高考化学一轮复习专题十五铁、铜及其化合物 金属资源考点二铜及其化合物金属材料教学案

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考点二铜及其化合物金属材料
1 铜及其化合物
(1)铜
①物理性质
纯净的铜为紫红色,属于有色金属,密度较大,硬度较小,熔、沸点较高,具有良好的导电、导热性。

②化学性质
(2)铜的氧化物和氢氧化物
(3)铜盐
①Cu 2(OH)2CO 3的名称为碱式碳酸铜,是铜绿的成分,是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果,
其受热分解的化学方程式为Cu 2(OH)2CO 3=====△
2CuO +H 2O +CO 2↑。

②CuSO 4·5H 2O 为蓝色晶体,俗称蓝矾、胆矾,其受热分解的化学方程式为
CuSO 4·5H 2O=====△
CuSO 4+5H 2O ,蓝色晶体受热转化为白色粉末。

无水CuSO 4遇水变蓝色(生成CuSO 4·5H 2O),可作为水的检验依据。

③铜盐溶液有毒,主要是因为Cu 2+
作为一种重金属离子能与蛋白质作用,使蛋白质变性失去生理活性,因此人们利用了它的这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液,用来杀灭植物的病毒。

学霸巧学卡 (1)铜及其化合物的颜色
物质 颜色 物质 颜色 Cu 紫红色 CuSO 4 白色 CuO 黑色 CuSO 4·5H 2O 蓝色 Cu 2O 红色 Cu 2(OH)2CO 3 绿色 Cu 2S
黑色
Cu(OH)2
蓝色
(2)区别红色物质Cu 和Cu 2O 的方法
向红色物质中加入稀硫酸,若溶液由无色变成蓝色,则该红色物质为Cu 2O ,否则为Cu 。

反应的化学方程式为Cu 2O +H 2SO 4===CuSO 4+Cu +H 2O 。

(3)铜在通入氧气的情况下,可在稀的非氧化性酸(稀盐酸、稀硫酸)中逐渐溶解:2Cu +O 2+2H 2SO 4===2CuSO 4+2H 2O 。

(4)常利用CuSO 4转化为CuSO 4·5H 2O 时固体由白色粉末变为蓝色晶体检验少量水的存在。

2 合金及常见金属材料
(1)金属材料的分类 金属材料
⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪
⎪⎧
按原子结构特点⎩⎪⎨⎪⎧
无变价金属:第ⅠA族、第ⅡA族及铝等
金属元素
变价金属:第ⅣA族、第ⅤA族、副族、Ⅷ
族金属元素按组成⎩⎪⎨⎪⎧
纯金属
合金按性能特点⎩⎪
⎨⎪

黑色金属:包括铁、铬、锰以及它们的合金有色金属:除黑色金属以外的其他金属及
其合金
按密度⎩
⎪⎨⎪⎧ 重金属:密度大于4.5 g/cm 3轻金属:密度小于4.5 g/cm 3
按含量⎩
⎪⎨⎪⎧
常见金属:铁、铜、铝、镁等稀有金属:锆、铌、钼、铪等
(2)合金材料
①定义:合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。

