高中化学第三章水溶液中的离子平衡34难溶电解质的溶解平衡第2课时沉淀反应的应用导学案新人教版选修4.docx

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第2课时 沉淀反应的应用

 

 沉淀的生成和溶解

1.沉淀的生成

(1)沉淀生成的应用

在涉及无机制备、提纯工艺的生产、科研、废水处理等领域中,常利用生成沉淀来达到分离或除去某些离子的目的。

(2)沉淀的方法

①调节pH法:

如工业原料氯化铵中含杂质氯化铁,使其溶解于水,再加入氨水调节pH至7~8,可使Fe3+转变为Fe(OH)3沉淀而除去。

反应如下:

Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH

②加沉淀剂法:

如以Na2S、H2S等作沉淀剂,使某些金属离子,如Cu2+、Hg2+等生成极难溶的硫化物CuS、HgS等沉淀,也是分离、除去杂质常用的方法。

反应如下:

Cu2++S2-===CuS↓,Cu2++H2S===CuS↓+2H+;Hg2++S2-===HgS↓,Hg2++H2S===HgS↓+2H+。

③同离子效应法:

增大溶解平衡中离子浓度,使平衡向沉淀生成的方向移动。

2.沉淀的溶解

(1)沉淀溶解的原理

根据平衡移动原理,对于在水中难溶的电解质,如果能设法不断地移去溶解平衡体系中的相应离子,使平衡向沉淀溶解的方向移动,就可以使沉淀溶解。

(2)溶解沉淀的试剂类型

①主要类型:

用强酸溶解。

例如:

溶解CaCO3、FeS、Cu(OH)2等难溶电解质。

②用某些盐溶液溶解。

例如:

Mg(OH)2沉淀可溶于NH4Cl溶液,化学方程式为Mg(OH)2+2NH4Cl===MgCl2+2NH3·H2O。

1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。

(1)沉淀溶液中的Ba2+,加入的Na2SO4溶液浓度越大沉淀效果越好。

(  )

(2)可以使要除去的离子全部通过沉淀除去。

(  )

(3)除去MgCl2溶液中的Fe2+,先加入双氧水,再加入MgO即可。

(  )

(4)为减少洗涤过程中固体的损耗,最好选用稀H2SO4代替H2O来洗涤BaSO4沉淀。

(  )

(5)洗涤沉淀时,洗涤次数越多越好。

(  )

答案:

(1)√ 

(2)× (3)√ (4)√ (5)×

2.(2017·九江高二月考)要使工业废水中的Pb2+沉淀,可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作沉淀剂,已知Pb2+与这些离子形成的化合物的溶解度如下:

化合物

PbSO4

PbCO3

PbS

溶解度/g

1.03×10-4

1.81×10-7

1.84×10-14

由上述数据可知,选用的沉淀剂最好是(  )

A.硫化物       

B.硫酸盐

C.碳酸盐

D.以上沉淀剂均可

解析:

选A。

产生沉淀的溶解度越小,沉淀反应进行的越完全。

1.选用合适的沉淀剂

在选择时应注意以下两点:

①要使生成沉淀的反应能够发生;②希望沉淀生成的反应进行的越完全越好,因此沉淀剂要过量。

2.不同沉淀方法的应用

(1)直接沉淀法:

通过沉淀剂除去溶液中的某种指定离子或获取该难溶电解质。

(2)分步沉淀法:

鉴别溶液中含有哪些离子或分别获得不同难溶电解质。

(3)共沉淀法:

向溶液中加入沉淀剂,除去溶液中性质相似的离子。

(4)氧化还原法:

改变溶液中离子的存在形式,促使其转化为更难溶的电解质便于分离除去。

3.沉淀溶解常用的方法

(1)酸溶解法:

如CaCO3溶于盐酸,Al(OH)3、Cu(OH)2溶于强酸等。

(2)盐溶解法:

如Mg(OH)2可溶于NH4Cl溶液中。

(3)生成配合物法:

如AgCl可溶于氨水。

(4)氧化还原法:

如CuS、HgS等可溶于HNO3中。

 已知:

25℃时,Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,Ksp(MgF2)=7.42×10-11。

下列说法正确的是(  )

A.25℃时,饱和Mg(OH)2溶液与饱和MgF2溶液相比,前者的c(Mg2+)大

B.25℃时,在Mg(OH)2的悬浊液中加入少量的NH4Cl固体,c(Mg2+)增大

C.25℃时,Mg(OH)2固体在20mL0.01mol/L氨水中的Ksp比在20mL0.01mol/LNH4Cl溶液中的Ksp小

D.25℃时,在Mg(OH)2的悬浊液中加入NaF溶液后,Mg(OH)2不可能产生MgF2沉淀

[解析] Mg(OH)2与MgF2均为AB2型难溶电解质,故Ksp越小,其溶解度越小,前者c(Mg2+)小,A项错误;因为NH4Cl溶于水后存在平衡NH

+OH-NH3·H2O,所以加入NH4Cl后促进Mg(OH)2的溶解平衡向右移动,c(Mg2+)增大,B项正确;Ksp只受温度的影响,25℃时,Mg(OH)2的溶度积Ksp为常数,C项错误;加入NaF溶液后,若Qc=c(Mg2+)·c2(F-)>Ksp(MgF2),则会产生MgF2沉淀,D项错误。

[答案] B

 沉淀的生成

1.已知下表数据:

物质

Fe(OH)2

Cu(OH)2

Fe(OH)3

Ksp/25℃

8.0×10-16

2.2×10-20

4.0×10-38

完全沉淀时的pH范围

≥9.6

≥6.4

3~4

对含等物质的量的CuSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3的混合溶液的说法,不正确的是(  )

A.该混合溶液的pH<3

B.向该混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,最先看到红褐色沉淀

C.向该溶液中加入适量氯水,并调节pH至3~4后过滤,可获得纯净的CuSO4溶液

D.在pH=5的溶液中Fe3+不能大量存在

解析:

选C。

溶液pH<3时,溶液中才能含有大量Fe3+,A项正确;根据溶度积常数可判断B项正确;由选项C的操作可知,溶液中还有氯离子,即溶液中还存在CuCl2,C项错误;由表中数据知Fe3+在pH=4的环境中已沉淀完全,D项正确。

2.25℃时,已知Ksp(Ag2SO4)=1.2×10-5,Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(Ag2C2O4)=3.5×10-11,Ksp(AgI)=1.5×10-16,该温度下有关叙述正确的是(  )

A.AgCl、Ag2C2O4、AgI三者的饱和溶液中c(Ag+)大小顺序:

Ag2C2O4>AgCl>AgI

B.将0.02mol·L-1AgNO3溶液和0.02mol·L-1NaCl溶液等体积混合,无沉淀生成

C.向5mL饱和AgCl溶液中滴加0.5mL0.1mol·L-1KI溶液,无沉淀生成

D.向浓度均为0.1mol·L-1的NaCl和KI混合溶液中滴加AgNO3溶液,先有白色沉淀生成

解析:

选A。

AgCl饱和溶液中,c(Ag+)=

mol·L-1,Ag2C2O4饱和溶液中,c(Ag+)=

mol·L-1,AgI饱和溶液中,c(Ag+)=

mol·L-1,用估算法可判断,A项正确;将0.02mol·L-1AgNO3溶液和0.02mol·L-1NaCl溶液等体积混合后,混合溶液中c(Ag+)·c(Cl-)=0.01×0.01=1.0×10-4>Ksp(AgCl),故有沉淀生成,B项错误;用估算法判断C项,饱和AgCl溶液中c(Ag+)≈1.0×10-5mol·L-1,滴加0.5mL0.1mol·L-1KI溶液后,由数量级可看出溶液中c(Ag+)·c(I-)一定大于Ksp(AgI)=1.5×10-16,故有沉淀析出,C项错误;Ksp(AgCl)>Ksp(AgI),故向浓度均为0.1mol·L-1的NaCl和KI混合溶液中滴加AgNO3溶液,先有黄色AgI沉淀生成,D项错误。

