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考点10 力学知识在生产和生活中的应用

俗话说,居安思危,思则有备,有备无患。高中教师要准备好教案,这是高中教师需要精心准备的。教案可以让学生能够听懂教师所讲的内容,使高中教师有一个简单易懂的教学思路。怎么才能让高中教案写的更加全面呢?下面的内容是小编为大家整理的考点10 力学知识在生产和生活中的应用,但愿对您的学习工作带来帮助。

高三物理高考第二轮专题复习教案

考点10力学知识在生产和生活中的应用

命题趋势

随着高考改革的不断推进,知识与能力,以能力考核为主;理论与实际,以解决现实问题为中心;这些已成为高考命题的一个指导思想。因为考生在解决实际问题时,最能显示其能力大小,而且还能引导学生关注身边发生的现象和事件,关注科技进步和社会发展。2001年理综卷第16题冷光灯,第19题抗洪救灾,第31题关于太阳演化,都是联系实际的问题。2004年高考理综卷的命题将会继续贯彻这一原则,作为中学物理主干知识的力学,它在日常生活、生产实际和现代科技中的应用必定是命题的素材。

预计命题所选的素材会是一些常听到的、常看到的、常被关注的但不一定认真思考过的问题。除现代科技外,涉及天体运行、航天技术、体育运动、人体科学、医药卫生、通信交通等各个方面的问题,仍应是关注的重点。

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生产生活中的含氮化合物氮肥的生产和使用


第二单元
第2课时氮肥的生产和使用
一、学习目标
1.掌握氨及铵盐的性质和用途,了解液氨和氨水的区别;
2.知道氮肥的性能和使用氮肥的注意事项,认识到科学使用化肥的意义;
3.学习观察法、探究法、类比法等科学方法;
4.知道氮肥的应用对社会生产的作用和对自然环境的影响;在实验探究活动中,享受发现的快乐。
二、教学重点及难点
教学重点:氨气和铵盐的性质;
教学难点:“喷泉”实验的原理,氨水的弱碱性。
三、设计思路
氮肥是植物生长的重要基础,是解决人类吃饭问题的重要因素之一。通过对“雷雨发庄稼”(自然固氮)知识的复习和生物固氮方式缺点的讨论,从而将本节内容的重点引入人工固氮(合成氮)过程的教学中来。氮肥生产的基础是氨的合成,即可引入本节课教学重点——氨气性质的教学。其中,氨气与水和酸的反应是教学的重点。再通过氨的挥发性、刺激性气味等性质,引导学生讨论氨水作为化肥的缺点,在此基础上引入固态铵盐和氮肥知识的教学。在学习铵盐知识的基础上,师生共同讨论科学使用化肥的方法和意义。
四、教学过程
[复习引入]回忆“雷雨发庄稼”的有关化学方程式。
[图片]人类已知的三类基本固氮方式。
[讨论]三种固氮方式的优缺点。强调人工固氮的重要意义,引出本节内容的教学。
[化学史话]氮是农作物生长的必须元素,大气中游离的氮不能被植物直接吸收,通过生物固氮和自然固氮获得的氮元素远远不能满足植物生长的需要。为了提高农作物的产量,科学家们苦苦探索了几百年。20世纪初,德国化学家哈伯首次用氢气和氮气合成了氨,奠定了大规模工业合成化肥的基础。从此,人类能为植物的生长提供足够的氮肥,缓解了地球上有限的耕地资源与庞大的粮食需求之间的矛盾,他也因此获得了1918年化学诺贝尔奖。
[知识链接]1.合成氨反应条件苛刻的原因;
2.哈伯的功与过。
[板书]一、工业合成氨
N2+3H22NH3
[过渡]氨的成功合成在一定程度上解决了人类的吃饭问题。要让这种重要的气体氮化合物更好地人类服务,我们必须研究它的性质。
[板书]二、氨气
1.氨的物理性质
[展示]展示一瓶NH3,观察其颜色、状态、并闻其气味(注意闻气味的方法)。
[小结]氨是无色、有刺激性气味的气体,密度比空气小,易液化,氨液化的同时放出大量的热;液态氨汽化时要吸收周围的热量,使周围的空气迅速变冷(常用作致冷剂)。极易溶于水(体积比1:700)。
[实验探究1]喷泉实验。
[观察与思考]观察实验、描述实验现象,分析实验现象你能得出什么结论?
现象:将胶头滴管中的水挤入烧瓶,打开止水夹,烧杯中的水沿着导管喷入烧瓶,变成红色喷泉。
结论:氨气极易溶于水,氨气的水溶液显碱性。
[讨论]上述产生喷泉的原理是什么?
[小结]胶头滴管中的水挤入烧瓶,大量氨气溶于水使烧杯中气压急剧降低,水被吸入烧瓶形成喷泉。
[实验探究2]氨水的不稳定性
现象:
湿润的红色石蕊试纸变成蓝色。
结论:
氨水易挥发,氨气的水溶液具有碱性。
[板书]2.氨的化学性质
[小结](1)氨气与水的反应
NH3+H2ONH3H2ONH4++OH-
[讨论]氨水中存在哪些微粒?并与液氨进行比较。
液氨氨水
物质种类
粒子种类
[实验探究3]NH3与HCl的反应
现象:
烧杯中出现白烟。
解释:
浓氨水、浓盐酸具有挥发性,NH3与HCl结合,有固体NH4Cl生成。
(2)氨气与酸的反应
NH3+HCl=NH4Cl(白烟)
[思考]将实验3中浓盐酸换成浓硝酸或浓硫酸现象是否相同?为什么?
NH3+HNO3=NH4NO3(白烟)
2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4
[过渡提问]其实,氨水也可以作为化肥,但现在人们很少用它,大家知道其中的原因吗?
[回答]氨水中的NH3H2O不稳定,容易分解生成氨气,而挥发掉促进植物生长的有效成分,降低了肥效。同时,会发出来的氨气具有刺激性气味,给使用带来很大的不方便。
[追问]从前面的探究活动中,我们来思考一下,有没有什么方法可以解决这个问题?
[回答]可以将氨气与酸反应转化成固态铵盐加以使用。
[过渡]回答得很好!铵盐就是目前我们使用最多的固态氮肥的主要成分,对铵盐的性质的了解,是科学使用化肥的基础。
[板书]三、铵盐的性质
1.受热分解
[实验探究4]①进行实验,②描述实验现象,③写出化学方程式。
现象:加热,试管中产生白烟,试管口重新生成白色固体。
NH4Cl=NH3↑+HCl↑
NH3+HCl=NH4Cl
NH4HCO3=NH3↑+H2O+CO2↑
[拓展视野]由上述反应式可以看出,NH4Cl、NH4HCO3受热都能分解,都有NH3产生,但不是所有的铵盐受热分解都能产生NH3。
例如NH4NO3的分解:2NH4NO3=2N2↑+O2↑+4H2O
[板书]2.与碱共热放出氨气
[实验探究5]①进行实验,②描述实验现象,③写出化学方程式。
现象:产生有刺激性气味的气体,湿润的红色石蕊试纸变蓝。
2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2O+2NH3↑
[思考与交流]根据上述性质,分析讨论此性质有何应用?
(1)铵根离子的检验;
(2)氨气的实验室制法;
(3)避免铵态氮肥与碱性肥料混合施用。
[板书]3.氮肥简介
(1)铵态氮肥:NH4Cl(氯铵)、NH4HCO3(碳铵)、(NH4)2SO4(硫铵)、NH4NO3(硝铵)。
(2)其他氮肥:硝态氮肥。如:KNO3。
有机态氮肥。如:CO(NH2)2。
[问题思考]
1.检验氨气是否充满试管的方法是,观察到的现象是。
2.能否用浓硫酸干燥氨气?
答案:1.用湿润的红色石蕊试纸放到管口试纸变蓝
2.不能因为氨气能与硫酸反应
[作业]教材第102页:练习与实践第1(2)、2(3)题

