
1.通過(guò)查閱資料、閱讀思考,能舉出化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)例,辨識(shí)簡(jiǎn)單原電池的正負(fù)極及正負(fù)極上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)類型。 2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究、討論交流,知道原電池概念及原電池工作原理是利用氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,知道構(gòu)成原電池的條件。 3.通過(guò)觀察現(xiàn)象、原理分析,會(huì)判斷原電池的正極、負(fù)極,能正確書寫簡(jiǎn)單原電池的電極反應(yīng)式,了解常見的化學(xué)電源,感受化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的奇妙。
電能是現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用最廣泛,使用最方便、污染最小的一種二次能源,又稱電力。
任務(wù)一、探究化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化
學(xué)生活動(dòng)1:閱讀教材P36頁(yè)內(nèi)容,思考生活中人們使用的電能來(lái)自于哪里?火力發(fā)電中化學(xué)能是如何轉(zhuǎn)化為電能的?有何優(yōu)缺點(diǎn)?
①我國(guó)目前電能主要來(lái)自火力發(fā)電,其次來(lái)自水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、核能、水力發(fā)電、生物質(zhì)能等。近幾年中國(guó)發(fā)電總量構(gòu)成對(duì)比:
結(jié)論:近階段,火電仍是中國(guó)發(fā)電的主要組成
②火力發(fā)電的原理是化學(xué)能經(jīng)過(guò)一系列能量轉(zhuǎn)化過(guò)程,間接轉(zhuǎn)化為電能:
③優(yōu)點(diǎn):煤炭資源豐富,廉價(jià)方便。缺點(diǎn):煤炭是不可再生資源,會(huì)造成能源危機(jī);煤炭燃燒會(huì)產(chǎn)生污染性氣體;轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多,能量損耗大,能量的利用率低
學(xué)生活動(dòng)2:根據(jù)教材P36頁(yè)【實(shí)驗(yàn)6-3】,完成實(shí)驗(yàn),觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,分析實(shí)驗(yàn)原理,填寫表格內(nèi)容:
反應(yīng)一段時(shí)間后,燒杯外壁微熱
與金屬活動(dòng)性順序有關(guān):鋅與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣且放熱:Zn+2H+= Zn2++ H2↑,而銅不反應(yīng)。
電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),說(shuō)明導(dǎo)線中有電流產(chǎn)生,整個(gè)過(guò)程中化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。
表面有少量(或幾乎沒(méi)有)氣泡產(chǎn)生
且產(chǎn)生氣泡的速率比實(shí)驗(yàn)一快。
可能因鋅比銅更容易失電子,且鋅失去的電子通過(guò)導(dǎo)線移動(dòng)到銅片上,溶液中的H+再得到電子生成了H2:2H++e-=H2↑
電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
學(xué)生活動(dòng)3:結(jié)合【實(shí)驗(yàn)6-3】,以銅-鋅-稀硫酸原電池為例,思考什么是原電池?有何特點(diǎn)?你認(rèn)為構(gòu)成原電池的條件是什么?并填寫表格內(nèi)容?
