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1、選修33熱學(xué)考綱下載(1)分子動理論的基本觀點阿伏加德羅常數(shù)()(2)用油膜法估測分子的大小(實驗、探究)()(3)布朗運動()(4)分子熱運動速率的統(tǒng)計分布規(guī)律()(5)氣體壓強的微觀解釋()(6)溫度和內(nèi)能()(7)晶體和非晶體晶體的微觀結(jié)構(gòu)()(8)液晶()(9)液體的表面張力()(10)氣體實驗規(guī)律()(11)理想氣體()(12)熱力學(xué)第一定律()(13)能源與可持續(xù)發(fā)展()考向前瞻預(yù)計在2016年高考中,對熱學(xué)的考查仍集中在上述知識點上,氣體部分有定量計算題,其他部分主要以定性分析的題目出現(xiàn)。第1節(jié)分子動理論_內(nèi)能分子動理論 對應(yīng)學(xué)生用書P181必備知識1物體是由大量分子組成的(1)
2、分子的大小分子的直徑(視為球模型):數(shù)量級為1010 m。分子的質(zhì)量:數(shù)量級為1026 kg。(2)阿伏加德羅常數(shù)1 mol的任何物質(zhì)都含有相同的粒子數(shù)。通常可取NA6.021023 mol1。阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀物理量和微觀物理量的橋梁。2分子模型物質(zhì)有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種情況,不同物態(tài)下應(yīng)將分子看成不同的模型。(1)固體、液體分子一個一個緊密排列,可將分子看成球形或立方體形,如圖11所示,分子間距等于小球的直徑或立方體的棱長,所以d (球體模型)或d(立方體模型)。圖11(2)氣體分子不是一個一個緊密排列的,它們之間的距離很大,所以氣體分子的大小不等于分子所占有的平均空間。如圖12所示
3、,此時每個分子占有的空間視為棱長為d的立方體,所以d。圖12典題例析空調(diào)在制冷過程中,室內(nèi)空氣中的水蒸氣接觸蒸發(fā)器(銅管)液化成水,經(jīng)排水管排走,空氣中水分越來越少,人會感覺干燥。某空調(diào)工作一段時間后,排出液化水的體積V1.0103 cm3。已知水的密度1.0103 kg/m3、摩爾質(zhì)量M1.8102 kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA6.01023 mol1。試求:(結(jié)果均保留一位有效數(shù)字)(1)該液化水中含有水分子的總數(shù)N;(2)一個水分子的直徑d。解析(1)水的摩爾體積為Vmm3/mol1.8105 m3/mol水分子數(shù):N31025個。(2)建立水分子的球模型有d3得水分子直徑d m41
4、010 m。答案(1)31025個(2)41010 m宏觀量與微觀量之間的關(guān)系宏觀量包括物體的體積V、摩爾體積Vmol,物體的質(zhì)量M、摩爾質(zhì)量Mmol、物體的密度等,微觀量包括分子體積V0、分子直徑d、分子質(zhì)量m0等,它們之間的關(guān)系有:(1)分子的質(zhì)量:m0。(2)分子的體積:V0。對氣體,V0為分子所占空間。(3)物體所含的分子數(shù):nNANA或nNANA。針對訓(xùn)練1(2014鹽城模擬)某氣體的摩爾質(zhì)量為Mmol,摩爾體積為Vmol,密度為,每個分子的質(zhì)量和體積分別為m和V0,則阿伏加德羅常數(shù)NA不可表示為()ANABNACNA DNA解析:選CD阿伏加德羅常數(shù)NA,其中V應(yīng)為每個氣體分子所占