生产生活中的含氮化合物


一名优秀的教师在教学方面无论做什么事都有计划和准备,教师要准备好教案,这是每个教师都不可缺少的。教案可以让学生更好的消化课堂内容,有效的提高课堂的教学效率。写好一份优质的教案要怎么做呢?小编特地为大家精心收集和整理了“生产生活中的含氮化合物”,仅供参考,希望能为您提供参考!

第2单元生产生活中的含氮化合物
第2单元课时1氮氧化物的产生及转化
一、学习目标
1.掌握N2、NO和NO2的重要性质;
2.了解氮氧化物的用途及对大气的污染,知道硝酸型酸雨形成的过程和防治方法。
3.从“雷雨发庄稼”原理中学会推理的科学方法。
4.通过比较NO和NO2的性质学会类比的科学方法。
5.提高环保意识,培养爱护环境的态度,形成与大自然友好相处的情感。
二、教学重点及难点
教学重点:N2、NO、NO2的化学性质及对环境的影响。
教学难点:NO2与H2O的反应。
三、设计思路
在单元内容学习之前,利用多种方式向学生展现氮元素对于人类生产生活的重要性,激发他们学习本单元知识的浓厚兴趣。本课时教学内容由自然界常见的闪电过程所引发的化学反应入手,用“一分为二”的观点组织教学内容。氮氧化物的产生和转化产物既可以促进植物生长,同时它也会引起硝酸型酸雨和光化学烟雾,而给人类带来一定的危害。为了趋利避害,引导学生在学习氮气、一氧化氮和二氧化氮性质的基础上,提出一些解决此类环境污染问题的主要办法,以提高他们的环保意识,形成与大自然友好相处的情感。教学中,用“魔鬼谷”的材料激发学生对“雷雨发庄稼”原理的探究,从而对本节知识内容作一小结。而“氮氧化物对环境的影响”应该建立在学生调查研究的基础上,通过师生之间的讨论和“汽车尾气处理”知识的拓展,学生可以形成一定的辩证思想和问题解决能力。
四、教学过程
[引入]氮是生命的基础,在我们的生产生活中无处不在,发挥着不可取代的作用。(ppt2~4)
[提问]氮元素在自然界以什么形式存在?
[回答]以游离态形式存在于空气中,以化合态形式存在于多种无机物及有机物中。
[板书]一、氮气(ppt5~7)
1.氮元素的存在
[观察与思考]美丽的闪电除了给我们带来的视觉和听觉上的冲击,还带来了什么?
[板书]2.氮元素的固定
(1)与氧气反应:N2+O2=2NO
[视频]氮气与氧气在通电情况下的反应。
[过渡]游离态的氮气植物无法吸收,只有“固定”下来的化合态的氮元素经过一定形式的转化,才有可能被植物吸收利用。在这些转化的过程中,一氧化氮和二氧化氮就是两种重要的中间产物。
[板书]二、一氧化氮和二氧化氮(ppt8~9)
1.NO和NO2的物理性质:
[展示]展示一瓶NO和一瓶NO2,描述其物理性质
[小结]NO:无色、无味、微溶于水的有毒气体。
[辨证思维拓展材料]少量一氧化氮有利于人体健康。
NO2:红棕色、有剌激性气味的有毒气体,密度比空气大,易液化,易溶于水。
[板书]2.NO和NO2的化学性质
(1)NO不与水反应,在常温下易与O2化合生成NO2: 
2NO+O2=2NO2
(2)NO2难被O2氧化,易与水反应生成HNO3和NO。
3NO2+H2O=2HNO3+NO
[材料分析]在新疆和青海交界处有一狭长山谷,每当牧民和牲畜进入后,风和日丽的晴天顷刻间电闪雷鸣,狂风大作,人畜往往遭雷击倒下。奇怪的是这里的牧草茂盛,四季常青,被当地牧民称为“魔鬼谷”。请同学们用简单的化学方程式来解释此地牧草茂盛的原因。
“雷雨发庄稼”的科学道理:(ppt11)
N2+O2=2NO
2NO+O2=2NO2
3NO2+H2O=2HNO3+NO
硝酸硝酸盐
[拓展视野]氮的其它氧化物:(ppt12)
N2O俗名笑气,是一种麻醉剂;
N2O3是亚硝酸(HNO2)的酸酐;
N2O4是无色气体;
N2O5是硝酸的酸酐,是一种白色固体。
[板书]3.氮氧化物的用途:
制氮肥、硝酸等。人体中极少量NO会促进血管扩张,防止血管栓塞。
[知识小结]氮气及其氧化物的化学性质(ppt13)
[过渡]氮氧化物在被人类利用的同时,也给我们的生存环境带来了一定的伤害。我们应该怎样利用所学的知识来对这些环境污染问题进行防治呢?
[板书]三、氮氧化物对环境的污染和防治(ppt14~16)
[阅读和讨论]阅读教材第97页,试讨论大气中氮氧化物的来源、危害和防治方法。(ppt16)