合金具有不同于各成分金属的物理性能或机械性能,如熔点一般比它的各成分金属的低;硬度和强度一般比它的各成分金属的大。

②常见合金材料及特性 a .钢铁
b.铝合金
c.铜合金:我国使用最早的铜合金是青铜,常见的铜合金还有黄铜和白铜。

1.思维辨析
(1)Cu2(OH)2CO3是铜锈的主要成分,在干燥的空气中不易生成。

( )
(2)将锌粒投入Cu(NO3)2溶液,反应后固体物质增重。

( )
(3)过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成。

( )
(4)利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质,来检验水的存在。

( )
(5)将铁片置于CuSO4溶液中,铁片上有红色物质析出,说明铁比铜活泼。

( )
(6)合金中至少含有两种金属元素,不含非金属元素。

( )
(7)合金中的金属元素以化合物的形式存在。

( )
(8)生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加。

( )
答案(1)√(2)×(3)×(4)√(5)√(6)×(7)×(8)×
2.某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质,操作正确且能达到实验目的的是( )
A.将铜丝插入浓硫酸中并加热,反应后再加入水,观察硫酸铜溶液的颜色
B.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,观察CuCl2的生成
C.将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干,得到无水CuCl2固体
D.将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡,除去铜绿
答案 D
解析A项,因为浓硫酸溶于水放出大量的热,为防止发生危险,应将反应后的液体缓慢沿玻璃棒注入水中,故A错;B项,常温下,Cu与Cl2不反应,故B错;C项,CuCl2在溶液中发生水解,应在HCl气流中加热蒸干才能得到无水CuCl2,故C错。

[考法综述] 掌握铜及其化合物的性质,在理解性质的基础上,找出各物质反应量的关系,特别注意分清反应过程中的氧化剂、还原剂和电子转移情况,寻找已知量和未知量之间的关系式,深入分析反应过程,尽量简化计算过程。

再根据反应过程中得失的电子数相等,反应前后各元素的质量相等列等式计算。

命题法1 铜及其化合物的性质
典例1 向27.2 g Cu和Cu2O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5 L,固体物质完全反应,生成NO和Cu(NO3)2。

在所得溶液中加入1.0 mol·L-1的NaOH溶液1.0 L,此时溶液呈中性,金属离子已完全沉淀,沉淀质量为39.2 g。

下列有关说法不正确的是 ( ) A.Cu与Cu2O的物质的量之比为2∶1
B.硝酸的物质的量浓度为2.6 mol·L-1
C.产生的NO在标准状况下的体积为4.48 L
D.Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3为0.2 mol
[解析] 根据题意可知沉淀为氢氧化铜,其物质的量为0.4 mol,根据n(Cu)+n(Cu2O)×2=0.4 mol,n(Cu)×64 g·mol-1+n(Cu2O)×144 g·mol-1=27.2 g,可以确定原混合物中有0.2 mol铜,0.1 mol氧化亚铜,将溶液变成中性时消耗氢氧化钠1 mol,沉淀铜离子只消耗了0.8 mol NaOH,因此与固体混合物反应过程中硝酸过量0.2 mol,由于固体混合物与硝酸的反应为氧化还原反应,该反应过程中铜元素的化合价均升高到+2价,电子转移0.4 mol+0.2 mol=0.6 mol,硝酸中氮原子的化合价由+5价降低为+2价,因此生成的一氧化氮的物质的量为0.2 mol,根据氮元素守恒可以判断原溶液中硝酸的物质的量为1.2 mol,浓度为2.4 mol·L-1。

[答案] B
【解题法】铜及其化合物的相互转化
①2Cu+O 2+H 2O +CO 2===Cu 2(OH)2CO 3(碱式碳酸铜)
②4CuO 黑色
=====高温
2Cu 2O 红色
+O 2↑
③CuSO 4·5H 2O 蓝色
=====△
CuSO 4白色
+5H 2O↑
命题法2 铜的冶炼方法
典例2 Cu 2S 是火法炼铜的重要原料之一,下面是由Cu 2S 冶炼铜及制取CuSO 4·5H 2O 的流程图。

Cu 2S ――→O 2
△Cu ――→焙烧
Cu 2O 、CuO
――→
足量稀硫酸A ――→操作ⅠB
――→
蒸发、结晶、过滤胆矾
Cu 2S
中铜元素的化合价为________,火法炼铜的反应原理是
________________________(用化学方程式表示)。