5、有的體積,而V0是氣體分子的體積,故C錯誤。D中V0不是氣體分子的質(zhì)量,因而也是錯誤的。2(2014南通三模)深海潛水作業(yè)中,潛水員的生活艙中注入的是高壓氮氧混合氣體。該混合氣體在1個標準大氣壓下、溫度為T時的密度為。當生活艙內(nèi)混合氣體的壓強為31個標準大氣壓,溫度為T時,潛水員在艙內(nèi)一次吸入混合氣體的體積為V。(1)求潛水員一次吸入混合氣體的質(zhì)量m;(2)若混合氣體總質(zhì)量的20%是氧氣,氧氣的摩爾質(zhì)量為M,阿伏加德羅常數(shù)為NA,求潛水員一次吸入氧氣分子的個數(shù)N。解析:(1)設(shè)1個標準大氣壓下體積為V0的混合氣體壓縮至31個標準大氣壓時的體積為V,根據(jù)玻意耳定律得:p0V031p0V解得:V0
6、31VmV031V。(2)吸入氧氣分子的個數(shù):NNANA。答案:(1)31V(2)NA布朗運動與擴散現(xiàn)象 對應(yīng)學(xué)生用書P182必備知識1擴散現(xiàn)象(1)定義:不同物質(zhì)能夠彼此進入對方的現(xiàn)象叫做擴散。(2)實質(zhì):擴散現(xiàn)象并不是外界作用引起的,也不是化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果,而是由物質(zhì)分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的。2布朗運動(1)定義:懸浮在液體中的小顆粒的永不停息地?zé)o規(guī)則運動叫做布朗運動。(2)特點:永不停息,無規(guī)則;顆粒越小,溫度越高,布朗運動越顯著。(3)布朗運動是由成千上萬個分子組成的“分子集團”即固體顆粒的運動,布朗運動的無規(guī)則性是液體(氣體)分子運動無規(guī)則性的反映。3熱運動分子的無規(guī)則運動和溫度有關(guān),溫
7、度越高,分子運動越激烈。分子永不停息地?zé)o規(guī)則運動叫做熱運動。典題例析我國已開展空氣中PM2.5濃度的監(jiān)測工作。PM2.5是指空氣中直徑小于2.5微米的懸浮顆粒物,可在顯微鏡下觀察到,它飄浮在空中做無規(guī)則運動,很難自然沉降到地面,吸入后會進入血液對人體形成危害。礦物燃料燃燒時廢棄物的排放是形成PM2.5的主要原因。下列關(guān)于PM2.5的說法中正確的()APM2.5在空氣中的運動屬于分子熱運動B溫度越高,PM2.5的無規(guī)則運動越劇烈CPM2.5的質(zhì)量越小,其無規(guī)則運動越劇烈D由于周圍大量空氣分子對PM2.5碰撞的不平衡,使其在空中做無規(guī)則運動解析選BCDPM2.5是固體小顆粒,不是分子,故A錯誤;溫
8、度越高,PM2.5的無規(guī)則運動越劇烈,故B正確;PM2.5的質(zhì)量越小,其無規(guī)則運動越劇烈,故C正確;由于周圍大量空氣分子對PM2.5碰撞的不平衡,使其在空中做無規(guī)則運動,故D正確。布朗運動與分子熱運動 布朗運動熱運動活動主體固體小顆粒分子區(qū)別是固體小顆粒的運動,是比分子大得多的分子團的運動,較大的顆粒不做布朗運動,但它本身的以及周圍的分子仍在做熱運動是指分子的運動,分子不論大小都做熱運動,熱運動不能通過光學(xué)顯微鏡直接觀察到共同點都是永不停息的無規(guī)則運動,都隨溫度的升高而變得更加激烈,都是肉眼所不能看見的聯(lián)系布朗運動是由于小顆粒受到周圍分子做熱運動的撞擊力而引起的,它是分子做無規(guī)則運動的反映針對
9、訓(xùn)練1做布朗運動實驗,得到某個觀測記錄如圖13所示。圖中記錄的是()圖13A分子無規(guī)則運動的情況B某個微粒做布朗運動的軌跡C某個微粒做布朗運動的速度時間圖線D按等時間間隔依次記錄的某個運動微粒位置的連線解析:選D微粒在周圍液體分子無規(guī)則碰撞作用下,做布朗運動,軌跡是無規(guī)則的,實際操作中不易描繪出微粒的實際軌跡;按等時間間隔依次記錄的某個運動微粒位置的連線的無規(guī)則性,也能反映微粒做布朗運動的無規(guī)則性。記錄描繪的正是按等時間間隔記錄的某個運動微粒位置的連線,故D正確。2(2014貴港模擬)烤鴨的烤制過程沒有添加任何調(diào)料,只是在烤制過程之前,把烤鴨放在腌制湯中腌制一定時間,鹽就會進入肉里。則下列說法