氮肥的生产
[小结]来源金属的冶炼
汽车等交通工具的使用
形成硝酸型酸雨
危害造成光化学烟雾
破坏臭氧层。
使用清洁能源
防治汽车尾气转化
化肥、硝酸废气处理
其他措施。
[问题解决]汽车尾气(含烃类、CO、NO和NO2等)是城市主要污染源之一,治理的办法之一是在汽车排气管装上催化转化器,使NO或NO2与CO反应

生成可参与大气生态循环的无毒气体,请用相应的化学方程式来表示
2CO+NO=2CO2+N2
4CO+2NO2=4CO2+N2
[交流与讨论]制硝酸的过程中发生了下面的反应,理论上通过多次循环吸收,可使原料充分利用,并减少污染物的排放以保护环境。(PPT18-19)
2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO
试讨论NO2或NO与O2以何种物质的量比通入水中能恰好被水完全吸收?
4NO2+O2+2H2O=4HNO34NO+3O2+2H2O=4HNO3
[作业]1.教材第102页:练习与实践第2(2)题;
2.调查研究:了解氮氧化物对环境的影响。

高二化学教案:《化学反应速率与平衡在生产中的应用》教学设计


俗话说,磨刀不误砍柴工。高中教师要准备好教案,这是每个高中教师都不可缺少的。教案可以让上课时的教学氛围非常活跃,使高中教师有一个简单易懂的教学思路。高中教案的内容要写些什么更好呢?小编为此仔细地整理了以下内容《高二化学教案:《化学反应速率与平衡在生产中的应用》教学设计》,仅供您在工作和学习中参考。

一、复习回顾

反应条件对化学平衡的影响

(1)温度的影响:

升高温度,化学平衡向吸热方向移动;

降低温度,化学平衡向放热方向移动。

(2)浓度的影响:

增大反应物浓度或减小生成物浓度,化学平衡向正反应方向移动;

减小反应物浓度或增大生成物浓度,化学平衡向逆反应方向移动。

(3)压强的影响:

增大压强,化学平衡向气体分子数减小的方向移动;

减小压强,化学平衡向气体分子数增大的方向移动。

(4)催化剂:

加入催化剂,化学平衡不移动。

二、知识梳理

考点1:化学反应速率和化学平衡原理在合成氨中的应用

运用化学反应速率和化学平衡原理,同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素,选择合成氨的条件(压强、温度、浓度、催化剂等)。

考点2:化学反应条件的控制

控制化学反应进行的条件,可以改变化学反应的速率和化学反应进行的方向,使化学反应向着对生产、生活有利的方面转化。

一般可以通过控制以下化学反应的条件来调控化学反应的速率和化学反应进行的方向:

1.控制化学反应进行的外界条件的改变:

主要是通过控制浓度、温度、压强、催化剂等外界条件的改变来调控化学反应速率和反应进行的方向。

2.控制反应环境(介质的影响)的改变:

相同的反应物,在不同的环境下,发生的化学反应不相同。

3.控制实验操作的影响

不同的实验操作,会对某些化学反应会产生不同的影响,从而导致反应的产物和和实验现象不同。

(1)加热操作对某些化学反应的影响

(2)试剂添加顺序操作对化学反应的影响

考点3:合成氨:

1.合成氨的反应原理:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)298K时,△H==92.2kJ·mol—1

特点:合成氨是一个气体体积缩小的放热的可逆反应。

2.合成氨适宜条件的选择

(1)选择依据:从提高反应速率的角度分析,提高反应温度、使用催化剂、适当提高氮氢比;从平衡移动的角度分析,降低温度、提高压强和适时分离反应产物氨;从实际生产的角度分析,温度和压强要与生产实际相适应。

(2)选择原则:能加快反应速率;提高原料的利用率;提高单位时间内的产量;对设备条件要求不能太高。

(3)合成氨的适宜条件:使用催化剂;适宜的压强:2×107~5×107Pa;适宜的温度:500℃左右;及时分离出氨和及时补充氮气和氢气。

(4)合成氨的简要流程:

考点4:“三段式法”解答化学平衡计算题

1.步骤

(1)写出有关化学平衡的反应方程式。

(2)确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。

(3)根据已知条件建立等式关系并做解答。

2.方法

如mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为a mol/L、b mol/L,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol/L。

mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)

起始(mol/L) ab 0 0

变化(mol/L) mx nx px qx

平衡(mol/L) a-mx b-nx px qx

3.说明

(1)对于反应物:c(平)=c(始)-c(变);

