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【同步實(shí)驗(yàn)課】簡(jiǎn)單的電鍍實(shí)驗(yàn)0101實(shí)驗(yàn)梳理02實(shí)驗(yàn)點(diǎn)撥03典例分析04對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練05真題感悟【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.認(rèn)識(shí)電解原理及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。2.了解電鍍的原理?!緦?shí)驗(yàn)儀器】燒懷、砂紙、導(dǎo)線、23V的直流電源、電流表?!緦?shí)驗(yàn)試劑】鐵制鍍件、銅片、電鍍液(以CuSO4溶液為主配制)、1mol/LNaOH溶液、20%鹽酸、蒸餾水?!緦?shí)驗(yàn)一】簡(jiǎn)單的電鍍實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作圖解操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論1.用砂紙把鐵制鍍件打麿干凈,放入1mol/LnaOH溶液中除去油污,然后用蒸餾水洗凈。再放入20%鹽酸中除銹,幾分鐘后取出,并用蒸餾水洗凈。2.把鐵制鍍件與23V的直流電源的負(fù)極相連,銅片與直流電源的正極相連。將兩極平行浸入電鍍液中,兩極間距5cm,5~l0min后取出,觀察鍍件表面發(fā)生的變化。用砂紙打磨鐵釘放入堿液中除油污用蒸餾水沖洗干凈放入鹽酸中除鐵銹用蒸餾水沖洗干凈連接好裝置,進(jìn)行電鍍鐵釘上附著了紅色的銅用砂紙打磨鐵釘放入堿液中除油污放入鹽酸中除鐵銹鐵釘上附著了紅色的銅根據(jù)電解原理,銅作陽(yáng)極,被氧化,生成銅離子進(jìn)入溶液,溶液中的陰離子在陰極上得到電子被還原,作為電解質(zhì)溶液的硫酸銅的濃度不變。電極方程式為:陰極電極反應(yīng)式為:Cu2++2eCu,陽(yáng)極電極反應(yīng)式為:Cu2eCu2+
(一)問(wèn)題與討論:1.若用如圖所示裝置,模擬鐵制品上鍍銅,則電解質(zhì)溶液c、電極a、電極b的電極材料分別是什么?電鍍過(guò)程中電解質(zhì)溶液的濃度如何變化?【解析】若用如圖所示裝置,模擬鐵制品上鍍銅,則電極a是Cu,電極b是鐵制品,電解質(zhì)溶液c是CuSO4溶液。電鍍過(guò)程中電解質(zhì)溶液的濃度不變。2.電鍍前,如果將銅片與直流電源的負(fù)極相連,鐵制鍍件與直流電源的正極相連。通電后觀察到的現(xiàn)象是什么?陰極和陽(yáng)極發(fā)生的反應(yīng)分別是什么?【解析】電鍍前,如果將銅片與直流電源的負(fù)極相連,則銅片為陰極,硫酸銅溶液中的銅離子得到電子轉(zhuǎn)化為銅,鐵制鍍件與直流電源的正極相連,則鐵為陽(yáng)極,鐵失去電子,轉(zhuǎn)化為亞鐵離子。陰極電極反應(yīng)式為:Cu2++2eCu,陽(yáng)極電極反應(yīng)式為:Fe2eFe2+
3.查閱資料,了解工業(yè)生產(chǎn)中提高電鍍質(zhì)量的方法。
【解析】(1)溶液中主鹽是決定電鍍性能、質(zhì)量的最主要因素。主鹽濃度低于工藝要求時(shí),電流效率降低,電流密度下降,尖端部位極易燒焦,光亮劑作用降低,甚至在低電流區(qū)得不到鍍層。主鹽濃度高于工藝要求時(shí),電流效率也會(huì)下降,同時(shí)鍍液帶出損失增加。
(2)PH值是電鍍工藝的重要因素,對(duì)于鍍液的PH值要經(jīng)常檢測(cè)并做好相應(yīng)記錄,超出工藝范圍時(shí)要及時(shí)加以調(diào)整,調(diào)整的辦法是將與主鹽同離子的酸或堿稀釋后邊攪拌邊加入,不可以直接將濃酸、濃堿加入鍍液。