總反應(yīng):Zn+2H2SO4 == Zn2SO4+ H2↑
利用氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置叫原電池
①具有活潑性不同的兩個(gè)電極;②兩電極插入電解質(zhì)溶液中;③形成閉合回路;④能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)
Zn-2e-===Zn2+
2H++2e-===H2↑
電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極
自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)
Zn+2H+===Zn2++H2↑
【典例1】下列敘述不正確的是( ) A.用天然氣火力發(fā)電時(shí),每一步都需要化學(xué)反應(yīng)來(lái)完成 B.利用太陽(yáng)能等清潔能源代替化石燃料,有利于節(jié)約資源,保護(hù)環(huán)境 C.原電池反應(yīng)一定為氧化還原反應(yīng) D.在火力發(fā)電時(shí),化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的過(guò)程實(shí)際上是氧化還原反應(yīng) 發(fā)
生的過(guò)程,伴隨著能量的變化
【解析】火力發(fā)電的過(guò)程包括,化學(xué)能→熱能→機(jī)械能→電能,后兩個(gè)階段都未發(fā)生化學(xué)變化,A項(xiàng)錯(cuò)誤;利用太陽(yáng)能等清潔能源代替化石燃料,有利于節(jié)約資源,保護(hù)環(huán)境,B項(xiàng)正確;原電池的反應(yīng)原理為氧化還原反應(yīng),所以原電池反應(yīng)一定為氧化還原反應(yīng),C項(xiàng)正確;在火力發(fā)電時(shí),化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的過(guò)程實(shí)際上是氧化還原反應(yīng)發(fā)生的過(guò)程,伴隨著能量的變化,D項(xiàng)正確;答案選A。
【典例2】下列各裝置能構(gòu)成原電池的是 ( )
【解析】A項(xiàng)中兩電極相同,A項(xiàng)錯(cuò)誤;C項(xiàng)中蔗糖溶液是非電解質(zhì)溶液,C項(xiàng)錯(cuò)誤;D項(xiàng)中兩燒杯中溶液是分開的,沒(méi)有形成閉合回路,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
任務(wù)二、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池
學(xué)生活動(dòng)1:結(jié)合教材P37頁(yè)“探究”內(nèi)容,完成教材三個(gè)實(shí)驗(yàn),并回答“問(wèn)題核討論”的三個(gè)問(wèn)題。
①水果的作用是提供電解質(zhì)溶液。
②電極材料一般選擇兩種活性不同的金屬電極,也可以一個(gè)電極選擇活潑金屬,另一個(gè)電極選擇石墨。
③電池不可或缺的構(gòu)成部分:a.有兩種活潑性不同的金屬(或活潑金屬核石墨)作電極;b.電極材料均需插入電解質(zhì)溶液中;c.兩級(jí)相連形成閉合回路。
【溫馨提示】原電池的設(shè)計(jì)方法:①找—找一個(gè)能夠自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),只有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)才能被設(shè)計(jì)成原電池;
②拆—將氧化還原反應(yīng)拆分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng),分別作為負(fù)極和正極的電極反應(yīng),還原劑-ne-===氧化產(chǎn)物(負(fù)極電極反應(yīng)),氧化劑+ne-===還原產(chǎn)物(正極電極反應(yīng));③定—根據(jù)氧化還原反應(yīng)中的還原劑和氧化劑確定原電池的負(fù)極和電解質(zhì)溶液,正極一般選擇比負(fù)極活潑性差的金屬或能導(dǎo)電的非金屬。④畫—連接電路形成閉合回路,畫出原電池示意圖。
學(xué)生活動(dòng)2:歸納小結(jié):請(qǐng)畫出原電池的工作原理示意圖,思考如何判斷原電池的正負(fù)極?
【溫馨提示】①反應(yīng)類型是負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),正極發(fā)生還原反應(yīng);②電子的 移動(dòng)方向是從負(fù)極流出,經(jīng)導(dǎo)線流向正極(電子不下水);③離子的移動(dòng)方 向是陽(yáng)離子向正極移動(dòng),陰離子向負(fù)極移動(dòng)(離子不上岸)。
②原電池正、負(fù)極的判斷方法:
【溫馨提示】一般是較活潑金屬作負(fù) 極,較不活潑金屬作正極,但也要注 意電解質(zhì)溶液的性質(zhì)。 ①鎂鋁用導(dǎo)線連接插入稀硫酸中,鎂
作負(fù)極,鋁作正極;若電解質(zhì)是氫氧 化鈉,則鎂作正極,鋁作負(fù)極。 ②銅鋁用導(dǎo)線連接插入稀硫酸中, 鋁作負(fù)極,銅作正極;若插入濃 硝酸中,鋁作正極,銅作負(fù)極
【典例1】某實(shí)驗(yàn)小組為研究鐵的腐蝕與防護(hù),設(shè)計(jì)如圖所示的實(shí)驗(yàn) 裝置。下列說(shuō)法正確的是( ) A.圖1:a點(diǎn)的電極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+ B.圖1:b點(diǎn)溶液變紅 C.圖2:若d為錫,則為犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法 D.圖2:若d為石墨,兩個(gè)實(shí)驗(yàn)均為鐵的吸氧腐蝕