对于生成物:c(平)=c(始)+c(变)。

(2)各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。

三、例题精析

【例题1】用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A,可实现氯的循环利用。

(1)曲线b对应的投料比是________。

(2)当曲线b、c、d对应的投料比达到相同的HCl平衡转化率时,对应的反应温度与投料比的关系是______________________________。

(3)投料比为2∶1、温度为400 ℃时,平衡混合气中Cl2的物质的量分数是________。

【答案】(1)4∶1(2)投料比越高,对应的反应温度越低(3)30.8%

【解析】(1)根据O2越多HCl的转化率越大,可知a、b、c、d曲线的投料比分别为6∶1、4∶1、2∶1、1∶1。

(2)根据曲线可知,当b、c、d曲线HCl达到相同转化率时,投料比越高,对应的反应温度越低。

(3)设n(HCl)=2 mol,n(O2)=1 mol,根据反应曲线可知,当温度为400 ℃时,HCl的转化率为80%,则有:4HCl + O2 2Cl2 + 2H2O

开始: 2 mol 1 mol 0 0

变化: 1.6 mol 0.4 mol 0.8 mol 0.8 mol

平衡: 0.4 mol 0.6 mol 0.8 mol 0.8 mol

因此平衡混合气中Cl2的物质的量分数是

【例题2】煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。

已知:CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表:

温度/℃

400

500

830

1000

平衡常数K

10

9

1

0.6

试回答下列问题:

(1)上述反应的正反应的是________反应(填“放热”或“吸热”)。

(2)某温度下,上述反应达到平衡后,保持容器体积不变升高温度,正反应速率________(填“增大”“减小”或“不变”),容器内混合气体的压强________(填“增大”“减小”或“不变”)。

(3)830 ℃时,在恒容反应器中发生上述反应,按下表中的物质的量投入反应混合物,其中向正反应方向进行的有______(选填字母)。

A

B

C

D

n(CO2)/mol

3

1

0

1

n(H2)/mol

2

1

0

1

n(CO)/mol

1

2

3

0.5

n(H2O)/mol

5

2

3

2

(4)830 ℃时,在2 L的密闭容器中加入4 mol CO(g)和6 mol H2O(g)达到平衡时,CO的转化率是________。

【答案】(1)放热(2)增大 增大(3)BC (4)60%

【解析】(1)由表格可知,升温,化学平衡常数减小,故正反应为放热反应。

(2)升高温度,正、逆反应速率均增大;容器体积不变的情况下,升高温度,则容器内混合气体的压强增大。

(3)830 ℃时,化学平衡常数为1,即若n(CO2)×n(H2)(4)830 ℃时,化学平衡常数为1,

CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)

起始浓度(mol/L) 2 3 0 0

转化浓度(mol/L) x x x x

平衡浓度(mol/L) (2-x) (3-x) x x

【例题3】工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应如下:3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)Si3N4(s)+12HCl(g) ΔH

某温度和压强条件下,分别将0.3 mol SiCl4(g)、0.2 mol N2(g)、0.6 mol H2(g)充入2 L密闭容器内,进行上述反应,5 min达到平衡状态,所得Si3N4(s)的质量是5.60 g。

(1)H2的平均反应速率是 mol·L-1·min-1。?

(2)平衡时容器内N2的浓度是 mol·L-1。?

(3)SiCl4(g)的转化率是。?

(4)若按n(SiCl4)∶n(N2)∶n(H2)=3∶2∶6的投料配比,向上述容器不断扩大加料,SiCl4(g)的转化率应(填“增大”“减小”或“不变”)。?

(5)在不改变反应条件的情况下,为了提高SiCl4(g)的转化率,可通过改变投料配比的方式来实现。下列四种投料方式,其中可行的是。?

选项

投料方式

A

n(SiCl4)∶n(N2)∶n(H2)=1∶1∶2

B

n(SiCl4)∶n(N2)∶n(H2)=1∶2∶2

C

n(SiCl4)∶n(N2)∶n(H2)=3∶2∶2

D

n(SiCl4)∶n(N2)∶n(H2)=2∶1∶3

(6)达到平衡后升高温度,其他条件不变,对平衡体系产生的影响是(填字母序号)。?

A. c(HCl)减少

B. 正反应速率减慢,逆反应速率加快

C. Si3N4的物质的量减小

D. 重新平衡时c(H2)/c(HCl)增大

【答案】(1)0.048 (2)0.06 (3)40% (4)减小 (5)A、B (6)A、C、D。源

【解析】依据“三部曲”计算

3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)Si3N4(s)+12HCl(g)

起始浓度(mol/L) 0.15 0.1 0.3 0

转化浓度(mol/L) 0.06 0.04 0.12 0.24

平衡浓度(mol/L) 0.09 0.06 0.18 0.24

(4)相当于加压,平衡左移;(5)A、B、C、D的投料比分别为3∶3∶6、3∶6∶6、3∶2∶2、3∶1.5∶4.5,A、B、C、D分别相当于在3∶2∶6的投料配比基础上增加N2、增加N2、减少H2、减少N2和H2;(6)升高温度不论平衡向哪个方向移动,正逆反应速率均增大,B错误;升高温度,平衡左移,c(H2)增大,c(HCl)减小,A、C、D正确。

四、课堂练习

【基础】

1. 化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。

(1)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体,发生如下反应:

TaS2(s)+2I2(g) TaI4(g)+S2(g) ΔH>0(I)

反应(Ⅰ)的平衡常数表达式K=________,若K=1,向某恒容容器中加入1 mol I2 (g)和足量TaS2(s),I2 (g)的平衡转化率为________。

(2)如图所示,反应(Ⅰ)在石英真空管中进行,先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2 (g),一段时间后,在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体,则温度T1________T2(填“>”“

①已知100 ℃压强为p1时达到平衡所需的时间为5 min,则用H2表示的平均反应速率为。?

②图中的p1p2(填“”或“=”),100 ℃压强为p2时平衡常数为。?