10、正確的是()A如果讓腌制湯溫度升高,鹽進入鴨肉的速度就會加快B烤鴨的腌制過程說明分子之間有引力,把鹽分子吸進鴨肉里C在腌制湯中,只有鹽分子進入鴨肉,不會有鹽分子從鴨肉里面出來D把鴨肉放入腌制湯后立刻冷凍,將不會有鹽分子進入鴨肉解析:選A如果讓腌制湯溫度升高,分子運動更劇烈,則鹽進入鴨肉的速度就會加快,故A正確;烤鴨的腌制過程鹽會進入肉里說明分子之間有間隙,以及說明分子不停的做無規(guī)則運動,不是因為分子之間有引力,故B錯誤;在腌制湯中,有鹽分子進入鴨肉,分子運動是無規(guī)則的,同樣會有鹽分子從鴨肉里面出來,故C錯誤;把鴨肉放入腌制湯后立刻冷凍,仍然會有鹽分子進入鴨肉,因為分子運動是永不停息的,故D錯誤
11、。分子力、分子勢能 對應(yīng)學(xué)生用書P183必備知識1分子間同時存在引力和斥力(1)物質(zhì)分子間存在空隙,分子間的引力和斥力是同時存在的,實際表現(xiàn)出的分子力是引力和斥力的合力。(2)分子力隨分子間距離變化的關(guān)系:分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小,隨分子間距離的減小而增大,但斥力比引力變化的快。(3)分子力與分子間距離關(guān)系圖線由分子間的作用力與分子間距離關(guān)系圖線(如圖14所示)可知:圖14當rr0時,F(xiàn)引F斥,分子力為0;當rr0時,F(xiàn)引F斥,分子力表現(xiàn)為引力。當rr0時,F(xiàn)引F斥,分子力表現(xiàn)為斥力。當分子間距離大于10r0(約為109 m)時,分子力很弱,可以忽略不計。2分子的動能(1)
12、分子動能是分子熱運動所具有的動能。(2)分子熱運動的平均動能是所有分子熱運動的動能的平均值,溫度是分子熱運動的平均動能的標志。(3)分子熱運動的總動能是物體內(nèi)所有分子熱運動動能的總和。3分子的勢能(1)意義:由于分子間存在著引力和斥力,所以分子具有由它們的相對位置決定的勢能。(2)分子勢能的決定因素微觀上決定于分子間距離和分子排列情況;宏觀上決定于體積和狀態(tài)。4物體的內(nèi)能(1)等于物體中所有分子熱運動的動能與分子勢能的總和,是狀態(tài)量。(2)對于給定的物體,其內(nèi)能大小由物體的溫度和體積決定。(3)物體的內(nèi)能與物體的位置高低、運動速度大小無關(guān)。典題例析(2014福州模擬)兩分子間的斥力和引力的合力
13、F與分子間距離r的關(guān)系如圖15中曲線所示,曲線與r軸交點的橫坐標為r0,相距很遠的兩分子在分子力作用下,由靜止開始相互接近。若兩分子相距無窮遠時分子勢能為零,下列說法錯誤的是()圖15A在rr0階段,F(xiàn)做正功,分子動能增加,勢能減小B在rr0階段,F(xiàn)做負功,分子動能減小,勢能也減小C在rr0時,分子勢能最小,動能最大D分子動能和勢能之和在整個過程中不變解析選Br0為分子間的平衡距離;大于平衡距離時分子間為引力,小于平衡距離時,分子間為斥力;則有:r大于平衡距離,分子力表現(xiàn)為引力,相互靠近時F做正功,分子動能增加,勢能減小,故A正確;當r小于r0時,分子間的作用力表現(xiàn)為斥力,F(xiàn)做負功,分子動能減