(3)溫度也是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。比如:鋁及鋁合金經(jīng)導(dǎo)電氧化后用溫水浸泡是十分必要的防護(hù)工序,溫水的溫度不宜超過(guò)50℃,在此溫度條件下足能使殘留在氧化膜表面的氧化溶液充分除盡,使氧化膜表面除凈,從而有利于提高氧化膜層的防護(hù)性能。溫度過(guò)高對(duì)膜層質(zhì)量是不利的,會(huì)使膜層裂紋、孔隙增加,降低了膜層的導(dǎo)電性防護(hù)性能。鋁及鋁合金經(jīng)導(dǎo)電氧化后烘干的溫度也同樣不宜超過(guò)50℃。
(4)操作時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制。比如:鋁及鋁合金的導(dǎo)電氧化嚴(yán)格按工藝要求操作所獲得的膜層具有良好的導(dǎo)電性能。若氧化時(shí)間過(guò)長(zhǎng),膜層厚度增加,不但會(huì)影響膜層的導(dǎo)電性能,膜層還會(huì)呈土黃色并且顯得陳舊。
(5)添加劑對(duì)電鍍質(zhì)量的影響極大,為了防止添加劑的不足或過(guò)量,最好是按照消耗量少加勤加。(二)規(guī)律與方法:類型電鍍定義電鍍是一種利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的加工工藝主要目的使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力、增強(qiáng)表面硬度和美觀示意圖構(gòu)成條件陽(yáng)極鍍層金屬陰極待鍍金屬電解液含鍍層金屬陽(yáng)離子電極反應(yīng)(以鐵件鍍銅為例)陽(yáng)極Cu2eCu2+陰極Cu2++2eCu電解質(zhì)溶液的濃度變化CuSO4溶液的濃度不變(三)深度剖析:(1)電鍍銅時(shí),電解質(zhì)溶液中c(Cu2+)不變;(2)電鍍時(shí),陽(yáng)極(鍍層金屬)失去電子的數(shù)目與陰極鍍層金屬離子得到電子的數(shù)目相等,因此電鍍液中電解質(zhì)的濃度保持不變。(3)電解或電鍍時(shí),電極質(zhì)量減小的電極必為金屬電極——陽(yáng)極;電極質(zhì)量增加的電極必為陰極,即溶液中的金屬陽(yáng)離子得電子變成金屬附著在陰極上?!镜淅?1】(2023秋·高二課時(shí)練習(xí))在鐵制品上鍍一層一定厚度的鋅層,以下方案設(shè)計(jì)正確的是A.鋅作陽(yáng)極,鍍件作陰極,溶液中含有鋅離子B.鐵作陰極,鍍件作陽(yáng)極,溶液中含有鋅離子C.鐵作陽(yáng)極,鍍件作陰極,溶液中含有亞鐵離子D.鋅作陰極,鍍件作陽(yáng)極,溶液中含有亞鐵離子【答案】A【解析】電鍍?cè)硎清儗咏饘僮麝?yáng)極,鍍件作陰極,含有鍍層金屬陽(yáng)離子的電解質(zhì)溶液作電鍍液,則在鐵制品上鍍一層一定厚度的鋅層時(shí),電鍍池中鋅作陽(yáng)極,鍍件作陰極,溶液中含有鋅離子,故選A。【典例02】(2023春·遼寧朝陽(yáng)·高一建平縣實(shí)驗(yàn)中學(xué)??计谀ⅰ般~牌”變成“銀牌”的裝置如圖所示。下列說(shuō)法正確的是A.銅牌連接電源的正極 B.反應(yīng)前后,溶液a的濃度不變C.溶液a可以為溶液 D.反應(yīng)一段時(shí)間后,電源反接,銅牌可恢復(fù)原狀【答案】B【解析】A.分析裝置圖可知,該裝置為電鍍池:鍍件金屬(Ag)作陽(yáng)極﹐與電源正極相連,A錯(cuò)誤;B.若要達(dá)到銅牌上鍍銀的效果,則溶液a為,陽(yáng)極Ag失電子變成,陰極得電子變成Ag,反應(yīng)前后,溶液a的濃度不變,B正確;C.若溶液a為溶液,,會(huì)影響放電順序,不能達(dá)到銅牌上鍍銀的效果,C錯(cuò)誤;D.當(dāng)反應(yīng)一段時(shí)間后,電源反接,陽(yáng)極有Ag和Cu,Cu活潑性比Ag強(qiáng),會(huì)失去電子變成Cu,銅牌不能恢復(fù)原狀,D錯(cuò)誤;故選B。1.(2023秋·山西大同·高三統(tǒng)考開(kāi)學(xué)考試)根據(jù)下列裝置和物質(zhì),能達(dá)到相應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?/p>
