课题1 碳单质的多样性
第2课时
【基础达标】
1.宋代许道宁用墨(主要成分为单质碳)所画的《关山密雪图》保存至今而不变色,这是因为在常温下单质碳( )
A.还原性好 B.化学性质不活泼
C.导电性能好 D.吸附能力强
2.(2024·梧州一模)“碳家族”的成员很多。下列关于其成员说法正确的是( )
A.石墨不具有润滑性 B.C60单质是由碳原子直接构成的
C.金刚石和石墨都能导电 D.常温下碳的化学性质不活泼
3.下列关于碳单质金刚石、石墨和的说法正确的是( )
A.都可以燃烧生成二氧化碳 B.硬度都很大
C.常温下化学性质比较活泼 D.都是由原子构成的
4.下列有关含碳物质的性质或用途对应不正确的是( )
选项 物质 性质 用途
A 金刚石 硬度大 用于钻机的钻头
B 石墨 质软 用作电极材料
C 活性炭 吸附性 除去色素和异味
D 木炭 可燃性 用作燃料
5.物质性质在很大程度上决定了物质的用途。下列物质用途,利用其化学性质的是( )
A.用活性炭作防毒面具 B.用金刚石作玻璃刀
C.用焦炭冶炼金属 D.用石墨作电极
6.如图是金刚石、石墨、C60和石墨烯的微观结构示意图。下列说法错误的( )
A.它们都是单质
B.它们的结构中碳原子的排列方式都相同
C.一个C60分子由60个碳原子构成
D.它们在氧气中充分燃烧时都生成CO2
7.如图是木炭还原氧化铜反应的实验装置图,下列说法正确的是( )
A.实验过程中,可观察到红棕色粉末逐渐变黑
B.给酒精灯加网罩的目的是集中火焰、提高温度
C.木炭使氧化铜还原为铜,木炭发生了还原反应
D.实验结束后,先停止加热,再将导气管从澄清石灰水中撤出
8.吃烧烤的时候人们经常使用竹炭进行加热,竹炭也是碳单质的一员,它身怀绝技,武功盖世。以下不属于它的绝技的是( )
A.其结构疏松多孔,可使红墨水褪色
B.把竹炭放入冰箱,可以吸附冰箱异味
C.将其放入水中,可以杀菌消毒
D.将其燃烧,可以产生使澄清石灰水变浑浊的气体
9.如图是金刚石、石墨、C60、碳纳米管的结构示意图,下列说法错误的是( )
A.这四种物质都由碳原子构成
B.这四种物质中,碳元素的化合价都为0
C.这四种物质完全燃烧后的产物都CO2
D.这四种物质在一定条件下,都可以还原氧化铜
10.(2023·武汉)石墨、活性炭和木炭在生产生活中有着广泛的应用。
回答下列问题:
(1)石墨的用途可以是______。
A.用于制铅笔芯 B.用作电极 C.用于切割大理石
(2)活性炭作冰箱除味剂,是利用其 (填“物理”或“化学”)性质。
(3)木炭可用作燃料。木炭完全燃烧的化学方程式为 _______________ 。
11.(2024·郑州三模)文房四宝“笔墨纸砚”在我国书法和绘画史上发挥了重要作用。
(1)在宣纸制作中,有一道工序是用竹帘从纸浆中捞纸。该操作与实验中的 相似。
(2)《富春山居图》是元代画家黄公望的水墨画,保存完好的原因是 。
(3)竹子不仅可以用于制作毛笔笔杆,还可以加工成竹炭,用于除去冰箱、衣柜、汽车等内部循环中的异味,这是利用了竹炭的 性。
【能力提升】
12.(2023·德州)下图为金刚石、石墨和C60的结构模型图,图中小球分别代表碳原子。下列有关说法正确的是( )
A.三种物质都是由碳原子直接构成的
B.在三种物质中碳原子的排列方式都不相同
C.三种物质在足量氧气中燃烧的产物都不同
D.三种物质的组成元素相同,它们的性质也相同
13.(2024·马鞍山三模)2024年4月17日,全球首颗用牡丹制成的钻石亮相洛阳中国国花园。这颗“牡丹钻石”是通过把牡丹花中的碳元素提取出来制作而成。下列说法错误的是( )
A.提取过程中碳元素的质量不变 B.制成的钻石中碳原子之间有间隔
C.制成的钻石中碳原子不运动 D.常温下钻石的化学性质很稳定
14.木炭在氧气中燃烧生成二氧化碳的示意图如图。下列有关叙述中,不正确的是( )
