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第20讲科学探究实验(第1课时)探究物质的成分第四部分

科学探究与化学实验链接课标思维导图复习学案目录CONTENTS010203直击考点真题链接素养提升040506学科实践0701链接课标能结合具体探究活动说明科学探究的要素及各要素之间的关系;能设计简单的实验方案或实践活动方案;能基于事实,分析证据与假设关系,形成结论;能撰写简单的实验报告,并与他人交流和评价探究过程及结果;能正确选取实验试剂和仪器,依据实验方案完成必做实验,并能全面、准确地记录实验过程和现象;能说明必做实验的基本思路与方法,分析实验实施的合理性,能体现严谨求实、敢于质疑的科学态度;能基于必做实验形成的探究思路与方法,结合物质的组成及变化等相关知识,分析解决真实情境中的简单实验问题。知识点过关02思维导图知识点过关03复习学案项目主题:“暖宝宝”的秘密项目背景:在冬季,“暖宝宝”作为一种便捷的取暖产品,已成为许多人抵御寒冷的得力工具。然而,“暖宝宝”的发热原理、内部成分以及如何进行环保回收利用等问题,常常被忽视。本项目将通过任务探究的形式,全面解析“暖宝宝”的科学原理,并探索其环保回收的可能性。任务一:验证“暖宝宝”中铁的存在【资料1】某种品牌暖宝宝的产品参数如图:【资料2】①Fe与Fe3O4都可以被磁铁吸引;②铁粉和活性炭粉末在空气中都能燃烧,并产生火星;③活性炭、盐、蛭石、树脂不与稀硫酸反应产生气体;④活性炭、盐、蛭石、树脂不与硫酸铜溶液反应。试剂或用品原理预期现象

➡活动1:选用合适的试剂和用品,设计实验证明“暖宝宝”的主要原料中是否含有铁粉?请填写你选择的试剂、原理(如采用化学方法,则用化学方程式表示)和预期现象,交流讨论形成方案。2HCl+Fe FeCl2+H2↑或H2SO4+Fe FeSO4+H2↑稀盐酸或稀硫酸有气泡产生,溶液由无色变浅绿色试剂或用品原理预期现象

磁铁无磁铁吸引出黑色物质硫酸铜溶液CuSO4+Fe

FeSO4+Cu有红色物质析出,溶液由蓝色变浅绿色【实验1】依据方案,阅读资料,按要求进行实验。【结论】暖宝宝的主要原料中

(填“含”或“不含”)铁粉。

【小结】物质的检验:一般根据已学知识结合所给资料,利用该物质特有的性质进行检验。含任务二:探究“暖宝宝”发热原理使用时,打开外包装,外界空气通过微孔透气无纺布进入内部,暖宝宝立即开始放出热量。【分析1】袋内使用铁粉而不是铁块的原因是

【实验2】将暖宝宝置于烧瓶中进行图3实验(夹持仪器已略去),采用氧气浓度、温度、湿度传感器收集数据,观察曲线变化(如图4中图A、B、C)。

铁粉能够增大与氧气、水的接触面积,使反应快速放热对比法、控制变量法【分析2】测得烧瓶内的湿度变化如图4中图A,已知暖宝宝中的物质均为固体,瓶内湿度变化情况可能与暖宝宝成分中的

有关。该趋势也可证明此时发生的反应为

反应。随反应不断进行,900s后湿度的变化趋势为

吸水性树脂放热先减小后不变【结论】从收集到的图像分析,暖宝宝发热是因为颗粒微小的铁粉与

发生反应,并

(填“吸收”或“放出”)热量,这一反应与铁生锈原理一致。由于反应消耗

,且

,故还可用于测定空气中氧气的含量。

水氧气放出氧气生成物为固体任务三:探究“暖宝宝”中活性炭和食盐的作用【实验3】探究氯化钠、活性炭及两者共同存在对铁锈蚀速率的影响。设计完成如下4组实验(实验在密闭容器中进行),小组同学记录反应过程中温度的变化。实验编号铁粉/g水/mL活性炭/g氯化钠/g测得10min内温度上升值/℃Ⅰ25000.1Ⅱ25m0.13.1Ⅲ250.2022.0Ⅳ250.20.156.3【解释与结论】(1)对比实验Ⅰ和Ⅱ,可探究氯化钠对铁锈蚀速率的影响,表中m=