A.驗(yàn)證的水解程度比大B.實(shí)驗(yàn)室制備C.鐵表面鍍銅D.演示噴泉實(shí)驗(yàn)A.A B.B C.C D.D【答案】D【解析】A.碳酸鈉和碳酸氫鈉的溶解度不同,碳酸鈉飽和溶液和碳酸氫鈉飽和溶液的濃度不相等,由探究實(shí)驗(yàn)的變量唯一原則可知,用測(cè)量飽和溶液濃度pH的方法不能驗(yàn)證碳酸根離子和碳酸氫根離子水解程度的大小,故A錯(cuò)誤;B.啟普發(fā)生器是用于不溶于水的塊狀固體與液體不加熱制備不溶于水氣體的裝置,亞硫酸鈉為溶于水的固體粉末,且二氧化硫易溶于水,所以不能用啟普發(fā)生器制備二氧化硫,故B錯(cuò)誤;C.鐵表面鍍銅時(shí),銅應(yīng)與直流電源正極相連作電鍍池的陽(yáng)極,鐵制鍍件作陰極,故C錯(cuò)誤;D.氨氣極易溶于水,通過(guò)擠壓膠頭滴管使圓底燒瓶中的氨氣溶于水使得氣體的物質(zhì)的量減小產(chǎn)生內(nèi)外壓強(qiáng)差而形成噴泉,故D正確;故選D。2.(2022·浙江·校聯(lián)考二模)下列說(shuō)法正確的是A.在測(cè)定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱時(shí),使用玻璃攪拌器應(yīng)左右勻速攪拌B.在潤(rùn)洗潔凈的堿式滴定管時(shí),先從滴定管上口加入待盛裝堿液,然后輕輕擠壓滴定管中的玻璃球,將液體從滴定管下部放入預(yù)置的燒杯中C.在實(shí)驗(yàn)室不慎將酸沾到皮膚時(shí),應(yīng)立即用大量水沖洗,然后用的NaHCO3溶液沖洗D.在給粗糙鐵質(zhì)鍍件電鍍時(shí),用砂紙將鍍件打磨干凈后即可直接與直流電源負(fù)極相連【答案】C【解析】A.在測(cè)定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱時(shí),使用環(huán)形玻璃攪拌器應(yīng)上下勻速攪拌,使溶液迅速反應(yīng),A錯(cuò)誤;B.在潤(rùn)洗潔凈的堿式滴定管時(shí),先從滴定管上口加入待盛裝堿液,然后傾斜著轉(zhuǎn)動(dòng)滴定管,使溶液潤(rùn)濕全部滴定管內(nèi)壁,再將滴定管直立起來(lái),擠壓滴定管中的玻璃球,將液體從滴定管下部放入預(yù)置的燒杯中,B錯(cuò)誤;C.在實(shí)驗(yàn)室不慎將酸沾到皮膚時(shí),應(yīng)立即用大量水沖洗,然后用的NaHCO3溶液沖洗,反應(yīng)除去殘留的少量酸溶液,C正確;D.在給粗糙鐵質(zhì)鍍件電鍍時(shí),用砂紙將鍍件打磨干凈后,將表面的固體小顆粒洗凈,干燥后再與直流電源負(fù)極相連,作陰極,D錯(cuò)誤;故合理選項(xiàng)是C。3.(2023秋·高二課時(shí)練習(xí))下列實(shí)驗(yàn)方案不能達(dá)到相應(yīng)目的的是A.探究溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響 B.研究濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響C.實(shí)現(xiàn)銅棒鍍銀 D.