A.该反应属于化合反应 B.反应前后原子种类发生了变化
C.二氧化碳与氧气、碳的化学性质不同 D.该反应是利用炭火取暖时发生的主要反应
15.将6g碳和12g氧气放入密闭容器中引燃,两者恰好完全反应。则密闭容器中的物质是( )
A.CO B.CO2和CO C.O2和CO2 D.无法确定
16.高铁列车车体材料使用的不锈钢中加入了金属镍增强性能,工业高温上采用火法炼镍的原理是:,下列说法错误的是( )
A.反应中X的化学式为CO2 B.NiO中Ni的化合价为+2价
C.碳过量时,气体产物中可能有CO D.此反应说明碳具有氧化性
17.(2024·汕头一模)石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来,由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯是目前已知的世界上最薄的材料,导电性比银还强,具有极强的导热性能和优良的透光性能的材料。有预言称,石墨烯将成为硅的替代品,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。石墨烯在电子、复合材料、医疗健康等多领域具有广泛应用,不同领域的应用分布如图所示。
氧化石墨烯薄膜与水接触后可形成约0.9纳米宽的通道,可让水分子可以快速通过,能高效滤去海水中的盐分,用于海水淡化。
石墨烯的基本化学性质与石墨类似, 实验结果表明,石墨烯的着火点在700-800℃左右。请回答:
(1)目前“石墨烯”应用占比最高的在 领域,“氧化石墨烯薄膜”可用于 。
(2)石墨烯具有的物理性质有 。
A.极强的导电性 B.极强的导热性 C.优良的透光性 D.极强的活动性
(3)由上图可见,石墨烯中每个碳原子周围连接 碳原子,其物理性质与金刚石不同的原因是 。
(4)实验表明,石墨烯在氧气能燃烧,反应的化学方程式为 。
【拓展延伸】
18.中国科学家成功制备出石墨双炔包覆的锑纳米空心立方盒,可用作钠离子电池负极材料。石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成,具有优良的导电性,结构如下。下列说法不正确的是( )
A.石墨烯和石墨双炔都是单质
B.石墨烯和石墨双炔性质完全相同
C.石墨烯和石墨双炔完全燃烧都生成CO2
D.石墨烯和石墨双炔均可作电极材料
19.石墨烯是21世纪最具前景的新型纳米材料,它是从石墨中剥离出来的单层原子晶体,具有广泛的用途。科学家用石墨烯膜制成“筛子”,当海水流过该膜时,钠离子和氯离子被水分子包裹而不能通过,独立的水分子却能通过(如图)。下列有关说法正确的是( )
A.石墨烯属于混合物 B.石墨烯常温下可还原氧化铜
C.“筛掉”氯化钠的过程类似于吸附操作 D.上述过程可应用于海水淡化
答案和解析
【基础达标】
1.宋代许道宁用墨(主要成分为单质碳)所画的《关山密雪图》保存至今而不变色,这是因为在常温下单质碳( )
A.还原性好 B.化学性质不活泼
C.导电性能好 D.吸附能力强
【答案】B
【解析】宋代许道宁用墨(主要成分为单质碳)所画的《关山密雪图》保存至今而不变色,是因为墨是用炭黑制成的,炭黑的主要成分是碳,水墨画长久保存不变色,是因为在常温下碳的化学性质不活泼,不易发生反应;
故选B。
2.(2024·梧州一模)“碳家族”的成员很多。下列关于其成员说法正确的是( )
A.石墨不具有润滑性 B.C60单质是由碳原子直接构成的
C.金刚石和石墨都能导电 D.常温下碳的化学性质不活泼
【答案】D
【解析】A、石墨是自然界存在的最软的矿物之一,有滑腻感,具有润滑性,故A错误;
B、C60是由C60分子构成的,故B错误;
C、金刚石不具有导电性,故C错误;
D、常温下碳的化学性质不活泼,不易与其它物质反应,故D正确。