(2)为探究活性炭对铁锈蚀速率的影响,应选择的实验组合是

(填编号)。

(3)综合以上4组实验可得出结论:

0Ⅰ和Ⅲ(或Ⅱ和Ⅳ)

其他条件相同时,加入活性炭、氯化钠均能加快铁锈蚀的速率,活性炭和氯化钠共同作用对铁锈蚀速率的加快效果更明显任务四:简易“暖宝宝”的制作与保存➡活动2:简易“暖宝宝”制作流程:1.将活性炭、铁粉全部倒进包装袋内;2.将2mL水、2g氯化钠加入并混合均匀;3.打开温度探测器,插入包装袋内;4.扎紧布袋,用手挤捏。【拓展】化学小组自制了暖宝宝,在相同条件下,用温度传感器分别测定了自制暖宝宝和市售暖宝宝的温度随时间变化如图所示,自制暖宝宝的缺点是

,而市售暖宝宝中蛭石等可解决此问题。

【分析】根据暖宝宝的发热原理,简要说明保存暖宝宝的注意事项及原因:

温度上升过快且最高温度过高(合理即可)隔绝氧气或水,因为铁生锈需要同时与氧气和水接触任务五:“暖宝宝”的回收再利用【讨论】对已使用过的“暖宝宝”进行分析,其中含有哪些物质?哪些物质可回收再利用?可通过哪些转化或分离手段实现其回收再利用?04直击考点考点1混合物成分的探究1.融雪剂又称“化冰盐”,某融雪剂可能由氯化钙、氯化铜、氯化钠中的一种或几种物质组成,兴趣小组围绕融雪剂展开相关的探究活动。(1)了解融雪剂消除积雪的原理。融雪剂溶于水后可

(“降低”或“升高”)混合物的凝固点,从而防止雪水结冰。

降低【解析】(1)融雪剂溶于水后形成盐水,盐水的凝固点比水的凝固点低,因此盐水不易结冰,可以防止雪水结冰;(2)探究融雪剂的组成。【查阅资料】氯化钙溶于水会放热,氯化钠溶于水温度几乎不变。【实验探究】CuCl2

实验序号操作现象结论1取少量融雪剂,加水溶解得无色澄清溶液不含①

(填化学式)实验序号操作现象结论2向上述溶液中滴加碳酸钠溶液出现②

含有CaCl23将等质量的氯化钠固体、融雪剂、氯化钙固体分别溶于等体积的水中,并用温度计测定溶液的温度温度:氯化钠溶液<融雪剂溶液<氯化钙溶液③

(填“含有”或者“不含”)NaCl

白色沉淀含有(2)【实验探究】氯化铜溶于水显蓝色,实验操作1:取少量融雪剂,加水溶解得无色澄清溶液,说明该融雪剂不含氯化铜;氯化钙和碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠;实验操作2:向上述溶液中滴加碳酸钠溶液,出现白色沉淀,说明融雪剂中含有氯化钙;实验操作3:将等质量的氯化钠固体、融雪剂、氯化钙固体分别溶于等体积的水中,并用温度计测定溶液的温度:氯化钠溶液<融雪剂溶液<氯化钙溶液,根据氯化钙溶于水会放热,氯化钠溶于水温度几乎不变,说明该融雪剂中一定还含有氯化钠;【分析与解释】④实验操作2中发生反应的化学方程式是

CaCl2+Na2CO3CaCO3↓+2NaCl【分析与解释】实验操作2中发生的反应为氯化钙与碳酸钠反应生成碳酸钙和氯化钠,化学方程式为CaCl2+Na2CO3CaCO3↓+2NaCl;

(3)探究融雪剂的融冰效率。【实验探究】分别取大小、形状、质量相同的冰块,按①~⑧所示试剂及用量进行实验;90分钟时,测定冰融化所得水的质量。实验记录如下:序号①②③④⑤⑥⑦⑧试剂及用量24%的NaCl溶液/g2468642024%的CaCl2溶液/g00002468水/g64x00000冰融化所得水的质量/g3.576.779.4414.1912.8411.549.979.52【分析与解释】ⅰ.通过实验①~④可探究NaCl溶液的浓度对融冰效率的影响。实验③中,x=