③该反应的ΔH0(填“”或“=”)。?

(2)在一定条件下,将a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH

①若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是( )

A.升高温度

B.将CH3OH(g)从体系中分离

C.充入He,使体系总压强增大

D.再充入1 mol CO和3 mol H2

②为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验表格中。

A.下表中剩余的实验条件数据:a=;b=。?

B.根据反应Ⅱ的特点,下图是在压强分别为0.1 MPa和5 MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图,请指明图中的压强px=MPa。?

【答案】(1)①0.003 0 mol·L-1·min-1 ② (2)①BD ②1500.1

【解析】(1)①v(H2)=3v(CH4)=×3=0.003 0 mol·L-1·min-1;②依据反应式可知增大压强平衡左移,转化率减小,所以p1【拔高】

1. 工业上采用乙苯与CO2脱氢生产重要化工原料苯乙烯

(1)①乙苯与CO2反应的平衡常数表达式为:K=。?

②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是(填代号)。

(2)在3 L密闭容器内,乙苯与CO2的反应在三种不同的条件下进行实验,乙苯、CO2的起始浓度分别为1.0 mol·L-1和3.0 mol·L-1,其中实验Ⅰ在T1℃,0.3 MPa,而实验Ⅱ、Ⅲ分别改变了实验其他条件;乙苯的浓度随时间的变化如图1所示。

①实验Ⅰ乙苯在0~50 min时的反应速率为。?

②实验Ⅱ可能改变的条件是。?

③图2是实验Ⅰ中苯乙烯体积分数V%随时间t的变化曲线,请在图2中补画实验Ⅲ中苯乙烯体积分数V%随时间t的变化曲线。

(3)若实验Ⅰ中将乙苯的起始浓度改为1.2 mol·L-1,其他条件不变,乙苯的转化率将(填“增大”“减小”或“不变”),计算此时平衡常数为。?

【解析】 (1)B选项,因为是绝热容器,化学平衡发生移动,体系温度改变,平衡常数也改变,所以平衡常数不再随时间的改变而改变,一定是化学平衡状态;(2)②实验Ⅱ比Ⅰ化学反应速率快,但平衡状态相同,只能是加入催化剂;③实验Ⅲ化学反应速率加快,平衡时乙苯的浓度增大,苯乙烯的百分含量减小;(3)只改变浓度,所以平衡常数与实验Ⅰ相同,K==0.225。

2.某温度下反应2A(g)?B(g)+C(g)△H<0的平衡常数K=4.此温度下,在1L的密闭容器中加入A,反应到某时刻测得A、B、C的物质的量浓度(mol?L?1)分别为:0.4,0.6,0.6,下列说法正确的是()

A. 温度升高,该反应反应速率加快,平衡常数增大

B. 题目所述的某时刻正、逆反应速率的大小为V(正)>V(逆)

C. 经10min反应达到平衡,则该时间内反应速率v(A)为0.064mol/(L?min)

D. 平衡时,再加入与起始等量的A,达新平衡后A的转化率增大

【答案】B

【解析】A.升温,速率加快;该反应是放热反应,升温平衡向吸热方向移动,即逆方向移动,平衡常数K减小,故A错误;

B.此时Qc=生成物浓度幂之积反应物浓度幂之积=0.6×0.60.42=2.25<K=4,则此时未达平衡,向正方向进行,正方向速率占优势,则V(正)>V(逆),故B正确;

C.由题中数据可知A的起起始浓度为1.6amol/l,设平衡时,A的浓度为amol/l,

2A(g) B(g)+ C(g)

起始浓度(mol/l):1.6 0 0

变化浓度(mol/l):1.6 a (1.6 a)/2 (1.6 a)/2

平衡浓度(mol/l):a (1.6 a )/2? (1.6 a )/2

根据K=平衡时生成物浓度幂之积平衡时反应物浓度幂之积=1.6?a2×1.6 a2a2=4,解得a=0.32,则A变化浓度为(1.6 0.32)mol/l,所以v(A)=△c△t=(1.6?0.32)mol/L10min=0.128mol/L,故C错误;D.平衡时,再加入与起始等量的A,达到新的平衡时,与一次性加入2倍的A属于等效平衡,在相同条件下,取2个相同的1L容器,分别加入等量的A,一段时间后,都达到化学平衡状态,这两个平衡完全等效,再压缩成1L,对于反应2A(g)?B(g)+C(g),前后体积不变,则平衡不移动,所以A的转化率不变,故D错误;故选:B。

五、课后作业

【基础】

1.恒温下,容积均为2 L的密闭容器M、N中,分别有以下两种起始投料建立的可逆反应3A(g)+2B(g)2C(g)+xD(s)的化学平衡状态,相关数据如下:M:3 mol A、2 mol B,2 min达到平衡,生成D 1.2 mol,测得从反应开始到平衡C的速率为0.3 mol·L-1·min-1;N:2 mol C、y mol D,达到平衡时c(A)=0.6 mol·L-1。下列结论中不正确的是( )

A.x=2

B.平衡时M中c(A)=0.6 mol·L-1

C.y

D.M中B的转化率与N中C的转化率之和为1

2.将水煤气转化成合成气,然后合成各种油品和石化产品是化工的极为重要的领域。除去水蒸气后的水煤气主要含H2、CO、CO2及少量的H2S、CH4,继续除去H2S后,可采用催化或非催化转化技术,将CH4转化成CO,得到CO、CO2和H2的混合气体,是理想的合成甲醇原料气。

(1)制水煤气的主要化学反应方程式为:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),此反应是吸热反应。

①此反应的化学平衡常数表达式为 。

②下列能增大碳的转化率的措施是 。

A.加入C(s) B.加入H2O(g)

C.升高温度 D.增大压强

(2)将CH4转化成CO,工业上常采用催化转化技术,其反应原理为:CH4(g)+3/2O2(g) CO(g)+2H2O(g) ΔH=-519 kJ/mol。工业上要选择合适的催化剂,分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件相同)