證明化學(xué)反應(yīng)存在一定的限度【答案】D【解析】A.2NO2N2O4是放熱反應(yīng),熱水環(huán)境下該反應(yīng)的化學(xué)平衡逆向移動(dòng),NO2濃度增大,顏色更深,冷水環(huán)境下反應(yīng)的化學(xué)平衡正向移動(dòng),NO2濃度減小,顏色更淺,可探究溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響,A正確;B.Fe3++3SCNFe(SCN)3,第一支試管中加入了溶液,則SCN濃度增大,化學(xué)平衡正向移動(dòng),溶液中紅色更深,兩支試管只有濃度不同,可研究濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響,B正確;C.銅棒鍍銀,則Ag作陽(yáng)極,陽(yáng)極上Ag失電子生成Ag+,Cu為陰極,陰極上Ag+得電子生成Ag,電解質(zhì)溶液為硝酸銀,可實(shí)現(xiàn)銅棒鍍銀,C正確;D.碘化鉀和氯化鐵反應(yīng)后,氯化鐵是過(guò)量的,加入硫氰化鉀,溶液一定呈紅色,因此該方案不能證明碘化鉀和氯化鐵之間的反應(yīng)存在一定的限度,D錯(cuò)誤;故答案選D。4.(2022秋·浙江·高二校聯(lián)考期中)下列說(shuō)法正確的是A.在鐵上鍍銅時(shí),金屬銅作陰極B.工業(yè)上常用電解熔融的氧化鎂冶煉金屬鎂C.犧牲陽(yáng)極法通常是在被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備上安裝若干鎂合金或鋅塊D.用石墨電極電解的溶液,當(dāng)陽(yáng)極產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體時(shí),停止電解,向剩余溶液中加入適量可使電解質(zhì)溶液恢復(fù)至原狀態(tài)【答案】C【解析】A.在鐵上鍍銅時(shí),金屬銅作電鍍池的陰極,故A錯(cuò)誤;B.工業(yè)上常用電解熔融的氯化鎂冶煉金屬鎂,故B錯(cuò)誤;C.鎂或鋅的金屬性強(qiáng)于鐵,與鐵在電解質(zhì)溶液中構(gòu)成原電池時(shí),鐵做正極被保護(hù),所以犧牲陽(yáng)極法通常是在被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備上安裝若干鎂合金或鋅塊,故C正確;D.由得失電子數(shù)目守恒可知,銅離子在陰極完全得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成銅時(shí),標(biāo)準(zhǔn)狀況下陽(yáng)極上生成氧氣的體積為0.4mol×,則陽(yáng)極產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣時(shí),說(shuō)明硫酸銅溶液完全電解后,又電解水,則向剩余溶液中加入適量氧化銅不可能使電解質(zhì)溶液恢復(fù)至原狀態(tài),故D錯(cuò)誤;故選C。5.(2023秋·廣東·高三校聯(lián)考階段練習(xí))電化學(xué)在生產(chǎn)、生活和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中扮演著重要的角色。下列說(shuō)法正確的是A.鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時(shí),負(fù)極反應(yīng)為:B.電鍍時(shí),鍍件作陽(yáng)極C.乙醇燃料電池工作時(shí),熱能轉(zhuǎn)化為電能D.電解精煉銅時(shí),陽(yáng)極底部產(chǎn)生含Zn、Fe等元素的陽(yáng)極泥【答案】A【解析】A.鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時(shí),F(xiàn)e作負(fù)極,電極反應(yīng)式為Fe2e=Fe2+,C作正極,電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e=4OH,A正確;B.