【解析】A.a(chǎn)點(diǎn)氧氣得電子產(chǎn)生OH-,電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O==4OH-,A錯(cuò)誤;B.a(chǎn)點(diǎn)產(chǎn)生OH-,能使酚酞變紅,B錯(cuò)誤;C.錫活潑性位于鐵之后,鐵作負(fù)極失電子,并沒(méi)有被保護(hù),C錯(cuò)誤;D.兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的電解質(zhì)溶液均為中性,正負(fù)極材料相同,均發(fā)生鐵的吸氧腐蝕,D正確;故選D。
【典例2】下列有關(guān)原電池的說(shuō)法正確的是( ) A.將反應(yīng)2Fe3++Fe=3Fe2+設(shè)計(jì)為原電池,則可用Zn為負(fù)極,F(xiàn)e 為正極,F(xiàn)eCl3為電解質(zhì) B.銅片和鋁片用導(dǎo)線連接后插入濃硝酸中,銅作負(fù)極 C.銅鋅原電池工作時(shí),電子沿外電路從銅電極流向鋅電極 D.鋁片和鎂片用導(dǎo)線連接后插入NaOH溶液中,Mg較活潑作負(fù)極
【解析】A.Fe作負(fù)極,活潑性比Fe弱的作正極,所以不能用Zn作負(fù)極,A項(xiàng)錯(cuò)誤;B.Al遇到濃硝酸會(huì)鈍化,Cu與濃硝酸反應(yīng),Cu作負(fù)極,B項(xiàng)正確;C.電子由負(fù)極(鋅)流向正極(銅),C項(xiàng)錯(cuò)誤;D.由Al、Mg、NaOH組成的原電池,Al作負(fù)極失電子生成AlO2-,D項(xiàng)錯(cuò)誤;答案選B。
任務(wù)一、認(rèn)識(shí)幾種常見的化學(xué)電源
學(xué)生活動(dòng)1:閱讀思考:閱讀教材P38頁(yè)內(nèi)容,思考一次電池、二次電池、燃料電池的概念和特點(diǎn)分別是什么?并完成表格內(nèi)容。
電池放電后不能充電(內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)無(wú)法逆向進(jìn)行)
放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),在充電時(shí)可以逆向進(jìn)行,使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)
①反應(yīng)物儲(chǔ)存在電池外部;②能量轉(zhuǎn)換效率高、清潔、安全;③供電量易于調(diào)節(jié)。
普通的鋅錳電池、堿性鋅錳電池、銀鋅電池等
鉛酸蓄電池、鋰電池、鎳氫電池
氫氧燃料電池、CH4燃料電池、CH3OH燃料電池等
學(xué)生活動(dòng)2:討論思考原電池原理在化學(xué)上有哪些應(yīng)用?
①比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱:一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑;一般原電池中,活潑金屬作負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),不活潑金屬作正極,發(fā)生還原反應(yīng)。
②金屬的防護(hù):使被保護(hù)的金屬制品作原電池正極而得到保護(hù)。
③設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源:將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
④加快化學(xué)反應(yīng)速率:自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),形成原電池時(shí)會(huì)使反應(yīng)速率加快。原電池中,氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行,使溶液中離子運(yùn)動(dòng)時(shí)相互的干擾減小,使反應(yīng)速率增大
【典例1】化學(xué)電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。下列說(shuō) 法錯(cuò)誤的是( )
A.圖甲:通入O2的一極為正極B.圖乙:鋅錳干電池屬于一次電池C.圖乙:在使用鋅錳干電池的過(guò)程中,MnO2被還原D.圖丙:正極的電極反應(yīng)式為PbO2-2e- +SO42-+4H+==PbSO4+2H2O
【解析】A.氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng),所在電極為正極,故A正確; B.鋅錳干電池不能充電操作,屬于一次電池,故B正確;C.在使用鋅錳干電池的過(guò)程中,MnO2得到電子被還原,故C正確;D.鉛蓄電池正極的電極反應(yīng)式為PbO2+2e- +SO42-+4H+==PbSO4+2H2O ,故D錯(cuò)誤;故選D。
【典例2】把A、B、C、D四塊金屬泡在稀H2SO4中,用導(dǎo)線兩兩相連 可以組成各種原電池。若A、B相連時(shí),A為負(fù)極;C、D相連時(shí),D上 有氣泡逸出;A、C相連時(shí),A極減輕;B、D相連時(shí),B為正極。則四 種金屬的活潑性順序由大到小排列為( ) A.A>C>D>B B.A>C>B>D C.B>D>C>A D.A>B>C>D
【解析】A、B相連時(shí),A為負(fù)極,則說(shuō)明A與B相比較,A更加活潑;C、D相連,D上有氣泡逸出,則C為電源的負(fù)極,C比D活潑;A、C相連時(shí),A極減輕,A參與了電極反應(yīng),被消耗,應(yīng)是活潑金屬;B、D相連,B為正極,則D是活潑金屬,作電源的負(fù)極。故有A>C>D>B。
任務(wù)二、探究發(fā)展中的燃料電池
學(xué)生活動(dòng)1:結(jié)合教材P39頁(yè)“科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)—發(fā)展中的燃料電池”內(nèi)容,思考燃料電池的概念是什么?有何優(yōu)點(diǎn)?