2(3)ⅰ.探究实验采用的是控制变量法,所以加入的试剂总质量要保持一致,即每组实验中加入NaCl溶液、CaCl2溶液和水的总质量要一致;通过表格中的数据可知,每组加入试剂的总量为8g,则实验③中6+x=8,x=2;

ⅱ.得到结论“其他条件相同时,24%的NaCl溶液的融冰效率高于24%的CaCl2溶液的融冰效率”,所依据的两个实验是

(填实验序号)。

④⑧ⅱ.根据控制变量法,实验④中加入24%的NaCl溶液的质量为8g,没有加入CaCl2溶液,此时冰融化所得水的质量为14.19g;实验⑧中,加入24%的CaCl2溶液的质量为8g,没有加入NaCl溶液,此时冰融化所得水的质量为9.52g;实验④和⑧中都没有加水,且两溶液浓度均是24%,所以通过对比实验④和实验⑧,可以得出结论“其他条件相同时,24%的NaCl溶液的融冰效率高于24%的CaCl2溶液的融冰效率”;ⅲ.甲同学依据实验⑤~⑧得到结论“CaCl2溶液的浓度越大,其融冰效率越低”。乙同学不同意他的观点,理由是

⑤~⑧中,NaCl溶液的浓度逐渐减小,也可能会导致融冰效率降低ⅲ.通过①~④得出的结论是:其他条件相同时,NaCl溶液的浓度越大,融冰效率越高。而实验⑤~⑧中,加入NaCl溶液的质量分别为6g、4g、2g、0g,加入CaCl2溶液的质量分别为2g、4g、6g、8g,此时冰融化所得水的质量分别为12.84g、11.54g、9.97g、9.52g,呈降低趋势,出现此现象的原因,也可能是NaCl溶液的浓度逐渐减小。考点2反应后成分的探究2.(2025甘肃兰州)围绕“基于碳中和理念设计低碳行动方案”,积极开展跨学科实践活动。(1)【任务一】从物质的性质和转化角度认识二氧化碳碳排放——大气中的二氧化碳主要来自动植物的呼吸、微生物的分解以及化石能源的燃烧,其中化石能源包括煤、

、天然气。

碳吸收——自然界中的植物和岩石都能吸收二氧化碳。但岩石吸收过程中生成的碳酸氢钙能溶于水,这就使许多地区的地下水成为

(填“硬水”或“软水”)。

石油硬水【解析】(1)化石能源是古代生物遗体沉积形成的一次能源,主要包括煤、石油、天然气;硬水是指含有较多可溶性钙、镁化合物的水。岩石吸收二氧化碳过程中生成的碳酸氢钙能溶于水,使地下水中钙的化合物增多,所以这样的地下水为硬水。(2)【任务二】二氧化碳“捕集”的行动方案碳捕集——二氧化碳的“捕集”可以采用化学吸收法,利用碱性吸收剂与二氧化碳反应。可实现二氧化碳的“捕集与利用”。对“捕集”过程进行如下探究。A中有白色沉淀生成步骤Ⅰ:关闭弹簧夹,向装满二氧化碳的锥形瓶中注入足量氢氧化钠溶液。步骤Ⅱ:一段时间后打开弹簧夹,观察到B中部分液体进入A中,

(填实验现象)。

(2)步骤Ⅱ:A中二氧化碳与氢氧化钠反应(2NaOH+CO2Na2CO3+H2O),使A中压强减小,B中氢氧化钙溶液进入A中,与CO2和NaOH生成的碳酸钠反应生成碳酸钙白色沉淀,即Ca(OH)2+Na2CO3CaCO3↓+2NaOH,所以会观察到A中有白色沉淀生成;[提出问题]实验结束后锥形瓶内溶液的溶质成分是什么?[猜想假设] 猜想一:NaOH

猜想二:NaOH和Ca(OH)2

猜想三:

NaOH和Na2CO3[猜想假设]氢氧化钙与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠,若二者恰好完全反应,则溶质成分是NaOH;若Ca(OH)2过量,则溶质成分是NaOH、Ca(OH)2;若碳酸钠过量,则溶质成分是NaOH、Na2CO3,结合猜想一、二,可知猜想三是NaOH和Na2CO3;实验实验操作实验现象实验结论1取少量反应后的溶液于试管中,向其中加入足量碳酸钠溶液无明显现象猜想二不成立2另取少量反应后的溶液于试管中,向其中加入足量

有气泡产生猜想三成立[实验过程]稀盐酸(合理即可)实验2:若猜想三成立,则溶液中含有NaOH和Na2CO3,碳酸钠与酸反应会生成二氧化碳气体,所以加入足量稀盐酸(或稀硫酸)有气泡产生,说明有Na2CO3;交流讨论①:氢氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠和水,化学方程式为2NaOH+CO2Na2CO3+H2O。[交流讨论]①氢氧化钠溶液“捕集”二氧化碳的化学反应方程式为

②“捕集”二氧化碳的过程中,可循环利用的物质是

2NaOH+CO2Na2CO3+H2O氢氧化钠溶液②在整个“捕集”过程中,开始时氢氧化钠溶液用于吸收二氧化碳,后续又可以通过一定方法再生,所以可循环利用的物质是氢氧化钠溶液。(3)【任务三】低碳行动是人类应对全球变暖的重要措施碳减排——为了贯彻低碳生活理念,你能做到的是

(写一条)。

随手关灯(或多乘坐公共交通工具出行或双面使用纸张等)(3)低碳生活是指在生活中要尽可能减少所消耗的能量,特别是二氧化碳的排放量,低能量、低消耗的生活方式。随手关灯可减少能源消耗;多乘坐公共交通工具出行可减少私家车使用,降低燃料燃烧产生的碳排放;双面使用纸张可减少树木砍伐,增强植物对二氧化碳的吸收等,这些做法都符合低碳生活理念。考点3物质变质成分的探究3.(2025凉山州)化学兴趣小组在实验室发现一瓶敞口放置的氢氧化钠溶液,同学们认为该瓶溶液可能已变质并对其中的成分进行探究。(1)氢氧化钠溶液敞口放置在空气中可能变质的原因是

(用化学方程式表示)。CO2+2NaOHNa2CO3+H2O

【解析】(1)空气中的二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,反应的化学方程式为CO2+2NaOH

Na2CO3+H2O。(2)实验探究:【提出问题】该瓶溶液中含有哪些溶质?【猜想与假设】猜想一:NaOH猜想二:NaOH、Na2CO3猜想三:Na2CO3【查阅资料】Na2CO3溶液呈碱性,CaCl2溶液呈中性。【实验一】A同学取适量该瓶溶液于试管中,加入过量稀盐酸,观察到有无色气泡产生,由此可知猜想

(填“一”“二”或“三”)不成立。

一(2)A同学取适量该瓶溶液于试管中,加入过量稀盐酸,碳酸钠与盐酸反应会生成二氧化碳气体,观察到有无色气泡产生,溶液中含有碳酸钠,由此可知猜想一不成立。【实验二】B、C两位同学在A同学结论的基础上分别重新取该瓶溶液进行实验。

操作现象结论B同学取少量溶液于试管中,滴入无色酚酞溶液溶液变红猜想二成立C同学①取少量溶液于试管中,滴入过量CaCl2溶液②过滤,向滤液中滴入无色酚酞溶液①有白色沉淀生成②滤液不变红猜想三成立两位同学中,结论正确的是