①X在750℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;

②Y在600℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;

③Z在440℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍;

已知根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是 (填“X”、“Y”或“Z”),选择的理由是 。

3.(1)一定温度下,在恒容密闭容器中NO2与O2反应如下:4NO2(g)+O2(g) 2N2O5(g);

若已知K350℃

反应达平衡后,若再通入一定量NO2,则平衡常数K将______,NO2的转化率 (填“增大”、“减小”或“不变”)

(2)若初始时在恒容密闭容器中加入N2O5,下表为N2O5分解反应在一定温度下不同时间测得N2O5浓度的部分实验数据:

t/s

500

1000

c(N2O5)/mol·L-1

5.00

3.52

2.48

①写出该反应的平衡常数表达式:K= 。

②1000 s内N2O5的分解速率为 。

③若每有1molN2O5分解,放出或吸收QkJ的热量,写出该分解反应的热化学方程式 。

【巩固】

1.某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)分解反应平衡常数和水解反应速率的测定。

将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)

实验测得不同温度下的平衡数据列于下表:

MicrosoftInternetExplorer402DocumentNotSpecified7.8 磅Normal0

温度/℃

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

平衡总压强/kPa

5.7

8.3

12.0

17.1

24.0

平衡气体总浓度/mol·L-1

2.4×10-3

3.4×10-3

4.8×10-3

6.8×10-3

9.4×10-3

(1)可以判断该分解反应已经达到平衡的是________(填字母序号)。

A.2v(NH3)=v(CO2)

B.密闭容器中总压强不变

C.密闭容器中混合气体的密度不变

D.密闭容器中氨气的体积分数不变

(2)根据表中数据,列式计算25.0 ℃时的分解平衡常数:____________。

(3)取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中,在25.0 ℃下达到分解平衡。若在恒温下压缩容器体积,氨基甲酸铵固体的质量将________(填“增加”、“减少”或“不变”)。

(4)氨基甲酸铵分解反应的焓变ΔH___0(填“>”、“=”或“

2.利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化如下图所示。

(1)在0~30小时内,CH4的平均生成速率vⅠ、vⅡ、vⅢ从大到小的顺序为__________;反应开始后的12小时内,在第____________种催化剂作用下,收集的CH4最多。

(2)将所得CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器,发生反应:CH4(g)+H2O(g)??CO(g)+3H2(g)。该反应ΔH=+206 kJ·mol-1。

①在下列坐标图中,画出反应过程中体系能量变化图(进行必要标注)。

②将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1 L恒容密闭反应器,某温度下反应达平衡,平衡常数K=27,此时测得CO的物质的量为0.10 mol,求CH4的平衡转化率(计算结果保留两位有效数字)。

(3)已知:CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-802 kJ·mol-1

写出由CO2生成CO的热化学方程式:_______________________________________。

3.氨在国民生产中占有重要的地位。工业合成氨的反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

△H=-92.4KJ/mol.请回答下列问题:

(1)表明合成氨反应处于平衡状态的是 (填字母)

a.2v正(NH3)>3v逆(H2) b.c(N2)=c(H2)>c(NH3)

c.单位时间内有3molH-H键断裂,同时有6molN-H键断裂

d.恒温恒容时,容器内压强不变

e.恒温恒容时,容器内混合气体的弥补不变

(2)在一定条件下的密闭容器中,该反应达到平衡,既要加快反应速率,又要提高H2的转化率,可以采取的措施有 (填字母)

a.升高温度 b.分离出液态氨气 c.增加N2浓度 d.增加H2浓度

(3)已知在400℃时,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数K=0.5,则NH3(g) N2(g)+3H2(g)的平衡常数表达式为K= ,数值为 。

(4)有两个密闭容器A和B,A容器保持恒容,B容器爆出恒压,起始时向容积相等的A、B中分别通入等量的NH3气体,均发生反应:2NH3(g)3H2(g)+N2(g)。则:

①达到平衡所需的时间:t(A)???t(B),平衡时,NH3的转化率:a(A)????a(B) (填“>”、“=”或“

②达到平衡后,在两容器中分别通入等量的氦气。A中平衡向??? 移动,B中平衡向??? 移动。(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”、“不”)。

(5)在三个相同容器中各充入1molN2和3molH2,在不同条件下反应并达到平衡,氨的体积分数[Ψ(NH3)]随时间变化的曲线如图所示.下列说法中正确的是_____(填字母,下同).

a.图Ⅰ可能是不同压强对反应的影响,且p2>p1

b. 图Ⅱ可能是同温同压下不同催化剂对反应的影响,且催化剂性能1>2

c.图Ⅲ可能是不同温度对反应的影响,且T1>T2

【提高】

1. 运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO2等污染物有重要意义。

(1)用CO可以合成甲醇。已知:

①CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-764.5?kJ·mol-1

②CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=-283.0?kJ·mol-1

③H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8?kJ·mol-1

则CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g) ΔH=________kJ·mol-1

下列措施中能够增大上述合成甲醇反应的反应速率的是________(填写序号).

a.使用高效催化剂?? b.降低反应温度

c.增大体系压强?? d.不断将CH3OH从反应混合物中分离出来

(2)在一定压强下,容积为V?L的容器中充入a?mol?CO与2a?mol?H2,在催化剂作用下反应生成甲醇,平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。

①p1________p2(填“大于”、“小于”或“等于”);

②100?℃时,该反应的化学平衡常数K=_______;

③100℃时,达到平衡后,保持压强P1不变的情况下,向容器中通入CO、H2号 CH3OH各0.5amol,则平衡 (填“向右”、“向左”或“不”移动)

