新版高考化学一轮复习 专题4 非金属及其化合物 2 第二单元 含硅矿物与信息材料教学案doc.docx
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新版高考化学一轮复习专题4非金属及其化合物2第二单元含硅矿物与信息材料教学案doc
第二单元 含硅矿物与信息材料
[考点分布]
知识内容
考试
要求
2016年
2017年
2018年
2019年
2020年
4月
10月
4月
11月
4月
11月
4月
1月
（1）硅在自然界的存在形式
a
T8
（2）硅及其化合物（以SiO2和Na2SiO3为例）的重要性质
b
T13
T10
T12、T13
（3）工业制备高纯硅的方法
b
（4）三大硅酸盐产品：
水泥、陶瓷、玻璃
a
T6
T8
（5）硅、二氧化硅在信息技术、材料科学等领域中的应用
a
T8
硅单质及其重要化合物的性质
1．硅单质的存在形态、物理性质及用途
（1）硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。
硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。
（2）单质的结构、物理性质与用途比较
结构
晶体硅：
与金刚石类似的空间网状结构
物理
性质
晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高
用途
晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池
2.硅单质的化学性质
硅在参与化学反应时，一般表现还原性。
（1）与非金属单质反应
（2）与氢氟酸反应：
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
3．工业上制取硅单质
第一步，用焦炭在电炉中将石英砂还原制得粗硅：
SiO2＋2C
Si＋2CO↑。
第二步，粗硅与氯气在高温条件下反应生成SiCl4：
Si（粗）＋2Cl2
SiCl4。
第三步，用H2还原SiCl4：
SiCl4＋2H2
Si（纯）＋4HCl。
4．二氧化硅的结构与性质
结构
立体网状结构，不存在单个分子
主要物理性质
硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水
主要化学性质（填化学方程式）
与水
反应
不反应
与酸
反应
只与氢氟酸反应：
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
与碱
反应
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
（盛碱液的试剂瓶用橡胶塞）
与盐
反应
如与Na2CO3反应：
SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑
与碱性
氧化
物反应
如与CaO反应：
SiO2＋CaO
CaSiO3
用途
光导纤维、光学仪器、电子部件
5.硅酸和硅酸钠
（1）硅酸（H2SiO3或H4SiO4）
①硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能（填“能”或“不能”）使紫色石蕊溶液变红色。
硅酸不稳定，受热易分解：
H2SiO3
SiO2＋H2O。
②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。
③用途：
硅酸在水中易聚合形成胶体。
硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。
（2）硅酸钠（Na2SiO3）
①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。
②它能与酸性比硅酸强的酸反应，写出以下化学方程式：
与盐酸反应：
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。
与少量CO2水溶液反应：
Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。
③用途：
黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。
题组硅及其化合物的结构与性质
1．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。
下列关于硅的说法不正确的是（ ）
A．高纯度的单质硅被广泛用于制作计算机芯片
B．硅可由二氧化硅还原制得
C．常温时硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应
D．自然界硅元素的贮量丰富，并存在大量的单质硅
解析：
选D。
A.硅作为半导体材料被广泛用于制作计算机芯片，故A正确；B.焦炭和二氧化硅在高温下反应制得粗硅，其中二氧化硅作氧化剂被还原，故B正确；C.常温时硅能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和氢气，故C正确；D.自然界中没有游离态的硅，即不存在大量的单质硅，故D错误。
2．下列关于CO2和SiO2的说法中正确的是（ ）
A．CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐
B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸
C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物
D．CO2和SiO2都是由相应的分子组成的
解析：
选A。
SiO2不能与水反应，B项错；SiO2也是酸性氧化物，C项错；SiO2中不存在分子，其化学式仅代表Si、O原子个数比为1∶2，D项错。
3．（2020·浙江选考考前冲刺）下列说法不正确的是（ ）
A．加热纯碱溶液能提高其去油污的能力
B．石英玻璃的主要成分是二氧化硅
C．含第ⅣA族元素的化合物种类最多
D．自然界中的氧元素主要以游离态的形式存在
解析：
选D。
纯碱因水解而使溶液呈碱性，油脂在碱性条件下水解，加热纯碱溶液，溶液的碱性增强，去油污的能力增强，A项正确；石英玻璃中主要含有的物质是二氧化硅，B项正确；化合物种类最多的是有机物，而有机物中均含有碳元素，碳元素处于周期表第ⅣA族，C项正确；自然界中的氧元素主要以化合态形式存在于地壳中，是地壳中含量最高的元素，D项错误。
熟记硅及其化合物的特殊性质
（1）硅单质的特殊性
①Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：
SiO2＋2C
Si＋2CO↑。