[解析] Cu 2S 中铜元素的化合价为+1;Cu 2S 在加热条件下与O 2反应生成Cu ,依据氧化
还原反应的实质判断硫元素对应的产物是SO 2。

反应方程式为Cu 2S +O 2=====△
2Cu +SO 2。

[答案] +1 Cu 2S +O 2=====△
2Cu +SO 2
【解题法】 铜的冶炼“三方法” (1)湿法炼铜:Fe +CuSO 4===FeSO 4+Cu 。

(2)高温炼铜:工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜):
2CuFeS 2+4O 2=====800 ℃
Cu 2S +3SO 2+2FeO(炉渣)
2Cu 2S +3O 2=====1200 ℃
2Cu 2O +2SO 2
2Cu 2O +Cu 2S =====1200 ℃
6Cu +SO 2↑
粗铜中铜的含量为99.5%~99.7%,主要含有Ag 、Zn 、Fe 、Au 等杂质,粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%~99.98%的铜。

电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极,失电子变为Cu 2+
,用纯铜棒作阴极即可得精铜。

(3)生物炼铜:“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性,并能利用空气中的氧气氧化硫化铜矿石,然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。

生物炼铜的优点:a.成本低;b.污染小;c.反应条件简单;d.含量(品位)很低的矿石也可以被利用。

1.纯净物X 、Y 、Z 转化关系如图所示,下列判断正确的是(
)
A .X 可能是金属铜
B .Y 不可能是氢气
C .Z 可能是氯化钠
D .Z 可能是三氧化硫 答案 A
解析 X 是Cu ,Y 是Cl 2,Z 为CuCl 2时,符合图示转化关系,A 项正确;X 为Cl 2,Y 为H 2,Z 为HCl 时,符合图示转化关系,B 项错误;Z 为NaCl 时,电解NaCl 溶液生成NaOH 、
H 2、Cl 2,不能实现“X+Y ――→点燃
Z”,C 项错误;Z 为SO 3时,其水溶液为H 2SO 4溶液,电解H 2SO 4
溶液时,实质为电解水,生成H 2和O 2,不能实现“X+Y ――→点燃
Z”,D 项错误。

2.下列实验中,对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是 ( )
选项 实验
现象
结论
A
将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加KSCN 溶液 有气体生成,溶液呈血红色
稀硝酸将Fe 氧化为Fe 3+
B
将铜粉加入 1.0 mol·L -1
Fe 2(SO 4)3溶液中
溶液变蓝、有黑色固体出现
金属铁比铜活泼
C
用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打
磨过的铝箔在酒精灯上加热
熔化后的液态铝滴落下来金属铝的熔点较低
D
将0.1 mol·L-1 MgSO4溶液滴入
NaOH溶液至不再有沉淀产生,再滴
加0.1 mol·L-1 CuSO4溶液
先有白色沉淀生成,后变
为浅蓝色沉淀
Cu(OH)2的溶度积比
Mg(OH)2的小
解析稀硝酸中加入过量的铁粉,生成硝酸亚铁,溶液中没有三价铁离子,加入硫氰化钾溶液,溶液不变红,A项错误;Cu与Fe2(SO4)3发生氧化还原反应生成CuSO4和FeSO4,无黑色固体出现,B项错误;铝和氧气反应生成了氧化铝,又因氧化铝的熔点远高于铝的熔点,而氧化铝在铝的表面,所以加热铝箔的时候铝熔化了但是不会滴落,C项错误;对于组成类似(阴、阳离子个数比相同)的难溶电解质,溶度积大的易转化为溶度积小的,D项正确。

3.某同学设计了如下实验测量m g铜银合金样品中铜的质量分数:
下列说法中不正确的是( )
A.合金的熔点比其成分金属低,通常比成分金属具有更优良的金属特性
B.铜和银都能与稀硝酸反应,收集到的V L气体可能全为NO
C.操作Ⅰ是过滤,操作Ⅱ是洗涤,操作Ⅲ应是烘干
D.根据反应收集到的气体体积可以计算铜和银的质量分数
答案 D
解析解答本题要注意以下两点:(1)没有告诉硝酸的浓度,合金与硝酸反应放出的气体中可能含有NO2或NO,用排水法收集到V L气体为NO;(2)W g固体应该是干燥纯净的AgCl,由此确定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ操作。

