0.1L,所以對應(yīng)的圖像是C,答案選C。 考點:本題主要是考查對氫氧化鈉、碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)圖像的分析判斷 考點二:碳酸鈉的制取及性質(zhì)探究 1、侯氏制堿法 (1)氨堿法(索爾維制堿法) 向飽和食鹽水中通入足量氨氣至飽和,然后在加壓下通入CO2(由CaCO3煅燒而得),因NaHCO3溶解度較小,故有下列反應(yīng)發(fā)生: NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NaCl+NH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl 將析出的NaHCO3晶體煅燒,即得Na2CO3: 2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O 母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨,以便循環(huán)使用: 2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O 此法優(yōu)點:原料經(jīng)濟,能連續(xù)生產(chǎn),CO2和NH3能回收使用. 缺點:大量CaCl2用途不大,NaCl利用率只有70%,約有30%的NaCl留在母液中。 (2)聯(lián)合制堿法(侯氏制堿法) 根據(jù)NH4Cl在常溫時的溶解度比NaCl大,而在低溫下卻比NaCl溶解度小的原理,在278K~283K(5℃~10℃)時,向母液中加入食鹽細(xì)粉,而使NH4Cl單獨結(jié)晶析出供做氮肥. 此法優(yōu)點:保留了氨堿法的優(yōu)點,消除了它的缺點,使食鹽的利用率提高到96%;NH4Cl可做氮肥;可與合成氨廠聯(lián)合,使合成氨的原料氣CO轉(zhuǎn)化成CO2,革除了CaCO3制CO2這一工序。 2、碳酸鈉性質(zhì)探究 碳酸鈉與酸反應(yīng)及氫氧化鈉與二氧化碳制取碳酸鈉的過程均為有先后關(guān)系,分步進行,在選擇題和填空題中都是熱點。在解題過程中分清先后,寫出反應(yīng),進行解題。 【典型例題5】我國化工專家侯德榜的“侯氏制堿法”曾為世界制堿工業(yè)作出了突出貢獻。以NaCl、NH3、CO2等為原料先制得NaHCO3,進而生產(chǎn)出純堿。有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為:NH3+CO2+H2O=NH4HCO3; NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl; 2NaHCO3 =Na2CO3+CO2↑+H2O。 Ⅰ.原理分析 碳酸氫銨與飽和食鹽水反應(yīng),能析出碳酸氫鈉晶體的原因是 。 a.碳酸氫鈉難溶于水 b.碳酸氫鈉受熱易分解 c.碳酸氫鈉的溶解度相對較小,在溶液中首先結(jié)晶析出 Ⅱ.實驗探究 (1)一位同學(xué)將二氧化碳?xì)怏w通入含氨的飽和食鹽水中制備碳酸氫鈉,實驗裝置如下圖所示(圖中夾持、固定用的儀器未畫出)。 回答下列有關(guān)問題: a.乙裝置中的試劑是 ; b.丁裝置中稀硫酸的作用是 ; c.實驗結(jié)束后,分離出NaHCO3晶體的操作是 (填分離操作的名稱)。 (2)另一位同學(xué)用圖中戊裝置(其他裝置未畫出)進行實驗。 a.實驗時,須先從 管通入 氣體,再從 管中通入 氣體。 b.有同學(xué)建議在戊裝置的b導(dǎo)管下端連接己裝置,理由是 。 (3)請再寫出一種實驗室制取少量碳酸氫鈉的方法: 。 【答案】 Ⅰ.C Ⅱ.(1)飽和碳酸氫鈉溶液 吸收未反應(yīng)的NH3過濾 (2)a NH3 b CO2 增大CO2氣體與溶液接觸的面積,提高CO2在溶液中的吸收率 (3)往燒堿溶液中通入過量CO2(或往飽和Na2CO3溶液中通入過量CO2等) 解度不大,故先從a導(dǎo)管通入NH3,后從b導(dǎo)管通入CO2。己裝置中有多孔球泡,增大CO2氣體與溶液接觸面積,提高了CO2在溶液中的吸收率。 (3)此題是開放性試題,制備少量碳酸氫鈉方法:①用碳酸氫銨與適量的飽和食鹽水反應(yīng);②往燒堿溶液中通入過量CO2;③往飽和Na2CO3溶液中通入過量CO2等。 【點評】運用化學(xué)反應(yīng)原理掌握侯氏制堿法的原理,與化學(xué)實驗相結(jié)合,從實驗角度分析和判斷,解答問題。 【遷移訓(xùn)練5】【百強校2016屆江西師大附中期末】下圖是模擬“侯氏制堿法”制取NaHCO3的部分裝置。下列操作正確的是 ( ) A.a(chǎn)通入CO2,然后b通入NH3,c中放堿石灰 B.a(chǎn)通入NH3,然后b入CO2,c中放蘸稀硫酸的脫脂棉 C.b通入NH3,然后a通入CO2,c中放堿石灰 D.b通入CO2,然后a通入NH3,c中放蘸稀硫酸的脫脂棉 【答案】B 考點:考查侯氏制堿法判斷 考點三:鈉及其化合物綜合轉(zhuǎn)化關(guān)系及應(yīng)用 【典型例題6】A、B、C、D、E五種物質(zhì)都含有同一元素,它們按下圖所示關(guān)系相互轉(zhuǎn)化,已知A為單質(zhì)。 (1)寫出A~E的化學(xué)式 (2)分別寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式,其中屬于氧化還原反應(yīng)的,請標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目 ①A→B:________ ②A→C:________ ③A→D:________ ④C→D:________ ⑤C→E:________ ⑥D(zhuǎn)→E:________ 【答案】 (1) Na、Na2O、Na2O2、NaOH、Na2CO3 【點評】化學(xué)推斷題是一類綜合性較強的試題,如元素及化合物性質(zhì)和社會生活,環(huán)境保護,化學(xué)計算等知識,還可引入學(xué)科間綜合。它不僅可考察學(xué)生對化學(xué)知識的理解程度,更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和思維方法。解框圖題的方法:最關(guān)鍵的是尋找“突破口”,“突破口”就是抓“特”字,例如特殊顏色、特殊狀態(tài)、特殊氣味、特殊反應(yīng)、特殊現(xiàn)象、特殊制法、特殊用途等。 【遷移訓(xùn)練6】A—K是中學(xué)化學(xué)中常見的幾種物質(zhì),它們之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。已知常溫下A為固體單質(zhì),B為淡黃色粉末,G、H為氣態(tài)單質(zhì),I在常溫下為液體,D、E、F的水溶液均呈堿性,由C的飽和溶液制取F或E是重要的化工生產(chǎn)。回答下列問題: (1)寫出下列物質(zhì)的化學(xué)式:C________E_______ (2)寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式: B→D:_______________________________ C→E:_______________________________ (3)畫出F的電子式:________________ (4)常溫下若電解1L C的飽和溶液,當(dāng)電路中通過0.1mol電子時,溶液的pH值(假設(shè)溶液體積不變)為_________。 【答案】 (1)NaCl、NaHCO3 (2)B→D:2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 C→E:NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl (3) (4)13- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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