故选D。
3.下列关于碳单质金刚石、石墨和的说法正确的是( )
A.都可以燃烧生成二氧化碳 B.硬度都很大
C.常温下化学性质比较活泼 D.都是由原子构成的
【答案】A
【解析】A、金刚石、石墨、C60都为碳单质,燃烧都能生成二氧化碳,该选项说法正确;
B、金刚石硬度很大,但石墨很软,该选项说法不正确;
C、常温下,碳单质化学性质比较稳定,该选项说法不正确;
D、金刚石和石墨是由原子构成的,而C60是由分子构成,该选项说法不正确。
故选A。
4.下列有关含碳物质的性质或用途对应不正确的是( )
选项 物质 性质 用途
A 金刚石 硬度大 用于钻机的钻头
B 石墨 质软 用作电极材料
C 活性炭 吸附性 除去色素和异味
D 木炭 可燃性 用作燃料
【答案】B
【解析】石墨用作电极材料是利用了石墨的导电性,而石墨呈灰黑色、质软可用作铅笔芯,故选B。
5.物质性质在很大程度上决定了物质的用途。下列物质用途,利用其化学性质的是( )
A.用活性炭作防毒面具 B.用金刚石作玻璃刀
C.用焦炭冶炼金属 D.用石墨作电极
【答案】C
【解析】A、活性炭可作防毒面具,是因为活性炭具有吸附性,能吸附毒气,该性质不需要通过化学变化就能表现出来,属于物理性质,该选项不符合题意;
B、金刚石为天然存在最硬的物质,则可作玻璃刀,该性质为物理性质,该选项不符合题意;
C、用焦炭可冶炼金属,是因为焦炭具有还原性,该性质需要通过化学变化才能表现出来,属于化学性质,该选项符合题意;
D、用石墨可作电极,是因为石墨具有导电性,该性质不需要通过化学变化就能表现出来,属于物理性质,该选项不符合题意。
故选C。
6.如图是金刚石、石墨、C60和石墨烯的微观结构示意图。下列说法错误的( )
A.它们都是单质
B.它们的结构中碳原子的排列方式都相同
C.一个C60分子由60个碳原子构成
D.它们在氧气中充分燃烧时都生成CO2
【答案】B
【解析】A、单质是由一种元素组成的纯净物。从题干信息“石墨烯是从石墨材料中剥离制得的,与金刚石、石墨一样,都只由碳元素组成”看,它们都属于单质,故A说法正确;
B、从图看,构成金刚石、石墨、C60、石墨烯碳原子的排列方式都不相同,故B说法错误;
C、从C60的化学式看,一个C60分子是由60个碳原子构成的,故C说法正确;
D、根据质量守恒定律,反应前后元素种类不变,因为金刚石、石墨、C60、石墨烯都是由碳元素组成的,在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳,故D说法正确。
故选B。
7.如图是木炭还原氧化铜反应的实验装置图,下列说法正确的是( )
A.实验过程中,可观察到红棕色粉末逐渐变黑
B.给酒精灯加网罩的目的是集中火焰、提高温度
C.木炭使氧化铜还原为铜,木炭发生了还原反应
D.实验结束后,先停止加热,再将导气管从澄清石灰水中撤出
【答案】B
【解析】A、木炭和氧化铜高温生成铜和二氧化碳,所以实验过程中,可观察到黑色粉末逐渐变红,故选项说法错误;
B、给酒精灯加网罩,目的是使火焰集中并提高温度,故选项说法正确;
C、木炭是使氧化铜还原为铜的物质,它具有还原性,发生氧化反应,故选项说法错误;
D、实验结束后,应先将导气管从澄清石灰水中撤出,再停止加热,以防止烧杯中的石灰水倒流,炸裂试管,故选项说法错误。
故选B。
8.吃烧烤的时候人们经常使用竹炭进行加热,竹炭也是碳单质的一员,它身怀绝技,武功盖世。以下不属于它的绝技的是( )
A.其结构疏松多孔,可使红墨水褪色
B.把竹炭放入冰箱,可以吸附冰箱异味
C.将其放入水中,可以杀菌消毒
D.将其燃烧,可以产生使澄清石灰水变浑浊的气体
【答案】C
【解析】A、竹炭与活性炭类似,结构疏松多孔,具有吸附性,能吸附色素,可使红墨水褪色,故选项说法正确;