(填“B”或“C”)同学。

CB同学:滴入无色酚酞后溶液变红,说明溶液呈碱性,但NaOH、Na2CO3溶液本身都呈碱性,不能得出结论;C同学:①取少量溶液于试管中,滴入过量CaCl2溶液,碳酸钠与氯化钙反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠,有白色沉淀生成,说明含有Na2CO3;②过滤,向滤液中滴入无色酚酞溶液,滤液不变红,溶液不显碱性,不含氢氧化钠,猜想三成立,故结论正确的是C同学。05真题链接1.(2025深圳)小组同学了解到市面上的洗鼻盐一般由NaCl和另一种含钠元素的盐组成,经查阅资料找到了三种符合要求的盐,并将部分性质或现象整理成下表:物质加水(室温)加热Na2CO3生成溶液无明显现象NaHCO3生成溶液生成二氧化碳2Na2CO3·3H2O2生成溶液和氧气迅速生成氧气,易发生爆炸回答下列问题。(1)某同学不慎将洗鼻盐撒到稀盐酸中,有气泡产生,小组成员决定探究洗鼻盐的成分,经实验证明,产生的气体无色无味,能使澄清石灰水变浑浊。使澄清石灰水变浑浊的化学方程式是

CO2+Ca(OH)2 CaCO3↓+H2O【解析】(1)二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊,二氧化碳能与氢氧化钙反应生成碳酸钙和水,反应的化学方程式为CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O;(2)有同学认为可以先对洗鼻水进行加热,然后再进一步检验,另一位同学认为不合理,理由是

加热可能会发生爆炸(2)结合表中数据,若含有2Na2CO3·3H2O2,加热会迅速生成氧气,易发生爆炸,故不能先对洗鼻水进行加热;【提出问题】洗鼻盐中另一种含钠元素的盐类是什么?【作出猜想】(3) 猜想一:

; 猜想二:NaHCO3;

猜想三:2Na2CO3·3H2O2。

【实验试剂】洗鼻盐、蒸馏水、澄清石灰水。将洗鼻盐加入蒸馏水中,观察到固体完全溶解,

(填现象),证明猜想三不成立。

Na2CO3

溶液中没有气泡产生(或无明显现象)(3)根据题中信息可知,洗鼻盐中除NaCl以外,另一种含钠元素的盐类可能是Na2CO3、NaHCO3、2Na2CO3·3H2O2中的一种,即猜想一为Na2CO3;(4)取洗鼻盐于大试管中,塞上带有玻璃导管的单孔橡胶塞,

(写出实验操作步骤),观察到大试管口出现水雾,澄清石灰水变浑浊,证明猜想二成立。【实验结论】洗鼻盐中另一种含钠元素的盐是NaHCO3。

加热,将气体通入澄清石灰水中(4)碳酸氢钠受热分解产生二氧化碳,若证明猜想二成立,则需证明固体受热分解有二氧化碳生成,故可将导气管通入澄清石灰水中,加热洗鼻水,若澄清石灰水变浑浊,即可证明有二氧化碳生成;【反思】(5)NaHCO3发生分解反应的固体产物为Na2CO3,根据实验现象,可推断反应的化学方程式为

2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O

△(5)碳酸氢钠在加热条件下分解生成碳酸钠、水和二氧化碳,反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O;△【拓展应用】(6)洗鼻盐的保存方法:存放在

处。

(7)洗鼻盐可配制成0.9%NaCl溶液A用于日常鼻腔护理,也可配制成2.6%NaCl溶液B用于减轻鼻黏膜水肿。用1包洗鼻盐配制溶液

(填“A”或“B”)时需加入更多蒸馏水。

阴凉A(6)根据以上实验结论可知,洗鼻盐中含有碳酸氢钠,其受热易分解,故需在阴凉干燥处保存,避免高温或潮湿;(7)设最终配制的盐水质量为m,则盐水A的蒸馏水质量:m-0.009m=0.991m,盐水B的蒸馏水质量:m-0.026m=0.974m,因为0.991m>0.974m,所以配制成A溶液加的蒸馏水多。2.(2023深圳)已知H2与菱铁矿(主要成分为FeCO3,其他成分不参与反应)反应制成纳米铁粉。某小组进行探究并完成如下实验:查阅资料:①H2能与CuO反应生成H2O,H2O能使无水硫酸铜变蓝;②CO2与无水硫酸铜不反应。(1)某同学探究反应后气体成分,先将反应后气体通入无水硫酸铜,无水硫酸铜变蓝,证明气体中含有