 沉淀的溶解

3.当氢氧化镁固体在水中达到溶解平衡Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)时,为使Mg(OH)2固体的量减少,需加入少量的(  )

A.NH4NO3B.NaOH

C.MgSO4D.Na2SO4

解析:

选A。

要使Mg(OH)2固体的量减小,应使Mg(OH)2的溶解平衡右移,可减小c(Mg2+)或c(OH-)。

NH4NO3电离出的NH

能结合OH-,使平衡右移。

4.Al(OH)3为两性氢氧化物,在水溶液中存在酸式电离和碱式电离两种形式,试根据平衡移动原理,解释下列有关问题:

(1)向Al(OH)3沉淀中加入盐酸,沉淀溶解,其原因是______________________________,有关离子方程式是____________________________________。

(2)向Al(OH)3沉淀中加入苛性钠溶液,沉淀溶解,其原因是_________________________,有关离子方程式是____________________________________。

答案:

(1)Al(OH)3的碱式电离为Al(OH)3Al3++3OH-,加入酸溶液时,由于H+与Al(OH)3电离出来的少量OH-反应生成H2O,使Al(OH)3的碱式电离平衡向右移动 Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O

(2)Al(OH)3的酸式电离为Al(OH)3H++AlO

+H2O,加入碱性溶液时,OH-与Al(OH)3电离出的H+反应生成H2O,使c(H+)减小,Al(OH)3的酸式电离平衡向右移动 Al(OH)3+OH-===AlO

+2H2O

 沉淀的转化

1.实验探究

(1)Ag+的沉淀物的转化

实验步骤

实验现象

有白色沉淀生成

白色沉淀变为黄色

黄色沉淀变为黑色

化学方程式

AgNO3+NaCl===

AgCl↓+NaNO3

AgCl+KI===AgI+KCl

2AgI+Na2S===Ag2S+2NaI

实验结论

溶解度小的沉淀可以转化成溶解度更小的沉淀

(2)Mg(OH)2与Fe(OH)3的转化

实验步骤

实验现象

产生白色沉淀

白色沉淀变为红褐色

化学方程式

MgCl2+2NaOH===Mg(OH)2↓+2NaCl

3Mg(OH)2+2FeCl3===

2Fe(OH)3+3MgCl2

实验结论

Fe(OH)3比Mg(OH)2溶解度小

2.沉淀转化的实质

沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。

一般来说,溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现。

两种沉淀的溶解度差别越大,沉淀转化越容易。

3.沉淀转化的应用

(1)锅炉除水垢

反应方程式是CaSO4+Na2CO3===CaCO3+Na2SO4,CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑。

(2)对一些自然现象的解释

在自然界也发生着溶解度小的矿物转化为溶解度更小的矿物的现象。

例如:

各种原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后可变成CuSO4溶液,并向深部渗透,遇到深层的闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS)时,便慢慢地使之转变为铜蓝(CuS)。

其反应如下:

CuSO4+ZnS===CuS+ZnSO4,CuSO4+PbS===CuS+PbSO4。

1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。

(1)AgCl沉淀易转化为AgI沉淀且Ksp(AgX)=c(Ag+)·c(X-),故Ksp(AgI)<Ksp(AgCl)。

(  )

(2)验证Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2,可将FeCl3溶液加入Mg(OH)2悬浊液中,振荡,可观察到沉淀由白色变为红褐色。

(  )

(3)溶解度小的电解质不能转化成溶解度更小的电解质。

(  )

(4)在CaCO3的溶解平衡体系中通入CO2,溶解平衡不移动。

(  )

答案:

(1)√ 

(2)√ (3)× (4)×

2.