②非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si与碱液作用却放出H2：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
③非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
④非金属单质大多为绝缘体，但Si为半导体。
（2）含硅化合物的特殊性
①SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。
②酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF作用：
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
③无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。
④因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：
Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑也能发生。
硅酸盐及无机非金属材料
1．硅酸盐
（1）概念：
由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。
（2）表示方法：
硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠（Na2SiO3）写成Na2O·SiO2，钾云母（KH2Al3Si3O12）写成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。
2．无机非金属材料
（1）传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
①常见硅酸盐材料比较
水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃熔窑
陶瓷窑
②玻璃生产中的两个重要反应：
Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋CO2↑。
（2）新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。
题组一复杂硅酸盐的成分及表示方法
1．青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22（OH）2。
青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是（ ）
A．青石棉是一种硅酸盐材料
B．青石棉中含有一定量的石英晶体
C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
D．1mol青石棉能使1molHNO3被还原
解析：
选B。
硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素（主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等）结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟硝酸反应时，失去3mol电子，故能使1molHNO3被还原。
题组二无机非金属材料成分的辨别
2．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（ ）
①水玻璃是一种矿物胶，既不易燃烧也不受腐蚀
②水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A．①② B．②③
C．①④D．③④
解析：
选C。
水玻璃是Na2SiO3的水溶液，可用作防火剂和防腐剂，①正确；沙子不属于硅酸盐制品，②不正确；光导纤维的主要成分是SiO2，③不正确。
3．（2020·宁波质检）硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是（ ）
A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4
B．碳化硅（SiC）的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2
D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2
解析：
选D。
A项，在氮化硅中N元素为－3价，Si元素为＋4价，则化学式为Si3N4，正确；D项，在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。
（1）不要混淆二氧化硅和硅的用途
用于制作光导纤维的是二氧化硅，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。
（2）熟悉几种常见饰品的主要成分
水晶、石英、玛瑙的主要成分是二氧化硅；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。
（3）了解用氧化物的形式表示复杂硅酸盐的方法
①书写顺序：
较活泼的金属氧化物·较不活泼的金属氧化物·二氧化硅·水。
②各元素的化合价保持不变，各元素原子个数比符合原来的组成。
硅及其化合物的转化关系与应用
硅及其化合物的转化关系
题组化工生产中的硅及其化合物的转化
1．高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。
这种材料可以按下列方法制备：
SiO2
Si（粗）
SiHCl3
Si（纯）
下列说法正确的是（ ）
A．步骤①的化学方程式为SiO2＋C
Si（粗）＋CO2↑
B．步骤①②③中，硅元素分别被氧化、被还原、被氧化
C．二氧化硅既能与氢氟酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，属于两性氧化物
D．SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量的SiCl4（沸点67.6℃），可通过蒸馏提纯SiHCl3
解析：
选D。
步骤①的生成物为Si（粗）和CO，A项错误；步骤①②③中，硅元素的化合价从正价→0价→正价→0价，所以硅元素分别被还原、被氧化、被还原，B项错误；二氧化硅能与氢氟酸反应，但生成的不是盐和水，所以不属于两性氧化物，C项错误；SiHCl3与SiCl4的沸点不同且相差较大，可通过蒸馏提纯SiHCl3，D项正确。
2．X是一种新型无机非金属材料，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性。
有关生产过程如下：
为了确定C的组成，某同学进行了以下的探究过程。