,再通入足量的澄清石灰水,澄清石灰水变浑浊,反应的化学方程式为

水(或H2O)CO2+Ca(OH)2 CaCO3↓+H2O【解析】(1)某同学探究反应后气体成分,先将反应后气体通入无水硫酸铜,H2O能使无水硫酸铜变蓝,观察到无水硫酸铜变蓝,证明气体中含有水;再通入足量的澄清石灰水,澄清石灰水变浑浊,该反应是二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水,反应的化学方程式为CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O。(2)对剩余气体成分进行以下猜想:猜想一:H2;猜想二:

;猜想三:CO和H2。

CO图1图2图1中浓硫酸的作用是

除去剩余气体中的水蒸气,防止影响氢气的检验黑色固体变红甲中现象:

;

乙中无水CuSO4变蓝丙中溶液变浑浊猜想

正确

三(2)对剩余气体成分进行以下猜想,根据质量守恒定律,反应前后元素的种类不变,则H2和FeCO3反应后生成的物质除了铁、水、二氧化碳之外,氢气可能过量,H2和FeCO3反应可能生成一氧化碳,则猜想二是CO;将剩余气体通过浓硫酸进行干燥,浓硫酸的作用是除去剩余气体中的水蒸气,防止影响氢气的检验。由乙中无水CuSO4变蓝,丙中溶液变浑浊,说明有水和二氧化碳生成,氢气和氧化铜在加热的条件下生成铜和水,一氧化碳和氧化铜在加热的条件下生成铜和二氧化碳,则甲中现象是黑色固体变红;由此可知剩余气体中有氢气和一氧化碳,所以猜想三正确。(3)热处理后的纳米铁粉能够除去地下水中的磷元素,450℃或者550℃热处理纳米铁粉的除磷率以及pH如图2所示,分析:

℃时以及

(填“酸性”或“碱性”)处理效果更好。

550酸性(3)热处理后的纳米铁粉能够除去地下水中的磷元素,由题图2可知,在550℃时以及酸性条件下处理效果更好。图23.(2021深圳)用如图所示装置进行实验。(1)丙装置的作用是

(2)若乙中澄清石灰水变浑浊,则甲中发生反应的化学方程式为

把一氧化碳转化成二氧化碳,防止污染环境Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2高温【解析】(1)丙装置的作用是把一氧化碳转化成二氧化碳,防止污染环境。(2)若乙中澄清石灰水变浑浊,则甲中高温条件下氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳,发生反应的化学方程式为Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2。高温(3)探究反应后甲中黑色固体成分。已知:Fe3O4不与CuSO4反应。猜想一:黑色固体成分为Fe;猜想二:黑色固体成分为Fe3O4;猜想三:

黑色固体成分为Fe、Fe3O4(3)猜想一:黑色固体成分为Fe;猜想二:黑色固体成分为Fe3O4;猜想三:黑色固体成分为Fe、Fe3O4。步骤一:加热/s通入CO/s样品9030A9090B18090C步骤二:向样品A、B、C中分别加入足量CuSO4溶液。样品现象结论A无明显现象

正确

B有红色固体析出,有少量黑色固体剩余

正确

C

,无黑色固体剩余

正确

若通入CO时间为90s,要得到纯铁粉,则加热时间为

s。

猜想二猜想三有红色固体析出猜想一180步骤二:样品现象结论A无明显现象,说明黑色固体是四氧化三铁猜想二正确B有红色固体析出,有少量黑色固体剩余,说明固体中含有铁和四氧化三铁猜想三正确C有红色固体析出,无黑色固体剩余猜想一正确若通入CO时间为90s,要得到纯铁粉,则加热时间为180s,因为加热时间是180s时,氧化铁完全转化成铁。06素养提升(2025宝安区二模)在高锰酸钾制取氧气实验中,某兴趣小组同学不小心将点燃的酒精灯移至试管中部,发现“试管内有火星,并出现大量黑烟”这一异常现象。为此,该小组同学开展了以下探究。【问题】黑烟是什么?【资料】Ⅰ.高锰酸钾能溶于水,溶液显紫色;二氧化锰、炭粉难溶于水。Ⅱ.棉花的着火点为210℃,高锰酸钾分解温度为220℃以上。(1)高锰酸钾制取氧气的化学方程式为

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