14、小,勢能增加,故B錯誤;由以上分析可知,當r等于r0時,分子勢能最小,動能最大,故C正確;由于沒有外力做功,故分子動能和勢能之和在整個過程中不變,故D正確。1分子力與分子勢能名稱項目分子間的相互作用力F分子勢能E p與分子間距的關(guān)系圖像隨分子間距的變化情況rr0F引和F斥都隨距離的增大而減小,隨距離的減小而增大,F(xiàn)引r0F引和F斥都隨距離的增大而減小,隨距離的減小而增大,F(xiàn)引F斥,F(xiàn)表現(xiàn)為引力r增大,引力做負功,分子勢能增加r減小,引力做正功,分子勢能減少rr0F引F斥,F(xiàn)0分子勢能最小,但不為零r10r0 (109 m)F引和F斥都已十分微弱,可以認為分子間沒有相互作用力分子勢能為零2判斷分
15、子勢能的變化有兩種方法(1)看分子力的做功情況。(2)直接由分子勢能與分子間距離的關(guān)系圖線判斷,但要注意其和分子力與分子間距離的關(guān)系圖線的區(qū)別。針對訓(xùn)練1(2014北京高考)下列說法中正確的是()A物體溫度降低,其分子熱運動的平均動能增大B物體溫度升高,其分子熱運動的平均動能增大C物體溫度降低,其內(nèi)能一定增大D物體溫度不變,其內(nèi)能一定不變解析:選B根據(jù)溫度是分子平均動能的標志知,溫度升高,分子熱運動的平均動能增大;溫度降低,分子熱運動的平均動能減小,選項A錯誤,B正確。理想氣體的溫度升高,內(nèi)能增大;溫度降低,內(nèi)能減小,選項C錯誤。晶體熔化或凝固時溫度不變,但是內(nèi)能變化,熔化時吸收熱量,內(nèi)能增大
16、;凝固時放出熱量,內(nèi)能減小,選項D錯誤。2(2013福建高考)下列四幅圖中,能正確反映分子間作用力f和分子勢能Ep隨分子間距離r變化關(guān)系的圖線是()圖16解析:選B分子間引力和斥力的合力為分子力,分子力在rr0時為零,當rr0時分子力表現(xiàn)為引力,當rr0時分子力表現(xiàn)為斥力。一般取無窮遠為零勢能點,分子從無窮遠靠近r0的過程分子力做正功,分子勢能減小,到r0后再靠近分子力做負功,分子勢能增加,故分子勢能在rr0處最小。綜上可知,B正確。統(tǒng)計規(guī)律 對應(yīng)學(xué)生用書P184必備知識由于物體是由數(shù)量極多的分子組成的,這些分子并沒有統(tǒng)一的運動步調(diào),單獨來看,各個分子的運動都是不規(guī)則的、帶有偶然性的,但從總體
17、來看,大量分子的運動卻有一定的規(guī)律,這種規(guī)律叫做統(tǒng)計規(guī)律。大量分子的集體行為受到統(tǒng)計規(guī)律的支配。典題例析(2014鎮(zhèn)江模擬)某種氣體在不同溫度下的氣體分子速率分布曲線如圖17所示,圖中f(v)表示v處單位速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)百分率,由圖可知()圖17A氣體的所有分子,其速率都在某個數(shù)值附近B某個氣體分子在高溫狀態(tài)時的速率可能與低溫狀態(tài)時相等C高溫狀態(tài)下大多數(shù)分子的速率大于低溫狀態(tài)下大多數(shù)分子的速率D高溫狀態(tài)下分子速率的分布范圍相對較小解析選BC由不同溫度下的分子速率分布曲線可知,在一定溫度下,大多數(shù)分子的速率都接近某個數(shù)值,但不是說其余少數(shù)分子的速率都小于該數(shù)值,有個別分子的速率會更大,故A錯誤
18、;高溫狀態(tài)下大部分分子的速率大于低溫狀態(tài)下大部分分子的速率,不是所有,有個別分子的速率會更大或更小,故B、C正確;溫度是分子平均動能的標志,溫度高則分子速率大的占多數(shù),而個別速率大于平均速率的分子其速率可以比低溫狀態(tài)時更大,即高溫狀態(tài)下分子速率大小的分布范圍相對較大,故D錯誤。對微觀世界的理解離不開統(tǒng)計的觀點。單個分子的運動是不規(guī)則的,但大量分子的運動是有規(guī)律的,如對大量氣體分子來說,朝各個方向運動的分子數(shù)目相等,且分子的速率按照一定的規(guī)律分布。宏觀物理量與微觀物理量的統(tǒng)計平均值是相聯(lián)系的,如溫度是分子熱運動平均動能的標志。但要注意:統(tǒng)計規(guī)律的適用對象是大量的微觀粒子,若對“單個分子”談溫度是