已知F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可作光导纤维。
按要求回答下列问题：
（1）C的化学式为________；X的化学式为________。
（2）写出下列方程式：
反应②的化学方程式：
____________________________________________________；
反应⑦的离子方程式：
______________________________________________________。
解析：
由I可作光导纤维知，I为SiO2，根据题给第二个框图中的转化关系和“F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀”知F为硅酸，H为硅酸钠；由E→G是加入了硝酸银和稀硝酸，生成了难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，则E中含有氯离子；则化合物C中含硅、氯两种元素，故C为SiCl4，D为Si（NH2）4，X为Si3N4。
反应②为SiCl4与过量氨气的反应，反应⑦为硅酸钠与过量二氧化碳的反应。
答案：
（1）SiCl4 Si3N4
（2）SiCl4＋8NH3===Si（NH2）4＋4NH4Cl
SiO
＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2HCO
3．单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备，其中X为Z的氧化物，Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，回答下列问题：
（1）能与X发生化学反应的酸是________；由X制备Mg2Z的化学方程式为________________________________________________________________________。
（2）由Mg2Z生成Y的化学方程式为______________________________，Y分子的电子式为________________________________________________________________________。
（3）Z、X中共价键的类型分别是________、__________。
解析：
Z为半导体单质，则Z是Si；Si的氧化物为二氧化硅，即X为SiO2，其可与氢氟酸反应，根据反应的流程图可知，二氧化硅与Mg反应生成Mg2Si，Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物，则Y的分子式是SiH4，其电子式为
，加热分解可得到Si单质。
答案：
（1）氢氟酸 SiO2＋4Mg
2MgO＋Mg2Si
（2）Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑
（3）非极性（共价）键 极性（共价）键
课后达标检测
一、选择题
1．下列叙述正确的是（ ）
A．利用高纯硅可以制成光电池，将光能直接转化为电能
B．CO、CO2均易与血红蛋白结合而中毒
C．在SiO2制备高纯硅的过程中只涉及置换反应
D．SiO2和H2O反应可直接制备H2SiO3
解析：
选A。
CO2不能与血红蛋白结合，B项错；粗硅提纯时，Si＋2Cl2
SiCl4是化合反应，C项错；SiO2不能和水反应，D项错。
2．下列我国科研成果所涉及材料中，主要成分为同主族元素形成的无机非金属材料的是（ ）
解析：
选A。
碳化硅（SiC）是由碳元素和硅元素组成的无机非金属材料，且碳元素与硅元素均位于元素周期表第ⅣA族，A项符合题意；聚氨酯为有机高分子化合物，不属于无机非金属材料，B项不符合题意；碳包覆银纳米材料属于复合材料，不属于无机非金属材料，且Ag不是主族元素，C项不符合题意；钛合金为含有金属钛元素的合金，其属于金属材料，不属于无机非金属材料，D项不符合题意。
3．（2020·浙江9＋1联盟联考）X、Y、Z三种不同物质有如图所示转化关系，则X不可能是（ ）
A．SO2 B．SiO2
C．CO2D．NH4Cl
解析：
选D。
将四个选项代入，如果X是NH4Cl，则Y为NH3·H2O，Z为NH4Cl，与题目要求“X、Y、Z三种不同物质”不符，故选择D项。
4．《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡（BaCuSi2Ox，铜为＋2价），下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是（ ）
A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2
B．性质稳定，不易脱色
C．易溶解于强酸和强碱
D．x等于6
解析：
选C。
硅酸铜钡能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应。
“硅酸铜钡”中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6，用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2，A、B、D均正确。
5.（2020·浙江1月选考,T8）下列说法不正确的是（ ）
A．二氧化硅导电能力强，可用于制造光导纤维
B．石灰石在高温下可用于消除燃煤烟气中的SO2
C．钠着火不能用泡沫灭火器灭火
D．利用催化剂可减少汽车尾气中有害气体的排放
答案：
A
6．（2020·杭州余杭中学选考模拟）下列关于硅及其化合物的说法中正确的是（ ）
A．石英和水玻璃的主要成分都是硅酸盐
B．用二氧化硅与焦炭反应制取单质硅，当生成2.24L气体（标准状况）时，得到1.4g硅
C．单质硅与强酸、强碱都不反应
D．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强
解析：
选B。
A项石英的主要成分是SiO2，不是硅酸盐，错误；B项用二氧化硅与焦炭反应制取单质硅，当生成2.24LCO气体（标况）时，可得到1.4g硅，正确；C项单质硅与强碱溶液反应，生成硅酸盐并放出氢气，错误；D项硅酸的酸性比碳酸弱，错误。
7．（2020·金丽衢十二校选考模拟）对于化学方程式：
SiO2＋3C
SiC＋2CO↑，有关叙述正确的是（ ）
A．反应中SiO2是氧化剂，C是还原剂
B．硅元素被还原，碳元素被氧化
C．在反应中C既是氧化剂又是还原剂
D．在反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1
解析：
选C。
Si元素化合价没有发生变化，SiO2既不是氧化剂又不是还原剂，C元素化合价既升高又降低，既是氧化剂又是还原剂，由方程式可知3molC参加反应，有2mol被氧化，1mol被还原，则在反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2，故A、B、D错误。