①概念:將燃料(如氫氣、甲烷、乙醇)和氧化劑(如氧氣)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)反應(yīng)裝置。
②優(yōu)點(diǎn):a.清潔、安全、高效;b.反應(yīng)物不是儲(chǔ)存在電池內(nèi)部,而是由外部提供;c.供電量易于調(diào)節(jié),能適應(yīng)用電器負(fù)載的變化,且充電時(shí)間較短。
學(xué)生活動(dòng)2:討論交流:以氫氧燃料電池和甲烷燃料電池為例,思考如何書寫電極反應(yīng)式?
①氫氧燃料電池在不同的介質(zhì)中的總反應(yīng)式相同,均為2H2+O2==2H2O。但正、負(fù)極反應(yīng)式與電解質(zhì)溶液有關(guān),正、負(fù)極反應(yīng)式歸納如下:
H2-2e-===2H+
H2-2e-+2OH-===2H2O
O2+4H++4e-===2H2O
O2+2H2O+4e-===4OH-
②甲烷燃料電池在不同的介質(zhì)中的總反應(yīng)式不相同,在酸性條件下,總反應(yīng)為CH4+2O2===CO2+2H2O;在堿性條件下,總反應(yīng)為CH4+2O2+2OH-===CO32-+3H2O。在不同電解質(zhì)中正負(fù)極反應(yīng)式歸納如下:
CH4-8e-+2H2O== CO2+8H+
CH4-8e-+10OH-== CO32-+7H2O
2O2+8e-+8H+==4H2O
2O2+8e-+4H2O==8OH-
③原電池電極反應(yīng)式的書寫步驟:
a.列物質(zhì),標(biāo)得失:按照負(fù)極氧化反應(yīng),正極還原反應(yīng),判斷電極反應(yīng)物、生成物,標(biāo)出電子得失。b看環(huán)境,配守恒:電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中應(yīng)能穩(wěn)定存在,如酸性介質(zhì)中,OH-不能存在,應(yīng)生成水;堿性介質(zhì)中,H+不能存在,應(yīng)生成水;電極反應(yīng)式同樣要遵循電荷守恒、原子守恒、得失電子守恒。c.兩式加,驗(yàn)總式:正負(fù)極反應(yīng)式相加,與總反應(yīng)離子方程式驗(yàn)證。
【溫馨提示】若某電極反應(yīng)式較難寫出時(shí),可先寫出較易寫的電極反應(yīng)式,然 后根據(jù)得失電子守恒,用總反應(yīng)式減去較易寫的電極反應(yīng)式,即可得出較難寫 的電極反應(yīng)式。
【典例1】可用于電動(dòng)汽車的鋁-空氣燃料電池,通常以NaCl溶液或 NaOH溶液為電解液,鋁合金為負(fù)極,空氣電極為正極。下列說(shuō)法正 確的是 ( ) A.以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時(shí),正極反應(yīng)都為: O2+2H2O+4e-==4OH- B.以NaOH溶液為電解液時(shí),負(fù)極反應(yīng)為: Al+3OH--3e-==Al(OH)3↓ C.以NaOH溶液為電解液時(shí),電池在工作過(guò)程中電解液的堿性保持 不變 D.電池工作時(shí),電子通過(guò)外電路從正極流向負(fù)極
【解析】當(dāng)電解質(zhì)溶液顯堿性或中性時(shí),該燃料電池的正極發(fā)生的反應(yīng)均為O2+2H2O+4e-===4OH-,A項(xiàng)是正確的;鋁作負(fù)極,負(fù)極反應(yīng)應(yīng)該是鋁失去電子變?yōu)殇X離子,在氫氧化鈉的溶液中鋁離子繼續(xù)與過(guò)量的堿反應(yīng)生成偏鋁酸根,因此負(fù)極反應(yīng)為Al+4OH--3e-===AlO2-+2H2O,B項(xiàng)是錯(cuò)誤的;該電池在堿性條件下工作時(shí),消耗了堿,反應(yīng)方程式為4Al+3O2+4OH-===4AlO2-+2H2O,溶液的堿性減弱,C項(xiàng)是錯(cuò)誤的;電池工作時(shí),電子從負(fù)極流出來(lái)經(jīng)過(guò)外電路流向正極,D項(xiàng)是錯(cuò)誤的。