(1)工业废水处理过程中,重金属离子可利用沉淀转化原理用FeS等难溶物转化为HgS、Ag2S、PbS等沉淀。

写出用FeS除去Hg2+的离子方程式:

________________________________________________________________________。

(2)写出锅炉除水垢过程中有关反应的化学方程式:

_______________________________。

(3)原生铜的硫化物转化:

原生铜的硫化物

CuSO4(溶液)

CuS(铜蓝)。

写出CuSO4转化为铜蓝的化学方程式:

____________________________________________。

答案:

(1)FeS(s)+Hg2+(aq)===HgS(s)+Fe2+(aq)

(2)CaSO4(s)+Na2CO3(aq)===CaCO3(s)+Na2SO4(aq),CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑

(3)CuSO4(aq)+ZnS(s)===CuS(s)+ZnSO4(aq),

CuSO4(aq)+PbS(s)===CuS(s)+PbSO4(s)

沉淀转化的一般原则

1.溶解度较小的沉淀易转化成溶解度更小的沉淀。

2.当一种试剂能沉淀溶液中的几种离子时,生成沉淀所需试剂离子浓度越小的越先沉淀。

3.如果生成各种沉淀所需试剂离子的浓度相差较大,就能分步沉淀,从而达到分离离子的目的。

4.两种沉淀的溶解度差别越大,沉淀转化越容易。

 已知AgCl为难溶于水和酸的白色固体,Ag2S为难溶于水和酸的黑色固体。

常温下,Ksp(AgCl)=1.8×10-18,Ksp(Ag2S)=6.3×10-50。

向AgNO3溶液中加NaCl溶液,静置,过滤,洗涤后,再加Na2S溶液,预测实验现象,并写出反应的离子方程式。

[解析] AgCl(s)存在溶解平衡:

AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq);Ag2S(s)存在溶解平衡:

Ag2S(s)2Ag+(aq)+S2-(aq)。

加入S2-,使Qc(Ag2S)增大,Qc(Ag2S)>Ksp(Ag2S)时,生成Ag2S沉淀,AgCl沉淀溶解平衡向右移动而逐渐溶解。

[答案] 现象:

白色沉淀(AgCl)转化成黑色沉淀(Ag2S);离子方程式:

Ag++Cl-===AgCl↓,S2-(aq)+2AgCl(s)===Ag2S(s)+2Cl-(aq)。

 

在沉淀的转化中,可以由Ksp小的物质转化为Ksp更小的物质,Ksp小的物质能否转化成Ksp较大些的物质?

答案:

可以。

在沉淀的转化中,一般为Ksp小的物质转化为Ksp更小的物质,且Ksp相差越大,越有利于转化,且转化较完全。

但也可以由Ksp小的物质转化为Ksp较大些的物质,如虽然Ksp(BaSO4)

 沉淀的转化

1.已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgI)=1.0×10-16。

下列关于难溶物之间转化的说法中错误的是(  )

A.AgCl不溶于水,不能转化为AgI

B.两种难溶物的Ksp相差越大,难溶物就越容易转化为更难溶的物质

C.AgI比AgCl更难溶于水,所以AgCl可以转化为AgI

D.常温下,AgCl若要在NaI溶液中开始转化为AgI,则NaI的浓度必须不低于

×10-11mol/L

解析:

选A。

Ksp(AgI)<Ksp(AgCl),故AgI比AgCl更难溶,一定条件下,AgCl可以转化为AgI。

饱和AgCl溶液中c(Ag+)=

×10-5mol/L,要使AgCl在NaI溶液中开始转化为AgI,根据溶度积规则可知,需使Qc(AgI)>Ksp(AgI),故I-的浓度必须不低于

mol/L=

×10-11mol/L。

2.向5mLNaCl溶液中滴入一滴AgNO3溶液,出现白色沉淀,继续滴加一滴KI溶液并振荡,沉淀变为黄色,再滴入一滴Na2S溶液并振荡,沉淀又变成黑色,根据上述变化过程,分析此三种沉淀物的溶解度关系为(  )

A.AgCl=AgI=Ag2S   B.AgCl

C.AgCl>AgI>Ag2SD.AgI>AgCl>Ag2S

解析:

选C。

沉淀溶解平衡总是向更难溶的方向转化,由转化现象可知三种沉淀物的溶解度关系为AgCl>AgI>Ag2S。

重难易错提炼

1.沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。

2.利用生成沉淀分离或除去某种离子,首先要使生成沉淀的反应能够发生,其次生成沉淀的反应进行的越完全越好。

选择沉淀剂的要求是除去溶液中的某种离子,又不能影响其他离子的存在,并且由沉淀剂引入溶液的杂质离子还要便于除去,如沉淀Ca2+时选用CO

而不选用SO

3.沉淀转化的实验

(1)AgNO3溶液

产生白色沉淀

沉淀转化为黄色

沉淀转化为黑色;

(2)MgCl2溶液

产生白色沉淀

沉淀转化为红褐色。

4.沉淀转化的应用

(1)锅炉除水垢

水垢[CaSO4(s)]

CaCO3(s)

Ca2+(aq)。

(2)自然界中矿物的转化

原生铜的硫化物

CuSO4溶液

铜蓝(CuS)。

课后达标检测

[基础巩固]

1.下列应用或现象主要体现的是沉淀溶解平衡原理的是(  )

①热纯碱溶液洗涤油污的能力强 ②误将钡盐[BaCl2、Ba(NO3)2]当作食盐食用后,常用0.5%的Na2SO4溶液解毒 ③溶洞的形成 ④碳酸钡不能作“钡餐”而硫酸钡能 ⑤泡沫灭火器灭火

A.②③④        B.①②③

C.③④⑤D.全部

解析:

选A。

①利用的是水解原理,⑤利用两种离子水解的相互促进作用,②③④体现的均是沉淀溶解平衡原理。

2.在下列溶液中,BaSO4的溶解量最大的是(  )

A.1mol/L硫酸B.2mol/L硫酸

C.纯水D.0.1mol/L硫酸

解析:

选C。

因为在BaSO4饱和溶液中,c(Ba2+)·c(SO

)=Ksp(BaSO4)是一个定值,则c(SO

)越大,BaSO4的溶解量越小。

四个选项中只有纯水中c(SO

)最小,所以在纯水中BaSO4的溶解量最大。

3.在BaSO4饱和溶液中加入少量的BaCl2溶液产生BaSO4沉淀,若以Ksp表示BaSO4的溶度积常数,则平衡后溶液中(  )

A.c(Ba2+)=c(SO

)=(Ksp)

B.c(Ba2+)·c(SO

)>Ksp,c(Ba2+)=c(SO

C.c(Ba2+)·c(SO

)=Ksp,c(Ba2+)>c(SO

D.c(Ba2+)·c(SO

)≠Ksp,c(Ba2+)<c(SO

答案:

C

4.已知如下物质的溶度积常数:

FeS:

Ksp=6.3×10-18;CuS:

Ksp=6.3×10-36。

下列说法正确的是(  )

A.同温度下,CuS的溶解度大于FeS的溶解度

B.同温度下,向饱和FeS溶液中加入少量Na2S固体后,Ksp(FeS)变小

C.向含有等物质的量的FeCl2和CuCl2的混合溶液中逐滴加入Na2S溶液,最先出现的沉淀是FeS

D.除去工业废水中的Cu2+,可以选用FeS作沉淀剂

解析:

选D。

A项由于FeS的Ksp大,且FeS与CuS的Ksp表达式是相同类型的,因此FeS的溶解度比CuS大;D项向含有Cu2+的工业废水中加入FeS,FeS会转化为更难溶的CuS,可以用FeS作沉淀剂;B项Ksp不随浓度变化而变化,它只与温度有关;C项先达到CuS的Ksp,先出现CuS沉淀。

5.下列说法不正确的是(  )

A.Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关

B.由于Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),所以ZnS沉淀在一定条件下可转化为CuS沉淀

C.其他条件不变,离子浓度改变时,Ksp不变

D.难溶电解质的Ksp越小,溶解度越小

解析:

选D。

Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关,与沉淀的量和离子的浓度无关,A、C正确;相同类型的难溶电解质,沉淀向溶解度更小的方向转化,B正确;只有相同类型的难溶电解质,Ksp越小,溶解度才越小,D错误。