8．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的方法是（ ）
A．加入过量盐酸，观察是否有气泡冒出
B．加入过量烧碱溶液，观察是否有固体溶解
C．加热至高温，观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成
D．先加过量盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现；若有不溶物则滤出，投入氢氧化钠溶液中看其是否溶解
解析：
选D。
A.加入过量盐酸，观察是否有气泡冒出，只能检验石灰石是否存在，不能检验石英是否存在，故A错误；B.加入过量烧碱溶液，观察是否有固体溶解，只能检验石英是否存在，不能检验石灰石是否存在，故B错误；C.加热至高温时，不能观察到是否有气体生成，故C错误；D.CaCO3溶于盐酸有气泡生成，所以可用盐酸检验石灰石是否存在；SiO2不溶于除氢氟酸以外的酸，但SiO2可以溶于NaOH溶液生成盐和水，所以可用氢氧化钠溶液检验石英石是否存在，故D正确。
9．（2018·浙江11月选考，T8）下列说法不正确的是（ ）
A．电解熔融氯化镁可制取金属镁
B．电解饱和食盐水可制取氯气
C．生产普通玻璃的主要原料为石灰石、纯碱和晶体硅
D．接触法制硫酸的硫元素主要来源于硫黄或含硫矿石
解析：
选C。
A.电解熔融氯化镁的化学方程式是MgCl2（熔融）
Mg＋Cl2↑，可制取金属镁，故A正确；B．电解饱和食盐水的化学方程式是2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，可制取氯气，故B正确；C.生产普通玻璃的主要原料为石灰石、纯碱和石英，不是晶体硅，故C不正确；D.接触法制硫酸首先是SO2的制取，SO2主要来源于硫黄或含硫矿石的燃烧，故D正确。
10．现有下列五个转化，其中不可能通过一步反应实现的是（ ）
①SiO2→Na2SiO3 ②CuSO4→CuCl2 ③SiO2→H2SiO3
④CuO→Cu（OH）2 ⑤Na2O2→NaOH
A．①②B．③④
C．②③④D．②③④⑤
解析：
选B。
①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；②CuSO4＋BaCl2===BaSO4↓＋CuCl2；⑤2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑；SiO2和CuO均不溶于水，因此SiO2、CuO不可能通过一步反应分别生成H2SiO3、Cu（OH）2。
11．（2020·浙江黄岩选考模拟）SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质（如下图所示）。
下列说法错误的是（ ）
A．上图所含反应都不属于氧化还原反应
B．纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料
C．用盐酸可除去石英砂（主要成分为SiO2）中少量的碳酸钙
D．高炉炼铁时用石灰石将铁矿石中的脉石转化为易熔的炉渣
解析：
选A。
A项，由SiO2制取单晶硅的一系列反应都属于氧化还原反应，错误；B项，SiO2可作光导纤维，单晶硅可作半导体材料，正确；C项，盐酸与SiO2不反应，但与CaCO3反应，正确；D项，高炉炼铁中，存在反应：
CaCO3
CaO＋CO2↑，SiO2＋CaO
CaSiO3，CaSiO3作为炉渣除去，正确。
12．工业生产的生石灰中常混有二氧化硅和石灰石。
现将生石灰样品溶于过量的盐酸中，然后在不断搅拌（必要时可以加热）的情况下，向反应混合溶液中逐滴加入氢氧化钠溶液至过量，如果纵坐标表示固体难溶物的质量（m），横坐标表示所加入氢氧化钠溶液的体积（V），则下列图示正确的是（ ）
解析：
选B。
生石灰样品溶于过量盐酸后，溶液中的溶质为CaCl2和过量的HCl。
滴加NaOH溶液时，NaOH首先与盐酸反应，所以开始时固体难溶物的质量不变，C、D两选项排除；当酸耗完后，SiO2开始溶解，发生反应的离子方程式为SiO2＋2OH－===SiO
＋H2O，SiO
＋Ca2＋===CaSiO3↓，依据两个化学方程式的化学计量数关系可知溶解1molSiO2（60g）时生成1mol难溶物CaSiO3（116g），难溶物的质量增加。
二、非选择题
13．某研究性学习小组进行了“实验室制Si”的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：
①工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si；
②Mg在点燃的条件下即可与SiO2反应；
③金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐与SiH4；
④Si和SiO2均不与稀H2SO4反应；
⑤SiH4在空气中自燃。
他们在研究报告中记载着：
“……选用合适的物质在适宜的条件下充分反应，再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥，最后称量……在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期值的63%左右。
”
（1）该小组“实验室制Si”的化学方程式是______________________________
________________。
（2）你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是（用文字和化学方程式解释）___________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）由提供的信息可知，该小组“实验室制Si”的原理为Mg在点燃的条件下与SiO2反应生成Si和MgO。
（2）稀H2SO4溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，说明固体产物中含有Mg2Si，Mg2Si与H2SO4反应生成MgSO4和SiH4，SiH4在空气中自燃。
答案：
（1）2Mg＋SiO2
2MgO＋Si
（2）金属镁与生成的硅继续反应生成硅化镁，硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃。
用化学方程式表示：
2Mg＋Si
Mg2Si，Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O
14．（2020·浙江选考十校联
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