電鍍時(shí),鍍層金屬作陽(yáng)極,鍍件作陰極,B錯(cuò)誤;C.乙醇燃料電池工作時(shí),化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,C錯(cuò)誤;D.由于Zn、Fe比銅活潑,因此電解精煉銅時(shí),陽(yáng)極的Zn、Fe單質(zhì)放電分別生成Zn2+和Fe2+進(jìn)入電解質(zhì)溶液中,D錯(cuò)誤;故選A。6.(2023秋·浙江寧波·高二校聯(lián)考期末)下列反應(yīng)的方程式不正確的是A.氧化鐵與足量氫碘酸溶液反應(yīng):Fe2O3+6H+═2Fe3++3H2OB.銅片上電鍍銀的總反應(yīng)(銀作陽(yáng)極,硝酸銀溶液作電鍍液):Ag(陽(yáng)極)Ag(陰極)C.銅與稀硝酸反應(yīng):3Cu+2+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2OD.明礬溶液中加入少量氫氧化鋇溶液:2Al3++3+3Ba2++6OH﹣=2Al(OH)3↓+3BaSO4↓【答案】A【解析】A.氧化鐵與氫碘酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成碘單質(zhì)、碘化亞鐵和水,其反應(yīng)的離子方程式為:,A項(xiàng)錯(cuò)誤;B.銅片上電鍍銀時(shí),陽(yáng)極銀失電子生成銀離子,陰極溶液中的銀離子得電子生成銀,總反應(yīng)(銀作陽(yáng)極,硝酸銀溶液作電鍍液)為:Ag(陽(yáng)極)Ag(陰極),B項(xiàng)正確;C.銅與稀硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、一氧化氮和水,其反應(yīng)的離子方程式為:,C項(xiàng)正確;D.明礬溶液中加入少量氫氧化鋇溶液反應(yīng)生成氫氧化鋁和硫酸鋇,其反應(yīng)的離子方程式為:,D項(xiàng)正確;答案選A。7.(2023春·黑龍江哈爾濱·高一哈九中??茧A段練習(xí))在鐵上鍍銅的實(shí)驗(yàn)中,裝置如圖所示,下列判斷錯(cuò)誤的是A.Cu2+移向b極B.b極一般用純銅C.該實(shí)驗(yàn)過(guò)程中陰離子種類保持不變D.相同時(shí)間,a極增加的質(zhì)量等于b極減小的質(zhì)量【答案】A【解析】A.電解池中陽(yáng)離子向陰極a移動(dòng),A錯(cuò)誤;B.鍍層金屬為陽(yáng)極,b極一般用純銅,B正確;C.該實(shí)驗(yàn)過(guò)程中陰離子不參與電極放電,種類保持不變,C正確;D.相同時(shí)間,a極增加的質(zhì)量為析出銅的質(zhì)量、b極減小的質(zhì)量為生成銅離子銅的質(zhì)量,根據(jù)電子守恒可知,a極增加的質(zhì)量等于b極減小的質(zhì)量,D正確;故選A。8.(2023秋·高二課時(shí)練習(xí))若在銅片上鍍銀,下列敘述正確的是①將銅片接在電源的正極上②將銀片接在電源的正極上③在銅片上發(fā)生的反應(yīng)是Ag++e=Ag④在銀片上發(fā)生的反應(yīng)是4OH4e=O2↑+2H2O⑤需用硫酸銅溶液為電鍍液⑥需用硝酸銀溶液為電鍍液A.①③⑥ B.②③⑥ C.①④⑤ D.②③④⑥【答案】B【解析】①將銅片接在電源的負(fù)極上,故①錯(cuò)誤;②銀做電解池的陽(yáng)極,與電源正極相連,故②正確;③在銅片上,電解質(zhì)溶液中的Ag+得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Ag,電極反應(yīng)式為Ag++e=Ag,故③正確;④在銀片上,Ag失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成Ag+,電極反應(yīng)式為Age=Ag+,故④錯(cuò)誤;⑤用含有鍍層金屬的鹽溶液作電解質(zhì)溶液,不能選用硫酸銅溶液為電鍍液,故⑤錯(cuò)誤;⑥用含有鍍層金屬的鹽溶液作電解質(zhì)溶液,可以選用硝酸銀溶液為電鍍液,故⑥正確;綜上所述,正確的有②③⑥;故選B。