B、竹炭结构疏松多孔,具有吸附性,能吸附异味,可以吸附冰箱异味,故选项说法正确;
C、竹炭是碳单质,具有吸附性,不具有杀菌消毒的功能,故选项说法不正确;
D、竹炭是碳单质,完全燃烧生成二氧化碳,二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊,故选项说法正确。
故选C。
9.如图是金刚石、石墨、C60、碳纳米管的结构示意图,下列说法错误的是( )
A.这四种物质都由碳原子构成
B.这四种物质中,碳元素的化合价都为0
C.这四种物质完全燃烧后的产物都CO2
D.这四种物质在一定条件下,都可以还原氧化铜
【答案】A
【解析】A、金刚石、石墨、碳纳米管均是由碳原子直接构成的,C60是由C60分子构成的,故A符合题意;
B、金刚石、石墨和C60和碳纳米管都是由碳元素组成的单质,在单质里,元素的化合价为0,故B不符合题意;
C、这四种物质都是由碳元素组成的单质,完全燃烧后的产物都是CO2,故C不符合题意;
D、金刚石、石墨和C60和碳纳米管都是由碳元素组成的单质,具有相同的化学性质,这四种物质在一定条件下,都可以还原氧化铜,故D不符合题意。
故选A。
10.(2023·武汉)石墨、活性炭和木炭在生产生活中有着广泛的应用。
回答下列问题:
(1)石墨的用途可以是______。
A.用于制铅笔芯 B.用作电极 C.用于切割大理石
(2)活性炭作冰箱除味剂,是利用其 (填“物理”或“化学”)性质。
(3)木炭可用作燃料。木炭完全燃烧的化学方程式为 _______________ 。
【答案】(1)AB
(2)物理
(3)
【解析】(1)A、石墨具有滑腻感,且为深灰色,可用于制铅笔芯,故选项正确;
B、石墨具有导电性,可用作电极,故选项正确;
C、石墨很软,不能用于切割大理石,故选项错误;
故选:AB;
(2)活性炭作冰箱除味剂,不需要通过化学变化表现出来,是利用其物理性质;
(3)碳和氧气在点燃条件下生成二氧化碳,反应的化学方程式为:。
11.(2024·郑州三模)文房四宝“笔墨纸砚”在我国书法和绘画史上发挥了重要作用。
(1)在宣纸制作中,有一道工序是用竹帘从纸浆中捞纸。该操作与实验中的 相似。
(2)《富春山居图》是元代画家黄公望的水墨画,保存完好的原因是 。
(3)竹子不仅可以用于制作毛笔笔杆,还可以加工成竹炭,用于除去冰箱、衣柜、汽车等内部循环中的异味,这是利用了竹炭的 性。
【答案】(1)过滤
(2)常温下碳的化学性质稳定
(3)吸附
【解析】(1)宣纸制作过程中有道工序是从纸浆中用竹帘捞纸,该操作是分离固液的操作,相当于过滤,故填:过滤;
(2)用墨汁写绘的字画能从古代保存至今而不褪色,其原因是常温下,碳的化学性质稳定,不容易参加化学反应,故填:常温下碳的化学性质稳定;
(3)竹炭具有吸附性,可以用于除去异味,故填:吸附。
【能力提升】
12.(2023·德州)下图为金刚石、石墨和C60的结构模型图,图中小球分别代表碳原子。下列有关说法正确的是( )
A.三种物质都是由碳原子直接构成的
B.在三种物质中碳原子的排列方式都不相同
C.三种物质在足量氧气中燃烧的产物都不同
D.三种物质的组成元素相同,它们的性质也相同
【答案】B
【解析】A、金刚石、石墨都是由碳原子直接构成的单质,C60是由C分子构成的单质,故A错误;
B、由金刚石、石墨和C60的结构模型图可知,三者中碳原子的排列方式不同,故B正确;
C、相同元素组成的不同碳单质,它们的组成元素均为碳元素,在足量的氧气中充分燃烧,产物相同,故C错误;
D、由金刚石、石墨和C的结构模型图可知,碳原子的排列方式不同,物理性质差异很大,则相同元素组成的不同物质,性质不完全相同,故D错误。
故选B。
13.(2024·马鞍山三模)2024年4月17日,全球首颗用牡丹制成的钻石亮相洛阳中国国花园。这颗“牡丹钻石”是通过把牡丹花中的碳元素提取出来制作而成。下列说法错误的是( )