④在其它条件不变的情况下,再增加a?mol?CO和2a?molH2,达到新平衡时,CO的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(4)在容积均为1L的密闭容器(a、b、c、d、e)中,分别充入1molCO和2molH2等量混合气体,在不同的温度下(温度分别为T1、T2、T3、T4、T5),经相同的时间,在t时刻,测得容器甲醇的体积分数如图所示。在T1-T2及T4-T5两个温度区间,容器内甲醇的体积分数的变化趋势如图所示,其原因是 。

2.合理应用和处理氮的化合物,在生产生活中有重要意义。

(1)氧化—还原法消除氮氧化物的转化如下:

①反应Ⅰ为:NO+O3=NO2+O2,生成11.2 L O2(标准状况)时,转移电子的物质的量是 mol。

②反应Ⅱ中,当n(NO2)∶n[CO(NH2)2]=3∶2时,反应的化学方程式是_____。

(2)硝化法是一种古老的生产硫酸的方法,同时实现了氮氧化物的循环转化,主要反应为:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) △H=-41.8 kJ·mol-1

已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H=-196.6 kJ·mol-1,写出NO和O2反应生成NO2的热化学方程式 。

(3)尿素[CO(NH2)2]是一种高效化肥,也是一种化工原料。

①以尿素为原料一定条件下发生反应:CO(NH2)2 (s) + H2O(l)2 NH3(g)+CO2(g) △H = +133.6 kJ/mol。该反应的化学平衡常数的表达式K= 。关于该反应的下列说法正确的是 (填序号)。

a. 从反应开始到平衡时容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变

b. 在平衡体系中增加水的用量可使该反应的平衡常数增大

c. 降低温度使尿素的转化率增大

②密闭容器中以等物质的量的NH3和CO2为原料,在120 ℃、催化剂作用下反应生成尿素:CO2(g) +2NH3(g)CO (NH2)2 (s) +H2O(g),混合气体中NH3的物质的量百分含量(NH3)%随时间变化关系如图所示。则a点的正反应速率V(正)(CO2) b点的逆反应速率V(逆)(CO2)(填“>”、“=”或“

3.甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便,是一种重要的化工原料,有着重要的用途和应用前景。工业生产甲醇的常用方法是:CO(g)+2H2(g) ?CH3OH(g)?△H=-90.8?kJ·mol-1

(1)已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O (l)?△H=-571.6?kJ·mol-1???

H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)????△H=-241.8 kJ·mol-1?????

?则CH3OH(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g)的反应热△H=???????kJ·mol-1。?

(2)将1.0molCH4和2.0molH2O(g)通入容积为100L的反应室,在一定条件下发生反应:CH4(g)+ H2O(g)=CO(g)+3H2(g),测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如右图。?

①假设100?℃时达到平衡所需的时间为5?min,则用H2表示该反应的平均反应速率为? ??。

②100℃时反应的平衡常数为? ? 。

(3)工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种:?

①甲醇蒸汽重整法。该法中的一个主要反应为CH3OH(g) ?CO(g)+2H2(g),此反应能自发进行的原因是? 。

②甲醇部分氧化法。在一定温度下以Ag/CeO2—ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性(选择性越大,表示生成的该物质越多)影响关系如图所示。则当n(O2)/n(CH3OH)=0.25时,CH3OH与O2发生的主要反应方程式为??????;?

在制备H2时最好控制n(O2)/n(CH3OH)=?? ?。

【答案】

【基础】1.C 2.(1)①K=c(CO)c(H2)/c(H2O) ②B、C (2)Z 催化剂效率高且活性温度低。

3.(1)放热(1分),不变(1分),变小(1分)

(2)①(2分) ②0.00252 mol·L-1·s-1(2分),

③2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) △H=+2QkJ·mol-1(3分)

【巩固】1.(1)BC

(2)K=c2(NH3)·c(CO2)=

(3)增加 (4)> >

2.(1)vⅢ>vⅡ>vⅠ Ⅱ

(2)

(3)CO2(g)+3H2O(g)CO(g)+2O2(g)+3H2(g) ΔH=+1 008 kJ·mol-1

3.(1)cd (2)c (3)K表达式略 2 (4)①

【提高】1.(1)-90.1 (2)a、c (3)①小于 ②V2/a2 ③向左 ④小增大

(4)T1-T2尚未达到平衡,温度越高化学反应速率越快,相同时间内生成甲醇越多(2分)

T4-T5已经达到平衡状态,温度升高,平衡逆向移动,甲醇体积分数减小(2分)

2.(1)①1 (2分) ②6NO2+4CO(NH2)2=7N2+8H2O+4CO2 (3分)

(2)2NO(g)+O2(g) = 2NO2(g) △H=-113.0 kJ/mol(2分)

(3)①c2(NH3)·c(CO2) (2分) a (2分)

②> (2分) 0.75(2分)

3.(1)-392.8?;?

(2)0.003?mol·L-1·min-1,?2.25×10-4;??

(3)① 该反应是一个熵增的反应?(△S>0),?(1分)

② 0.5(0.5~0.55均给分)