4.用含少量铁的氧化物的氧化铜制取氯化铜晶体(CuCl2·x H2O)。

有如下操作:
已知:在pH为4~5时,Fe3+几乎完全水解而沉淀,而此时Cu2+却几乎不水解。

(1)溶液A中的金属离子有Fe3+、Fe2+、Cu2+。

能检验溶液A中Fe2+的试剂为________(填
编号, 下同)。

①KMnO 4 ②(NH 4)2S ③NaOH ④KSCN (2)氧化剂可选用________。

①Cl 2 ②KMnO 4 ③HNO 3 ④H 2O 2
(3)要得到较纯的产品,试剂可选用________。

①NaOH ②CuO ③Cu (OH)2 ④Cu 2(OH)2CO 3
(4)某同学设计以原电池的形式实现Fe 2+
至Fe 3+
的转化,电解质溶液为稀硫酸,请写出负极的电极反应:____________________。

(5)为了测定制得的氯化铜晶体(CuCl 2·x H 2O)中x 的值,某兴趣小组设计了两种实验方案:(已知CuCl 2的摩尔质量为135 g·mol -1
;H 2O 的摩尔质量为18 g·mol -1
)
方案一:称取m g 晶体灼烧至质量不再减轻为止,冷却、称量所得无水CuCl 2的质量为
n 1 g 。

方案二:称取m g 晶体溶于水,加入足量氢氧化钠溶液,过滤、沉淀洗涤后用小火加热至质量不再减轻为止,冷却,称量所得固体的质量为n 2 g 。

试评价上述两种实验方案:其中正确的方案是________,据此计算得x =______________________(用含m 、n 1或n 2的代数式表示)。

答案 (1)① (2)①④ (3)②③④ (4)Fe 2+
-e -
===Fe 3+
(5)方案二
80m -135n 2
18n 2
解析 (1)只能抓住Fe 2+
的还原性,用氧化剂鉴别,只有KMnO 4符合,加入酸性高锰酸钾溶液后如果褪色,则证明含有Fe 2+。

(2)氧化剂不能掺入新的杂质,溶液中含有Cl -
,所以可以用Cl 2,H 2O 2属于绿色氧化剂,被还原后生成H 2O ,也可以。

(3)依据Fe 3+
+3H 2O
Fe(OH)3+3H +来除去Fe 3+,①掺入新的杂质Na +
,②③④均可。

(4)负极发生失电子的氧化反应,所以应为Fe 2+
失电子。

(5)CuCl 2水解,方案一不会得到无水CuCl 2,错误;n (CuCl 2)=n (CuO)=n 280 mol ,所以CuCl 2·x H 2O 的摩尔质量为m g÷n 2
80 mol
=80m n 2 g·mol -1,
1 mol 晶体中H 2O 的质量为⎝ ⎛⎭
⎪⎫80m n 2-135 g ,所以x 的值为80m -135n 218n 2。

5.合金是一类非常重要的金属材料,在生产、生活、军事或高科技领域中都有广泛应用。

铁铝合金是一种新型的高温结构材料。

(1)写出工业上生产铁和铝的化学方程式(只写最后得到金属单质的反应):____________________、____________________________。

(2)高温条件下,Al 和Fe 2O 3按一定比例混合反应可制得Fe 3Al ,写出该反应的化学方程式:____________________________。

(3)如图表示室温时不同组分的Fe 3Al 在65%的浓硝酸中的腐蚀情况。

由图可看出添加了________(填符号)元素的合金耐腐蚀性最差。

(4)某校兴趣小组欲测定另一种铁铝硅合金(Fe x Al y Si z )粉末的组成。

①小明同学提出如下方案:准确称取1.46 g 该合金粉末,再加入足量NaOH 溶液(Si +2NaOH +H 2O===Na 2SiO 3+2H 2↑),充分反应后过滤,通过测定剩余固体质量及收集到气体的体积,可计算出此合金的组成。