19、毫無意義的。針對訓(xùn)練1.(2014福建高考)如圖18,橫坐標v表示分子速率,縱坐標f(v)表示各等間隔速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比。圖中曲線能正確表示某一溫度下氣體分子麥克斯韋速率分布規(guī)律的是()圖18A曲線B曲線C曲線 D曲線 解析:選D某一溫度下氣體分子的麥克斯韋速率呈“中間多,兩頭少”的分布,故D項正確。2如圖19是氧氣分子在不同溫度(0 和100 )下的速率分布規(guī)律圖,橫坐標表示速率,縱坐標表示某一速率內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比,由圖可知()圖18A同一溫度下,氧氣分子呈現(xiàn)出“中間多,兩頭少”的分布規(guī)律B隨著溫度的升高,每一個氧氣分子的速率都增大C隨著溫度的升高,氧氣分子中速率
20、小的分子所占的比例增大D溫度越高,氧氣分子熱運動的平均速率越大解析:選AD同一溫度下,中等速率大的氧氣分子數(shù)所占的比例大,A正確;溫度升高使得氧氣分子的平均速率增大,不一定每一個氧氣分子的速率都增大,B錯誤,D正確;溫度越高,速率小的氧氣分子所占的比例越小,C錯誤。課時跟蹤檢測 一、單項選擇題1(2014上海徐匯期末)伽耳頓板可以演示統(tǒng)計規(guī)律。如圖1所示,讓大量小球從上方漏斗形入口落下,則圖2中能正確反映最終落在槽內(nèi)小球的分布情況的是()圖1圖2解析:選C根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律,能正確反映最終落在槽內(nèi)小球的分布情況的是圖C。2(2012福建高考)關(guān)于熱力學(xué)定律和分子動理論,下列說法正確的是()A一定量氣
21、體吸收熱量,其內(nèi)能一定增大B不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體C若兩分子間距離增大,分子勢能一定增大D若兩分子間距離減小,分子間引力和斥力都增大解析:選D根據(jù)熱力學(xué)第一定律,氣體內(nèi)能變化與做功和熱傳遞有關(guān),選項A錯誤。根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知熱量不可自發(fā)的由低溫物體傳到高溫物體,但熱量還是可以通過外界的方法由低溫物體傳到高溫物體,選項B錯誤。分子內(nèi)能與分子間的距離有關(guān),當rr0時,分子間距離越大,分子勢能越大,rr0時,分子間距離越大,分子勢能越小,選項C錯誤。分子間的引力和斥力都隨分子間距離的變化而變化,距離減小,引力和斥力都要增大,選項D正確。3(2014閘北區(qū)二模)根據(jù)分子動理論,設(shè)當兩
22、個分子間距為r0時分子間的引力和斥力相等,則()A當兩分子間距離大于r0時,分子間只存在引力作用B當兩分子間距離小于r0時,隨著距離減小,引力將減小、斥力將增大C當兩分子間距離小于r0時,分子力表現(xiàn)為斥力D兩分子間距離越大,分子勢能越大;分子間距離越小,分子勢能越小解析:選C當兩分子間距離大于r0時,斥力和引力都存在,分子間表現(xiàn)為引力作用,A錯誤;當兩分子間距離小于r0時,隨著距離減小,引力和斥力都增大,B錯誤;當兩分子間距離小于r0時,斥力和引力都存在,分子間表現(xiàn)為斥力作用,C正確;以r0為界,當兩分子間距離大于r0時,兩分子間距離越大,分子勢能越大;當兩分子間距離小于r0時,分子間距離越小
