2025--2026年高中化学二轮复习专题题型20 电化学与有机化学、晶体结构的融合(含解析)

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2025--2026年高中化学二轮复习专题题型20 电化学与有机化学、晶体结构的融合(含解析)

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1.某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分,可代表其组成和结构;晶胞2是充电后的晶胞结构;所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是(  )
A.结构1钴硫化物的化学式为Co9S8
B.晶胞2中S与S的最短距离为a
C.晶胞2中距Li最近的S有4个
D.晶胞2和晶胞3表示同一晶体
2.研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物(LixLayTiO3),其立方晶胞和导电时Li+迁移过程如图所示。已知该氧化物中Ti为+4价,La为+3价。下列说法错误的是(  )
A.导电时,Ti和La的价态不变
B.若x=,Li+与空位的数目相等
C.与体心最邻近的O原子数为12
D.导电时、空位移动方向与电流方向相反
我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂,用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸,原理如图,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中,甲醛转化为HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-??[OCH2O]2-+H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-===HCOO-+H。下列说法错误的是(  )
A.电解一段时间后阳极区c(OH-)减小
B.理论上生成1 mol H3N+CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离
C.阳极总反应式为2HCHO+4OH--2e-===2HCOO-+H2↑+2H2O
D.阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e-===CHOCOOH+H2O
4.葡萄糖酸钙是一种重要的补钙剂,工业上以葡萄糖、碳酸钙为原料,在溴化钠溶液中采用间接电氧化反应制备葡萄糖酸钙,其阳极区反应过程如下:
下列说法错误的是(  )
A.溴化钠起催化和导电作用
B.每生成1 mol葡萄糖酸钙,理论上电路中转移了2 mol电子
C.葡萄糖酸能通过分子内反应生成含有六元环状结构的产物
D.葡萄糖能发生氧化、还原、取代、加成和消去反应
5.回收利用工业废气中的CO2和SO2,实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是(  )
A.废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
B.装置a中溶液显碱性的原因是HCO的水解程度大于HCO的电离程度
C.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D.装置b中的总反应为SO+CO2+H2OHCOOH+SO
6.用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如下图所示。下列说法正确的是(  )
A.析氢反应发生在IrOx Ti电极上
B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx Ti电极
C.阴极发生的反应有:2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O
D.每转移1 mol电子,阳极生成11.2 L气体(标准状况)
7.电化学合成是一种绿色高效的合成方法,如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是(  )
A.电极a为阴极
B.H+从电极b移向电极a
C.电极b发生的反应为+2H2O-6e-===+6H+
D.生成3 mol半胱氨酸的同时生成1 mol烟酸
8.我国科学家发明了一种以和MnO2为电极材料的新型电池,其内部结构如图所示,其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时,电极材料转化为。下列说法错误的是(  )
A.充电时,b电极上发生还原反应
B.充电时,外电源的正极连接b电极
C.放电时,①区溶液中的SO向②区迁移
D.放电时,a电极的电极反应式为MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O
9.硝酮是重要的有机合成中间体,可采用“成对间接电氧化”法合成。电解槽中水溶液的主要成分及反应过程如图所示。
下列说法错误的是(  )
A.惰性电极2为阳极
B.反应前后WO/WO数量不变