写出Al 与NaOH 溶液反应的离子方程式:___________。

②小军同学认为小明同学的方案难以测定标准状况下气体的体积,操作不简便。

于是他设计了第二种方案:准确称取1.46 g 该合金粉末,加入过量盐酸溶液充分反应后过滤,测定剩余固体质量0.07 g 。

向滤液中滴加足量浓NaOH 溶液,充分搅拌、过滤、洗涤得固体。

再将所得固体充分加热、灼烧得红棕色粉末1.60 g 。

试通过计算确定此合金的组成。

答案 (1)Fe 2O 3+3CO=====高温
2Fe +3CO 2
2Al 2O 3(熔融)=====通电
4Al +3O 2↑
(2)3Fe 2O 3+8Al=====高温
2Fe 3Al +3Al 2O 3 (3)Si
(4)①2Al+2OH -
+2H 2O===2AlO -
2+3H 2↑ ②m (Si)=0.07 g ,n (Si)=0.0025 mol
n (Fe)=2n (Fe 2O 3)=2×
1.60 g 160 g·mol
-1=0.02
mol ,m (Fe)=0.02 mol×56 g·mol -1
=1.12 g
m (Al)=1.46 g -1.12 g -0.07 g =0.27 g ,n (Al)=0.01 mol n (Fe)∶n (Al)∶n (Si)=0.02 mol∶0.01 mol∶0.0025 mol=8∶4∶1
故该合金的组成为Fe 8Al 4Si
解析 (1)工业上用热还原法制备铁,用电解法制备铝。

(2)Al 置换出Fe 2O 3中的Fe ,然后Al 和Fe 在高温下可制得Fe 3Al 。

(3)由图可看出添加了Si元素的合金在65%的浓硝酸中失重最多,耐腐蚀性最差。

辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。

一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如下所示:
(1)写出“浸取”过程中Cu2S溶解时发生反应的离子方程式:_________________________________________________________。

(2)“回收S”过程中温度控制在50~60 ℃之间,不宜过高或过低的原因是___________________________________________。

(3)气体NO x与氧气混合后通入水中能生成流程中可循环利用的一种物质,该反应的化学方程式为____________________;向“滤液M”中加入(或通入)________(填字母),可得到另一种可循环利用的物质。

a.铁B.氯气
c.高锰酸钾
(4)“保温除铁”过程中,加入CuO的目的是______________;
“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中,要用HNO3溶液调节溶液的pH,其理由是________________________________________________。

[错解] (1)Cu2S+Fe3+===Cu2++FeS
(3)NO x+O2+H2O===HNO3 c
[错因分析] 工艺流程问题常因流程复杂而无从下手,导致不能理性分析而盲目答题,掌握该类问题的分析步骤和方法非常必要。

[解析] (1)Fe3+作氧化剂,Cu2S被氧化,离子方程式为Cu2S+4Fe3+===2Cu2++4Fe2++S。

(2)苯的沸点较低,温度过高苯易挥发,温度过低矿渣的溶解速率小,故应控制温度为50~60 ℃。

(3)NO x作还原剂,根据质量守恒和得失电子守恒可写出反应的化学方程式:4NO x+(5-2x)O2+2H2O===4HNO3;向滤液M中通入Cl2,将FeCl2氧化成FeCl3,FeCl3溶液可循环使用。

(4)Fe3+可发生水解反应Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+,加入CuO,可使水解平衡向正反应方向移动;Cu2+会水解,加入HNO3溶液可抑制Cu2+的水解(不引入其他杂质)。