23、,分子勢能越大,D錯誤。4(2014宿遷二模)下列說法中正確的是()A擴散現(xiàn)象只能發(fā)生在氣體和液體中B巖鹽是立方體結(jié)構(gòu),粉碎后的巖鹽不再是晶體C地球大氣的各種氣體分子中氫分子質(zhì)量小,其平均速率較大,更容易掙脫地球吸引而逃逸,因此大氣中氫含量相對較少D從微觀角度看氣體壓強只與分子平均動能有關(guān)解析:選C不同的物質(zhì)在相互接觸時彼此進入對方的現(xiàn)象叫做擴散現(xiàn)象。一切物質(zhì)的分子都在不停地做無規(guī)則運動,所以固體、液體或氣體之間都會發(fā)生擴散現(xiàn)象,故A錯誤;巖鹽是立方體結(jié)構(gòu),是晶體,且有規(guī)則的幾何形狀,粉碎后的巖鹽仍是晶體,仍有規(guī)則的幾何形狀,故B錯誤;溫度是分子平均動能的量度,溫度越高,分子平均動能越大,質(zhì)量
24、越小速度越大,氫分子質(zhì)量小,其平均速率較大,更容易掙脫地球吸引而逃逸,因此大氣中氫含量相對較少,C正確;氣體壓強決定于氣體分子的密度(單位體積內(nèi)的分子數(shù))和分子的平均動能。5.(2014龍湖區(qū)二模)如圖3為兩分子系統(tǒng)的勢能Ep與兩分子間距離r的關(guān)系曲線。下列說法正確的是()圖3A當r大于r1時,分子間的作用力表現(xiàn)為引力B當r小于r1時,分子間的作用力表現(xiàn)為斥力C當r等于r2時,分子間的作用力最大D在r由r1變到r2的過程中,分子間的作用力做負功解析:選B由圖像可知:分子間距離為r2時分子勢能最小,此時分子間的距離為平衡距離;r2是分子的平衡距離,當0rr2時,分子力為斥力,當rr2時分子力為引
25、力,故A錯誤;當r小于r1時,分子間的作用力表現(xiàn)為斥力,故B正確;當r等于r2時,分子間的作用力為零,故C錯誤;在r由r1變到r2的過程中,分子力為斥力,分子間距離增大,分子間的作用力做正功,故D錯誤。6(2014海淀區(qū)二模)已知阿伏加德羅常數(shù)為NA,下列說法正確的是()A若油酸的摩爾質(zhì)量為M,一個油酸分子的質(zhì)量mB若油酸的摩爾質(zhì)量為M,密度為,一個油酸分子的直徑d C若某種氣體的摩爾質(zhì)量為M,密度為,該氣體分子的直徑d D若某種氣體的摩爾體積為V,單位體積內(nèi)含有氣體分子的個數(shù)n解析:選D分子的質(zhì)量等于摩爾質(zhì)量除以阿伏加德羅常數(shù),則有:一個油酸分子的質(zhì)量m,故A錯誤;由于油酸分子間隙小,所以分
26、子的體積等于摩爾體積除以阿伏加德羅常數(shù),則有一個油酸分子的體積V0,將油酸分子看成立方體形,立方體的邊長等于分子直徑,則得:V0d3,解得:d ,故B錯誤;由于氣體分子間距很大,所以一個分子的體積V,則分子直徑dT2CT1T2 D無法確定解析:選C根據(jù)分子速率分布曲線可知,不管溫度是T1還是T2,大多數(shù)分子的速率都在某個值附近,離這個數(shù)值越遠,分子數(shù)越少,也就是說滿足“兩頭少、中間多”的正態(tài)分布規(guī)律,圖中溫度T1對應(yīng)的分子平均動能要小于溫度T2對應(yīng)的分子平均動能,所以溫度T1T2,本題答案為C。二、多項選擇題7(2014南京模擬)下列說法正確的是()A知道水的摩爾質(zhì)量和水分子的質(zhì)量,可計算出阿伏加德羅常數(shù)B當液晶中電場強度不同時,它對不同顏色的光吸收強度就不同C蔗糖受潮后會粘在一起,沒有確定的幾何形狀,它是非晶體D理想氣體的溫度隨時間不斷升高,則其壓強也一定不斷增大解析:選AB水的摩爾質(zhì)量和水分子的質(zhì)量之比等于阿伏加德羅常數(shù),故A正確;當液晶中電場強度不同時,它對不同顏色的光吸收強度就不同,故B
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