1.(2022·北京·高考真題)利用下圖裝置進(jìn)行鐵上電鍍銅的實(shí)驗(yàn)探究。裝置示意圖序號(hào)電解質(zhì)溶液實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①4+少量H2SO4陰極表面有無(wú)色氣體,一段時(shí)間后陰極表面有紅色固體,氣體減少。經(jīng)檢驗(yàn)電解液中有②4+過(guò)量氨水陰極表面未觀察到氣體,一段時(shí)間后陰極表面有致密紅色固體。經(jīng)檢驗(yàn)電解液中無(wú)元素下列說(shuō)法不正確的是A.①中氣體減少,推測(cè)是由于溶液中減少,且覆蓋鐵電極,阻礙與鐵接觸B.①中檢測(cè)到,推測(cè)可能發(fā)生反應(yīng):C.隨陰極析出,推測(cè)②中溶液減少,平衡逆移D.②中生成,使得比①中溶液的小,緩慢析出,鍍層更致密【答案】C【解析】由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知,實(shí)驗(yàn)①時(shí),鐵做電鍍池的陰極,鐵會(huì)先與溶液中的氫離子、銅離子反應(yīng)生成亞鐵離子、氫氣和銅,一段時(shí)間后,銅離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成銅;實(shí)驗(yàn)②中銅離子與過(guò)量氨水反應(yīng)生成四氨合銅離子,使得溶液中銅離子濃度比①中要小,電解速率減慢,銅離子在陰極得到電子緩慢發(fā)生還原反應(yīng)生成銅,在鐵表面得到比實(shí)驗(yàn)①更致密的鍍層。A.由分析可知,實(shí)驗(yàn)①時(shí),鐵會(huì)先與溶液中的氫離子、銅離子反應(yīng),當(dāng)溶液中氫離子濃度減小,反應(yīng)和放電生成的銅覆蓋鐵電極,阻礙氫離子與鐵接觸,導(dǎo)致產(chǎn)生的氣體減少,故A正確;B.由分析可知,實(shí)驗(yàn)①時(shí),鐵做電鍍池的陰極,鐵會(huì)先與溶液中的氫離子、銅離子反應(yīng)生成亞鐵離子、氫氣和銅,可能發(fā)生的反應(yīng)為,故B正確;C.由分析可知,銅離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng),在陰極析出銅,但陽(yáng)極發(fā)生Cu2e=Cu2+的反應(yīng),銅離子濃度不變,平衡不移動(dòng),故C錯(cuò)誤;D.由分析可知,實(shí)驗(yàn)②中銅離子與過(guò)量氨水反應(yīng)生成四氨合銅離子,使得溶液中銅離子濃度比①中要小,電解速率減慢,銅離子在陰極得到電子緩慢發(fā)生還原反應(yīng)生成銅,在鐵表面得到比實(shí)驗(yàn)①更致密的鍍層,故D正確;故選C。2.(2021·浙江·統(tǒng)考高考真題)下列反應(yīng)的方程式不正確的是A.石灰石與醋酸反應(yīng):CO+2CH3COOH=2CH3COO+CO2↑+H2OB.銅片上電鍍銀的總反應(yīng)(銀作陽(yáng)極,硝酸銀溶液作電鍍液):Ag(陽(yáng)極)Ag(陰極)C.銅與稀硝酸反應(yīng):3Cu+2NO+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2OD.明礬溶液中加入少量氫氧化鋇溶液:2Al3++3SO+3Ba2++6OH=2Al(OH)3↓+
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