[答案] (1)Cu2S+4Fe3+===2Cu2++4Fe2++S
(2)温度过高苯易挥发,温度过低矿渣的溶解速率小
(3)4NO x+(5-2x)O2+2H2O===4HNO3 b
(4)加大Fe3+转化为Fe(OH)3的程度调节溶液的pH,抑制Cu2+的水解
解答此类问题时,首先要明确各个流程的目的,然后仔细分析各步发生的反应及得到的产物,最后结合理论与实际问题进行思考答题,答题时要注意答题的模式和要点。

[归纳总结]
无机化工流程题的解题策略
1.解题基本步骤
(1)审题
①从题干中获取有用信息,了解生产的产品,并在流程框图上,标出原料中的成分,找出原料中的杂质。

②审流程图:看箭头,进入的是投料(即反应物),出去的是生成物(包括主产物和副产物);找三线,物料进出线、操作流程线、循环线。

(2)析题:分析流程中的每一步骤,知道“四个什么”:①反应物是什么?②发生了什么反应?③该反应造成了什么后果?④对制造产品有什么作用?抓住一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务。

(3)技巧:从问题中获取信息,帮助解题,流程图下面题目中所提的问题,有时对我们分析流程中某一步的作用有很大帮助,所以我们在做题时,不仅要把题中所给信息及流程图审一遍,还要把题中所提问题浏览一遍。

2.解题思维方向
化工流程题目在流程上一般分为3个过程:
原料处理―→分离提纯―→获得产品
(1)原料处理阶段的常见考点与常见名词
①研磨、粉碎、加热:加快反应速率。

②溶解:通常用酸溶,如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。

③水浸:与水接触反应或溶解。

④浸出:固体加水(酸)溶解得到离子。

⑤浸出率:固体溶解后,离子在溶液中含量的多少(更多转化)。

⑥酸浸:在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去的溶解过程。

⑦灼烧、焙烧、煅烧:改变结构,使一些物质能溶解,并使一些杂质高温下氧化,分解。

(2)分离提纯阶段的常见考点
①调pH除杂
a.控制溶液的酸碱性使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。

例如:已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示。

若要除去Mn2+
提示:先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调溶液的pH到3.7。

注意:把溶液调节pH到3.7,并不是加酸调节,而是增大pH,应该加碱或其他与酸反
应的物质。

b.调节pH所需的物质一般应满足两点:能与H+反应,使溶液pH增大;不引入新杂质。

例如:若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。

②试剂除杂:要注意所加试剂是还原剂还是氧化剂,然后分析反应类型,如果加入氧化剂(或还原剂),则说明原溶液中有还原剂(或氧化剂),发生氧化还原反应。

加入酸,是为了除去碱性物质;加入碱,是为了除去酸性物质。

③加热:加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。

如果在制备过程中出现一些受热易分解、易水解的物质或产物,则要注意对温度的控制。

如:侯氏制碱中的NaHCO3,还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。

④降温:防止某物质在高温时会溶解(或分解),为使化学平衡向着题目要求的方向移动。

⑤萃取:利用萃取原理将混合物进行分离,一般还需通过分液和蒸馏等方法。

(3)获得产品阶段的常见考点
①洗涤(冰水、热水):洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。

②蒸发、反应时的气体氛围抑制水解:如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中加热,以防止其水解。

③蒸发浓缩、冷却结晶:如除去KNO3中的少量NaCl。

④蒸发结晶、趁热过滤:如除去NaCl中的少量KNO3。

⑤重结晶。

3.解题规范作答
文字叙述类题目要规范答题,防止出现因叙述不严谨导致失分,如
(1)洗涤沉淀:往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复以上操作2~3次。

(2)从溶液中得到晶体:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤、烘干或干燥)。

(3)趁热过滤(或冰水洗涤)的目的:防止某些物质降温时会析出(或升温时会溶解)而带入新的杂质。

(4)反应中采取加热措施的作用:一般是为了增大反应速率或加速某固体的溶解。

[心得体会]。

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