C.消耗1 mol氧气,可得到1 mol硝酮
D.外电路通过1 mol电子,可得到1 mol水
10.Cu2-xSe是一种钠离子电池正极材料,充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组成变化如图所示,晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法不正确的是(  )
A.每个Cu2-xSe晶胞中Cu2+个数为4x
B.每个Na2Se晶胞完全转化为Cu2-xSe晶胞,转移电子数为8
C.每个NaCuSe晶胞中0价Cu原子个数为1-x
D.当NayCu2-xSe转化为NaCuSe时,每转移(1-y) mol电子,产生(1-x) mol Cu原子
专题训练
1.环氧乙烷(,简称EO)是一种重要的工业原料和消毒剂。由乙烯经电解制备EO的原理示意图如下,下列说法中错误的是(  )
A.电极1连接外接电源的正极
B.电极2的电极反应式为2H++2e-===H2↑
C.溶液a可能含有两种溶质,溶液b可循环使用
D.离子膜可选择性地透过H+和K+
2.己二腈[NC(CH2)4CN]是制尼龙 66的原料,利用丙烯腈(CH2===CHCN,不溶于水)为原料、四甲基溴化铵[(CH3)4NBr]为盐溶液制备己二腈的电化学合成装置如图所示,其总反应为
4CH2===CHCN+2H2O===2NC(CH2)4CN+O2↑。下列说法正确的是(  )
A.电解过程中,H+向电极b移动
B.电极a的电极反应为2CH2===CHCN+2H+-2e-===NC(CH2)4CN
C.当电路中转移1 mol e-时,阳极室溶液质量增加9 g
D.(CH3)4NBr在电化学合成中作电解质,并有利于丙烯腈的溶解
3.LiMn2O4为尖晶石型锰系锂离子电池材料,其晶胞由8个立方单元组成,这8个立方单元可分为A、B两种类型(如图所示)。电池充电过程的总反应可表示为LiMn2O4+C6===Li1-xMn2O4+LixC6。
已知:充、放电前后晶体中锰的化合价只有+3、+4,分别表示为Mn(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)。
下列说法不正确的是(  )
A.每个晶胞含8个Li+
B.B立方单元中Mn、O原子个数比为1∶2
C.放电时,正极反应为Li1-xMn2O4+xLi++xe-===LiMn2O4
D.若x=0.6,则充电后材料中Mn(Ⅲ)与Mn(Ⅳ)的数目比为1∶4
4.我国科技工作者设计了一种CO2转化的多功能光电化学平台,实现了CO生产与塑料到化学品的协同转化,其原理如图所示。下列说法错误的是(  )
A.光催化电极的电势:a>b
B.电池工作时,负极区溶液的pH减小
C.正极区的电极反应为CO2+2e-+2HCO===CO+2CO+H2O
D.当电路中通过1 mol电子时,正极区溶液质量增大39 g
5.某生物质电池原理如下图所示,充、放电时分别得到高附加值的醇和羧酸。下列说法正确的是(  )
A.放电时,正极电极反应为+H2O-2e-===+2H+
B.放电时,Co0.2Ni0.8(OH)2转化为Co0.2Ni0.8OOH
C.充电时,K+通过交换膜从左室向右室迁移
D.充电时,阴极电极反应为+2H2O+2e-===+2OH-
1.某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分,可代表其组成和结构;晶胞2是充电后的晶胞结构;所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是(  )
A.结构1钴硫化物的化学式为Co9S8
B.晶胞2中S与S的最短距离为a
C.晶胞2中距Li最近的S有4个
D.晶胞2和晶胞3表示同一晶体
答案:B
解析:由均摊法得,结构1中含有Co的数目为4+4×=4.5,含有S的数目为1+12×=4,Co与S的原子个数比为9∶8,因此结构1的化学式为Co9S8,A正确;由图可知,晶胞2中S与S的最短距离为面对角线的,晶胞边长为a,即S与S的最短距离为a,B错误;如图:,以图中圈出的Li为例,与其最近的S共4个,C正确;如图,当两个晶胞2放在一起时,图中灰框截取的部分就是晶胞3,晶胞2和晶胞3表示同一晶体,D正确。
2.研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物(LixLayTiO3),其立方晶胞和导电时Li+迁移过程如图所示。已知该氧化物中Ti为+4价,La为+3价。下列说法错误的是(  )
A.导电时,Ti和La的价态不变
B.若x=,Li+与空位的数目相等
C.与体心最邻近的O原子数为12
D.导电时、空位移动方向与电流方向相反
答案:B
解析:根据题意,导电时Li+发生迁移,化合价不变,则Ti和La的价态不变,A正确;根据“均摊法”,1个晶胞中含Ti:8×=1个,含O:12×=3个,含La或Li或空位共1个,若x=,则La和空位共,N(La)+N(空位)=,结合化合物中正负化合价代数和为0,可得(+1)×+(+3)×N(La)+(+4)×1+(-2)×3=0,解得N(La)=、N(空位)=,Li+与空位数目不相等,B错误;由立方晶胞的结构可知,与体心最邻近的O原子数为12,即位于棱心的12个O原子,C正确;导电时Li+向阴极移动,即与电流方向相同,则空位移动方向与电流方向相反,D正确。