A.提取过程中碳元素的质量不变 B.制成的钻石中碳原子之间有间隔
C.制成的钻石中碳原子不运动 D.常温下钻石的化学性质很稳定
【答案】C
【解析】A、根据质量守恒定律,化学反应前后,元素的种类和质量不变,所以提取过程中碳元素的质量不变,A正确;
B、微粒之间有间隔,所以制成的钻石中碳原子之间有间隔,B正确;
C、世界上所有物质都在不断运动,所以制成的钻石中碳原子在不断运动,C错误;
D、常温下碳单质的化学性质很稳定,钻石是碳单质,所以常温下钻石的化学性质很稳定,D正确。
故选C。
14.木炭在氧气中燃烧生成二氧化碳的示意图如图。下列有关叙述中,不正确的是( )
A.该反应属于化合反应 B.反应前后原子种类发生了变化
C.二氧化碳与氧气、碳的化学性质不同 D.该反应是利用炭火取暖时发生的主要反应
【答案】B
【解析】A、据图可知,木炭在氧气中燃烧生成二氧化碳,符合化合反应多变一的特征,该反应属于化合反应。A正确;
B、原子是化学变化中的最小粒子,据图可知,反应物中含有碳原子、氧原子,生成物中含有的原子也是碳原子、氧原子。即反应前后原子种类没有发生变化。B不正确;
C、二氧化碳由二氧化碳分子构成,氧气由氧分子构成,碳由碳原子构成,它们各自保持各自的化学性质,二氧化碳与氧气、碳的分子构成不同,所以二氧化碳与氧气、碳的化学性质不同。C正确;
D、利用炭火取暖时发生的主要反应为木炭在氧气中燃烧生成二氧化碳,放出热量。D正确。
故选B。
15.将6g碳和12g氧气放入密闭容器中引燃,两者恰好完全反应。则密闭容器中的物质是( )
A.CO B.CO2和CO C.O2和CO2 D.无法确定
【答案】B
【解析】根据化学方程式可知,参加反应的碳和氧气的质量比为:;根据化学方程式可知,参加反应的碳和氧气的质量比为:;由题给条件可知,介于和之间,所以既生成了二氧化碳又生成了一氧化碳;
故选B。
16.高铁列车车体材料使用的不锈钢中加入了金属镍增强性能,工业高温上采用火法炼镍的原理是:,下列说法错误的是( )
A.反应中X的化学式为CO2 B.NiO中Ni的化合价为+2价
C.碳过量时,气体产物中可能有CO D.此反应说明碳具有氧化性
【答案】D
【解析】A、依据质量守恒定律可知:化学变化前后原子的个数和种类不变,反应前1个碳原子,2个镍原子,2个氧原子,反应后2个镍原子,则X中含有2个氧原子,1个碳原子,则反应中X化学式为CO2,说法正确;
B、NiO中氧元素化合价为-2,根据化合物化合价代数和为零,故NiO中Ni的化合价为+2价,说法正确;
C、由化学方程式可知,该反应有二氧化碳生成,二氧化碳与碳在高温条件下反应生成一氧化碳,碳过量时,气体产物中可能有CO,说法正确;
D、由化学方程式可知,碳夺走氧化镍中的氧元素,属于还原剂,此反应说明碳具有还原性,说法错误。
故选D。
17.(2024·汕头一模)石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来,由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯是目前已知的世界上最薄的材料,导电性比银还强,具有极强的导热性能和优良的透光性能的材料。有预言称,石墨烯将成为硅的替代品,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。石墨烯在电子、复合材料、医疗健康等多领域具有广泛应用,不同领域的应用分布如图所示。
氧化石墨烯薄膜与水接触后可形成约0.9纳米宽的通道,可让水分子可以快速通过,能高效滤去海水中的盐分,用于海水淡化。
石墨烯的基本化学性质与石墨类似, 实验结果表明,石墨烯的着火点在700-800℃左右。请回答:
(1)目前“石墨烯”应用占比最高的在 领域,“氧化石墨烯薄膜”可用于 。