生产生活中的含氮化合物硝酸的性质


第二单元
第3课时硝酸的性质
一、学习目标
1.了解硝酸的物理性质和重要用途;
2.掌握硝酸的化学性质——不稳定性和强氧化性;
3.知道工业上氨氧化法制硝酸的反应原理;
4.通过观察浓、稀硝酸与铜反应的实验,培养观察能力、分析和比较能力;5.介绍波尔巧藏诺贝尔金质奖章的故事,对学生进行爱国主义教育。
二、教学重点及难点
硝酸的特性——不稳定性和氧化性;
氨氧化法制硝酸的反应原理。
三、设计思路
由氮元素存在变价引入硝酸内容的教学,接着介绍硝酸的重要用途,引导学生将理论与生产实际联系起来,激发他们学习理论知识的积极性。硝酸性质的教学按照人们认识新事物的一般过程展开,首先通过简单的观察来认识硝酸的物理性质,在通过实验探究的方式,引导学生发现HNO3的特性——不稳定性和强氧化性。在对稀HNO3与铜的反应进行探究的时候,对教材中的实验进行了一定的改进,在一定程度上可以培养学生的创新意识和解决新问题的能力。最后,向学生简单介绍硝酸的工业制法,再一次将理论与实践相结合,从而整理氮元素及其化合物的转化关系,深化本课以及本单元的内容。
四、教学过程
[引入]试分析下列转变关系中氮元素的化合价变化。
NH3→NO→NO2→HNO3
[过渡]氮元素处于最高价态的硝酸是硝酸型酸雨的有害成分之一,但它在工农业生产中的用途也是非常广泛的。
[板书介绍]一、硝酸的用途:制氮肥、塑料、炸药、硝酸盐等。
[过渡]为了更加科学合理地利用硝酸,我们需要进一步认识它的有关性质。认识一种物质,人们通常从表面入手,不断深入其内部的本质。那我们就先来认识一下硝酸的“表层”性质。
[观察与思考]打开一瓶浓硝酸的瓶盖,闻其气味,观察其挥发现象。
[板书小结]二、硝酸的物理性质。
硝酸是无色、有刺激气味的液体,易溶于水,低沸点(83℃),易挥发。常用硝酸密度为1.503g/cm3,浓度为69%,15.6mol/L。
[过渡]在学习了“表层”性质的基础上,下面我们来深入研究硝酸的“深层”性质。
[板书]三、硝酸化学性质
1.硝酸具有酸的通性:一元强酸HNO3=H++NO3-
[讨论]①久置浓硝酸为什么呈黄色?
[回答]久置硝酸分解产生的NO2溶于溶液中,使得溶液变黄!
[板书]2.硝酸的不稳定性:4HNO3=O2↑+2H2O+4NO2↑
[讨论]②硝酸应如何保存?
硝酸保存在避光、低温处。
[过渡]硝酸中的氮元素化合价处于最高价态,我们可以由此推测它只具有氧化性,事实是否如此呢?下面大家通过实验来探究一下。
[板书](1)硝酸与金属的反应
[实验探究]实验浓、稀硝酸与铜的反应。
[实验计划]①是否能观察到明显实验现象?
②是否有气体生成,如果有,气体是什么颜色。使生成的气体接触空气,气体颜色是否发生变化。
③溶液颜色有什么变化。
[实验探究1]①浓硝酸与铜反应
现象:铜片溶解,常温下反应剧烈;有红棕色的气体产生;溶液由无色变为蓝色。
反应的化学方程式:
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O(注:方程式由学生根据反应现象推测归纳后写出)

[实验探究2]②稀硝酸与铜反应
现象:反应缓慢,铜片溶解;有无色的气体产生,气体接触空气时立即变成红棕色;溶液由无色变为蓝色。
反应的化学方程式:
3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(注:方程式由学生根据反应现象推测归纳后写出)
反应的离子方程式:
3Cu+8H++2NO3—=3Cu2++2NO↑+4H2O
(注:离子方程式由学生当作课堂练习自行写出)
[拓展视野]常温下,浓硝酸使铁、铝发生“钝化”。
Fe+HNO3(浓)→生成致密的氧化膜(钝化)
Al+HNO3(浓)→生成致密的氧化膜(钝化)
[追问]为什么可以用铝槽车装运浓硝酸?
[回答]钝化使金属的化学活动性大大降低,耐腐蚀性大大增强。因此在常温下可以用铝槽车装运浓硝酸。
[板书](2)浓硝酸能与某些非金属反应。
C+4HNO3(浓)=CO2↑+4NO2↑+2H2O
[ppt演示]氧化还原反应方程式的配平过程。
[阅读]教材101页,学习氧化还原反应方程式的配平,分析原理,归纳步骤。
[归纳][板书]硝酸具有强氧化性。(注:教师在学生归纳下面三条性质之后进行板书)
(1)能与大多数金属反应,但一般不生成氢气。
金属与浓硝酸反应一般生成NO2,与稀HNO3反应一般生成NO。
(2)常温下浓硝酸使铁、铝钝化。
(3)浓硝酸能与某些非金属反应。
[拓展视野]王水:浓HNO3和浓HCl(体积比1:3)混合物,能使一些不溶于硝酸的金属如Au、Pt等溶解。
玻尔是丹麦著名的物理学家,曾获得诺贝尔奖。第二次世界大战中,玻尔被迫离开将要被德国占领的祖国。为了表示他一定要返回祖国的决心,他决定将诺贝尔金质奖章溶解在王水里,装于玻璃瓶中,然后将它放在柜面上。后来,纳粹分子窜进玻尔的住宅,那瓶溶有奖章的溶液就在眼皮底下,他们却一无所知。这是一个多么聪明的办法啊!战争结束后,玻尔又从溶液中还原提取出金,并重新铸成奖章。新铸成的奖章显得更加灿烂夺目,因为它凝聚着玻尔对祖国无限的热爱和无穷的智慧。
[发散思维]在稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解,再加入KNO3,发现铜粉溶解,为什么?
3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O
[比较学习]硫酸和硝酸的氧化性规律比较
[过渡]如果我们需要大量硝酸用于各种生产活动,那么如何通过工业方法来制取它的呢?
[板书]四、硝酸的工业制法
[投影]工业上制备硝酸的过程如下:
(1)氨在催化剂的作用下与氧气发生反应,生成一氧化氮;
(2)一氧化氮进一步被氧气氧化成二氧化氮;
(3)用水吸收二氧化氮生成硝酸。
试写出各步反应的化学方程式:
4NH3+5O2=4NO+6H2O
2NO+O2=2NO2
3NO2+H2O=2HNO3+NO
(注:方程式由学生根据反应上述文字过程描述自行写出)
[作业]教材第102页:练习与实践第2、3题。

文章来源:http://m.jab88.com/j/114683.html

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