我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂,用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸,原理如图,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中,甲醛转化为HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-??[OCH2O]2-+H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-===HCOO-+H。下列说法错误的是(  )
A.电解一段时间后阳极区c(OH-)减小
B.理论上生成1 mol H3N+CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离
C.阳极总反应式为2HCHO+4OH--2e-===2HCOO-+H2↑+2H2O
D.阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e-===CHOCOOH+H2O
答案:B
解析:在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O-:HCHO+OH-―→HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-??[OCH2O]2-+H2O,Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-===HCOO-+H,H结合成H2,Cu电极为阳极;PbCu电极为阴极,首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH:H2C2O4+2e-+2H+===OHC—COOH+H2O,OHC—COOH与HO—N+H3反应生成HOOC—CH===N—OH:OHC—COOH+HO—N+H3―→HOOC—CH===N—OH+H2O+H+,HOOC—CH===N—OH发生得电子的还原反应转化成H3N+CH2COOH:HOOC—CH===N—OH+4e-+5H+===H3N+CH2COOH+H2O。根据分析,阴极区的总反应为H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+===H3N+CH2COOH+3H2O,每转移1 mol e-就有1 mol H2O解离成1 mol H+和1 mol OH-,故理论上生成1 mol H3N+CH2COOH双极膜中有6 mol H2O解离,B错误。
4.葡萄糖酸钙是一种重要的补钙剂,工业上以葡萄糖、碳酸钙为原料,在溴化钠溶液中采用间接电氧化反应制备葡萄糖酸钙,其阳极区反应过程如下:
下列说法错误的是(  )
A.溴化钠起催化和导电作用
B.每生成1 mol葡萄糖酸钙,理论上电路中转移了2 mol电子
C.葡萄糖酸能通过分子内反应生成含有六元环状结构的产物
D.葡萄糖能发生氧化、还原、取代、加成和消去反应
答案:B
解析:由题图中信息可知,2 mol Br-在阳极上失去2 mol电子后生成1 mol Br2,1 mol Br2与H2O反应生成1 mol HBrO,1 mol HBrO与1 mol葡萄糖反应生成1 mol葡萄糖酸,1 mol葡萄糖酸与足量的碳酸钙反应可生成0.5 mol葡萄糖酸钙,因此,每生成1 mol葡萄糖酸钙,理论上电路中转移了4 mol电子,B错误。
5.回收利用工业废气中的CO2和SO2,实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是(  )
A.废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
B.装置a中溶液显碱性的原因是HCO的水解程度大于HCO的电离程度
C.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D.装置b中的总反应为SO+CO2+H2OHCOOH+SO
答案:C
解析:装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体,CO2与NaHCO3溶液不反应,不能吸收CO2,C错误。
6.用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如下图所示。下列说法正确的是(  )
A.析氢反应发生在IrOx Ti电极上
B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx Ti电极
C.阴极发生的反应有:2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O
D.每转移1 mol电子,阳极生成11.2 L气体(标准状况)
答案:C