6.在2mL物质的量浓度相等的NaCl和NaI溶液中滴入几滴AgNO3溶液,发生的反应为(  )

A.只有AgCl沉淀生成

B.只有AgI沉淀生成

C.生成等物质的量的AgCl和AgI沉淀

D.两种沉淀都有,但以AgI为主

解析:

选D。

在同浓度的NaCl和NaI溶液中c(Cl-)=c(I-),但滴入几滴AgNO3溶液后,由于Ksp(AgI)<Ksp(AgCl),所以生成的沉淀以AgI为主,且先生成AgI沉淀。

7.(2017·包头高二月考)已知:

Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),在有白色固体ZnS存在的饱和溶液中滴加适量CuSO4溶液,产生的实验现象是(  )

A.固体逐渐溶解,最后消失

B.固体由白色变为黑色

C.固体颜色变化但质量不变

D.固体逐渐增多,但颜色不变

解析:

选B。

ZnS和CuS的阴、阳离子个数比为1∶1,且Ksp(ZnS)>Ksp(CuS),可得ZnS溶解度大于CuS,因此在ZnS饱和溶液中加CuSO4溶液会使ZnS沉淀转化生成黑色CuS沉淀。

8.实验:

①0.1mol·L-1MgCl2溶液和0.2mol·L-1NaOH溶液等体积混合得到浊液a,取少量浊液a过滤得到滤液b和白色沉淀c;②向浊液a中滴加0.1mol·L-1FeCl3溶液,出现红褐色沉淀。

下列分析不正确的是(  )

A.滤液b的pH=7

B.②中颜色变化说明Mg(OH)2转化为Fe(OH)3

C.实验可以证明Fe(OH)3的溶解度比Mg(OH)2的小

D.浊液a中存在沉淀溶解平衡:

Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)

解析:

选A。

根据题意,发生的反应为Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓;3Mg(OH)2(s)+2Fe3+(aq)===3Mg2+(aq)+2Fe(OH)3(s)。

由于存在Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq),所以滤液b的pH应大于7,A项错误。

9.(2017·石家庄检测)工业上用化学法除锅炉的水垢时,先向锅炉中注入饱和Na2CO3溶液浸泡,将水垢中的CaSO4转化为CaCO3,再用盐酸除去[已知:

Ksp(CaCO3)=1×10-10,Ksp(CaSO4)=9×10-6],下列说法错误的是(  )

A.升高温度,Na2CO3溶液的Kw和c(OH-)均会增大

B.沉淀转化的离子方程式为CO

(aq)+CaSO4(s)===CaCO3(s)+SO

(aq)

C.该条件下,CaCO3溶解度约为1×10-3g

D.CaSO4和CaCO3共存的悬浊液中,c(SO

)/c(CO

)=9×104

解析:

选C。

升高温度,水的电离平衡正向移动,Kw增大,Na2CO3水解平衡正向移动,c(OH-)增大,故A项正确;沉淀由难溶物质转变为更难溶的物质,故B项正确;由Ksp(CaCO3)可知饱和CaCO3溶液的浓度为1×10-5mol·L-1,100mL饱和CaCO3溶液中含有CaCO3为1×10-4g,溶解度约为1×10-4g,故C项错误;CaSO4和CaCO3共存的悬浊液中,c(SO

)/c(CO

)=Ksp(CaSO4)/Ksp(CaCO3)=9×104,故D项正确。

10.

(1)对于Ag2S(s)2Ag+(aq)+S2-(aq),其Ksp的表达式为____________。

(2)下列说法中不正确的是____。

A.用稀盐酸洗涤AgCl沉淀比用水洗涤损耗AgCl少

B.一般地,物质的溶解度随温度的升高而增加,故物质的溶解大多是吸热的

C.对于Al(OH)3(s)Al(OH)3(aq)Al3++3OH-,前者为溶解平衡,后者为电离平衡

D.除去溶液中的Mg2+,用OH-沉淀比用CO

好,说明Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的大

E.沉淀反应中常加过量的

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