(2)石墨烯具有的物理性质有 。
A.极强的导电性 B.极强的导热性 C.优良的透光性 D.极强的活动性
(3)由上图可见,石墨烯中每个碳原子周围连接 碳原子,其物理性质与金刚石不同的原因是 。
(4)实验表明,石墨烯在氧气能燃烧,反应的化学方程式为 。
【答案】(1)电子 海水淡化
(2)ABC
(3) 3个 碳原子的排列方式不同
(4)C+O2CO2
【解析】(1)根据图示可知,目前“石墨烯”应用占比最高的在电子领域;根据“氧化石墨烯薄膜与水接触后可形成约0.9纳米宽的通道,可让水分子可以快速通过,能高效滤去海水中的盐分,用于海水淡化”可知,“氧化石墨烯薄膜”可用于海水淡化;
(2)根据“石墨烯是目前已知的世界上最薄的材料,导电性比银还强,具有极强的导热性能和优良的透光性能的材料”可知,石墨烯具有的物理性质有极强的导电性、极强的导热性、优良的透光性。根据“石墨烯的基本化学性质与石墨类似”可知,常温下石墨烯化学性质稳定。
故选ABC;
(3)由上图可见,石墨烯中每个碳原子周围连接 3 个碳原子;石墨烯碳原子在平面上形成层状结构。 金刚石是正四面体的空间网状结构,石墨烯物理性质与金刚石不同的原因是碳原子的排列方式不同;
(4)根据“石墨烯的基本化学性质与石墨类似”可知,石墨烯在氧气中能燃烧生成二氧化碳,反应的化学方程式为 C+O CO 。
【拓展延伸】
18.中国科学家成功制备出石墨双炔包覆的锑纳米空心立方盒,可用作钠离子电池负极材料。石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成,具有优良的导电性,结构如下。下列说法不正确的是( )
A.石墨烯和石墨双炔都是单质
B.石墨烯和石墨双炔性质完全相同
C.石墨烯和石墨双炔完全燃烧都生成CO2
D.石墨烯和石墨双炔均可作电极材料
【答案】B
【解析】A、根据“石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成”可知,石墨烯和石墨双炔都是由碳元素组成的单质,说法正确;
B、根据图示可知,石墨烯和石墨双炔中碳原子排列顺序不同,性质不完全相同,化学性质相同,物理性质不同,说法错误;
C、根据“石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成”可知,石墨烯和石墨双炔都是由碳元素组成的单质,石墨烯和石墨双炔完全燃烧都生成CO2 ,说法正确;
D、根据“石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成,具有优良的导电性”可知,石墨烯和石墨双炔均可作电极材料,说法正确。
故选B。
19.石墨烯是21世纪最具前景的新型纳米材料,它是从石墨中剥离出来的单层原子晶体,具有广泛的用途。科学家用石墨烯膜制成“筛子”,当海水流过该膜时,钠离子和氯离子被水分子包裹而不能通过,独立的水分子却能通过(如图)。下列有关说法正确的是( )
A.石墨烯属于混合物 B.石墨烯常温下可还原氧化铜
C.“筛掉”氯化钠的过程类似于吸附操作 D.上述过程可应用于海水淡化
【答案】D
【解析】A、石墨烯是一种单层碳原子晶体,由一种物质组成,属于纯净物,故选项说法不正确;
B、石墨烯是一种单层碳原子晶体,属于碳单质,碳单质具有还原性,石墨烯常温下不能还原氧化铜,但在高温下能还原氧化铜,故选项说法不正确;
C、“筛掉”氯化钠的过程类似于过滤操作,故选项说法不正确;
D、用石墨烯膜制成“筛子”,当海水流过该膜时,钠离子和氯离子被水分子包裹而不能通过,独立的水分子却能通过,上述过程能将氯化钠和海水分离,可应用于海水淡化,故选项说法正确。
故选D。
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