解析:由题图可知,该装置为电解池,与直流电源正极相连的IrOx Ti电极为电解池的阳极,水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+;铜电极为阴极,酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等,电极反应式为2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O、2CO2+12H++12e-===C2H5OH+3H2O等,电解池工作时,氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。析氢反应为还原反应,应在阴极发生,即在铜电极上发生,A错误;离子交换膜为质子交换膜,只允许氢离子通过,Cl-不能通过,B错误;根据阳极电极反应式知,每转移1 mol电子,生成0.25 mol O2,在标准状况下体积为5.6 L,D错误。
7.电化学合成是一种绿色高效的合成方法,如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是(  )
A.电极a为阴极
B.H+从电极b移向电极a
C.电极b发生的反应为+2H2O-6e-===+6H+
D.生成3 mol半胱氨酸的同时生成1 mol烟酸
答案:D
解析:由题图可知电极a发生还原反应:+2e-+2H+===,电极a为阴极,电极b发生氧化反应:+2H2O-6e-===+6H+,电极b为阳极。由分析可知A、C正确;H+从阳极移向阴极,B正确;根据得失电子守恒知,生成6 mol半胱氨酸的同时生成1 mol烟酸,D错误。
8.我国科学家发明了一种以和MnO2为电极材料的新型电池,其内部结构如图所示,其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时,电极材料转化为。下列说法错误的是(  )
A.充电时,b电极上发生还原反应
B.充电时,外电源的正极连接b电极
C.放电时,①区溶液中的SO向②区迁移
D.放电时,a电极的电极反应式为MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O
答案:B
解析:放电时,电极材料转化为,是原电池的负极,电极反应为===+2nK+,阳离子通过阳离子交换膜进入②区;二氧化锰得到电子变成锰离子,是原电池的正极,电极反应:MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O,阳离子减少,多余的阴离子需要通过阴离子交换膜进入②区。充电时,b电极上得到电子,发生还原反应,A正确;充电时,外电源的正极连接a电极,B错误;放电时,①区溶液中多余的SO向②区迁移,C正确;放电时,a电极为正极,电极反应式为MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O,D正确。
9.硝酮是重要的有机合成中间体,可采用“成对间接电氧化”法合成。电解槽中水溶液的主要成分及反应过程如图所示。
下列说法错误的是(  )
A.惰性电极2为阳极
B.反应前后WO/WO数量不变
C.消耗1 mol氧气,可得到1 mol硝酮
D.外电路通过1 mol电子,可得到1 mol水
答案:C
解析:阳极区反应为2Br--2e-===Br2、Br2+―→+2HBr;阴极区反应为O2+2e-+2H+===H2O2、H2O2+WO===H2O+WO,WO+―→+WO+H2O;制备硝酮的总反应为+O2―→+2H2O。惰性电极2上Br-转化为Br2,发生氧化反应,为阳极,A正确;由总反应可知,反应前后WO/WO数量不变,B正确;根据总反应知,消耗1 mol氧气,可得到2 mol硝酮,C错误;根据阴极区反应知,外电路通过1 mol电子,可得到1 mol水,D正确。
10.Cu2-xSe是一种钠离子电池正极材料,充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组成变化如图所示,晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法不正确的是(  )
A.每个Cu2-xSe晶胞中Cu2+个数为4x
B.每个Na2Se晶胞完全转化为Cu2-xSe晶胞,转移电子数为8
C.每个NaCuSe晶胞中0价Cu原子个数为1-x
D.当NayCu2-xSe转化为NaCuSe时,每转移(1-y) mol电子,产生(1-x) mol Cu原子
答案:C
解析:由晶胞结构可知,位于顶点和面心的硒离子个数为8×+6×=4,位于体内的铜离子和亚铜离子的个数之和为8,设晶胞中的铜离子和亚铜离子的个数分别为a和b,则a+b=8-4x,由化合价代数和为0可得2a+b=4×2,解得a=4x,故A正确;Na2Se转化为Cu2-xSe的电极反应式为Na2Se-2e-+(2-x)Cu===Cu2-xSe+2Na+,由晶胞结构可知,每个晶胞中含有4个Na2Se,转移电子数为8,故B正确;Cu2-xSe转化为NaCuSe的电极反应式为Cu2-xSe+e-+Na+===NaCuSe+(1-x)Cu,由晶胞结构可知,每个晶胞中含有4个NaCuSe,晶胞中0价铜原子的个数为(4-4x),故C错误;NayCu2-xSe转化为NaCuSe的电极反应式为NayCu2-xSe+(1-y)e-+(1-y)Na+===NaCuSe+(1-x)Cu,所以每转移(1-y) mol电子,产生(1-x) mol Cu原子,故D正确。
专题训练
1.环氧乙烷(,简称EO)是一种重要的工业原料和消毒剂。由乙烯经电解制备EO的原理示意图如下,下列说法中错误的是(  )
A.电极1连接外接电源的正极
B.电极2的电极反应式为2H++2e-===H2↑
C.溶液a可能含有两种溶质,溶液b可循环使用
D.离子膜可选择性地透过H+和K+
答案:B
解析:从题图中可知,电极1上Cl-失电子生成Cl2,电极1为阳极,生成的氯气与水反应生成HClO,HClO与CH2===CH2反应生成HOCH2CH2Cl,电极2为阴极,阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子,钾离子可通过离子膜向下层移动,溶液a为KOH和KCl的混合溶液,KOH与HOCH2CH2Cl反应生成环氧乙烷和KCl溶液,溶液b为KCl溶液。电极2上水得电子生成氢气和氢氧根离子,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,B错误。
2.己二腈[NC(CH2)4CN]是制尼龙 66的原料,利用丙烯腈(CH2===CHCN,不溶于水)为原料、四甲基溴化铵[(CH3)4NBr]为盐溶液制备己二腈的电化学合成装置如图所示,其总反应为
4CH2===CHCN+2H2O===2NC(CH2)4CN+O2↑。下列说法正确的是(  )
A.电解过程中,H+向电极b移动
B.电极a的电极反应为2CH2===CHCN+2H+-2e-===NC(CH2)4CN
C.当电路中转移1 mol e-时,阳极室溶液质量增加9 g
D.(CH3)4NBr在电化学合成中作电解质,并有利于丙烯腈的溶解
答案:D
解析:由题图结合总反应可知,a极上丙烯腈得到电子发生还原反应生成己二腈:2CH2===CHCN+2H++2e-===NC(CH2)4CN,则a为阴极,b为阳极,b极中水失去电子发生氧化反应生成氧气:2H2O-4e-===4H++O2↑,电解过程中阳离子向阴极移动,故H+向电极a移动,A、B错误;当电路中转移1 mol e-时,阳极室生成0.25 mol氧气(质量为8 g),同时有1 mol氢离子(质量为1 g)进入阴极区,故溶液质量减少9 g,C错误。
3.LiMn2O4为尖晶石型锰系锂离子电池材料,其晶胞由8个立方单元组成,这8个立方单元可分为A、B两种类型(如图所示)。电池充电过程的总反应可表示为LiMn2O4+C6===Li1-xMn2O4+LixC6。
已知:充、放电前后晶体中锰的化合价只有+3、+4,分别表示为Mn(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)。
下列说法不正确的是(  )
A.每个晶胞含8个Li+
B.B立方单元中Mn、O原子个数比为1∶2
C.放电时,正极反应为Li1-xMn2O4+xLi++xe-===LiMn2O4
D.若x=0.6,则充电后材料中Mn(Ⅲ)与Mn(Ⅳ)的数目比为1∶4
答案:B
解析:由A立方单元可知,一个A中含2个Li+,一个晶胞含4个A,所以每个晶胞含8个Li+,A正确;由B立方单元及均摊法可知,B中Mn原子个数为1+6×=,O原子个数为8×+6×=4,则Mn、O原子个数比为∶4=5∶8,B错误;根据充电过程总反应知,放电时,正极Li1-xMn2O4发生还原反应,电极反应为Li1-xMn2O4+xLi++xe-===LiMn2O4,C正确;若x=0.6,则Li1-xMn2O4为Li0.4Mn2O4,设Mn(Ⅲ)与Mn(Ⅳ)的数目分别为a、b,则a+b=2,0.4+3a+4b=8,解得a=0.4,b=1.6,所以Mn(Ⅲ)与Mn(Ⅳ)的数目比为0.4∶1.6=1∶4,D正确。
4.我国科技工作者设计了一种CO2转化的多功能光电化学平台,实现了CO生产与塑料到化学品的协同转化,其原理如图所示。下列说法错误的是(  )
A.光催化电极的电势:a>b
B.电池工作时,负极区溶液的pH减小
C.正极区的电极反应为CO2+2e-+2HCO===CO+2CO+H2O
D.当电路中通过1 mol电子时,正极区溶液质量增大39 g
答案:D
解析:根据光催化电极a上CO2转化为CO,发生还原反应,知a为正极,则b为负极,光催化电极的电势:a>b,A正确;负极上降解为和HOCH2CH2OH,HOCH2CH2OH发生氧化反应转化为
HOCH2COO-,电极反应式为HOCH2CH2OH-4e-+5OH-===HOCH2COO-+4H2O,负极区消耗OH-,溶液的pH减小,B正确;正极区CO2转化为CO,电极反应为CO2+2e-+2HCO===CO+2CO+H2O,C正确;由正、负极的电极反应及电解液保持电中性知,当电路中通过1 mol电子时,正极区溶液增加0.5 mol O,同时1 mol K+通过阳离子交换膜进入正极区,溶液质量增大8 g+39 g=47 g,D错误。
5.某生物质电池原理如下图所示,充、放电时分别得到高附加值的醇和羧酸。下列说法正确的是(  )
A.放电时,正极电极反应为+H2O-2e-===+2H+
B.放电时,Co0.2Ni0.8(OH)2转化为Co0.2Ni0.8OOH
C.充电时,K+通过交换膜从左室向右室迁移
D.充电时,阴极电极反应为+2H2O+2e-===+2OH-
答案:D
解析:放电时,负极发生氧化反应,转化为,所以放电时,Rh/Cu是负极,A错误;放电时,正极得电子,Co0.2Ni0.8OOH转化为Co0.2Ni0.8(OH)2,B错误;充电时,阳离子向阴极移动,充电时,Rh/Cu是阴极,K+通过交换膜从右室向左室迁移,C错误。

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