【典例2】下圖為氫氧燃料電池原理示意圖,按照此圖的提示,下列敘 述不正確的是( ) A.b電極是正極 B.總反應(yīng)方程式為2H2+O2==2H2O C.a(chǎn)電極每消耗2.24LH2,轉(zhuǎn)移電子0.2ml D.氫氧燃料電池是一種具有廣泛應(yīng)用前景的綠色電源
【解析】 b電極通入氧氣,氧氣得到電子,因此是正極,A正確;總反應(yīng)方程式就是氫氣燃燒的方程式,為2H2+O2=2H2O,B正確; a電極電極方程式:H2-2e-+2OH-=2H2O,標(biāo)況下每消耗2.24LH2即0.1ml,轉(zhuǎn)移電子0.2ml,但是沒(méi)有說(shuō)明氣體所處條件,C錯(cuò)誤;氫氧燃料電池的生成物是水,沒(méi)有污染,因此是一種具有廣泛應(yīng)用前景的綠色電源,D正確;答案選C。
1.下列有關(guān)原電池的說(shuō)法中正確的是( )A.在外電路中,電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極B.在內(nèi)電路中,電子由正極經(jīng)電解質(zhì)溶液流向負(fù)極C.原電池工作時(shí),正極表面一定有氣泡產(chǎn)生D.原電池工作時(shí),一定不會(huì)伴隨著熱能變化
【解析】A.外電路中電子由負(fù)極流向正極,A正確,B.在內(nèi)電路中,是陰、陽(yáng)離子移動(dòng),B錯(cuò)誤;C.原電池工作時(shí),正極上一般是溶液中的陽(yáng)離子得電子,則正極表面可能有氣泡產(chǎn)生,也可能生成金屬單質(zhì),C錯(cuò)誤;D.原電池工作時(shí),化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,同時(shí)可能會(huì)伴隨著熱能變化,D錯(cuò)誤。故選A。
2.某同學(xué)根據(jù)化學(xué)反應(yīng),并利用實(shí)驗(yàn)室材料制作原電池。下列關(guān)于該原電池組成的說(shuō)法正確的是( )
A.A B.B C.C D.D
【解析】根據(jù)反應(yīng)Fe+2Fe3+=3Fe2+,可知該原電池中Fe為負(fù)極,反應(yīng)過(guò)程中Fe3+在正極得電子生成Fe2+,故正極區(qū)Fe3+的濃度降低,由電池反應(yīng)可知電解液為含F(xiàn)e3+的溶液,綜上所述A選項(xiàng)符合。
3.有a、b、c、d四種金屬。將a與b用導(dǎo)線連接起來(lái),浸入電解質(zhì)溶液中,a不斷腐蝕;將a、d分別投入同濃度的鹽酸中,d比a反應(yīng)劇烈;將銅浸入b的鹽溶液中,無(wú)明顯變化;如果把銅浸入c的鹽溶液里,有金屬c析出。根據(jù)以上現(xiàn)象判斷,它們的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是( )A.d c a b B.d a b c C.d b a c D.b a d c
【解析】將 a 與 b 用導(dǎo)線連接起來(lái),浸入電解質(zhì)溶液中,a 不斷腐蝕,說(shuō)明b是正極,因此活潑性是a>b;將 a、d 分別投入等濃度鹽酸中,d比 a 反應(yīng)劇烈,說(shuō)明金屬活動(dòng)性d>a;活潑的金屬可以將不活潑的金屬?gòu)钠潲}溶液中置換出來(lái),所以活潑性是b>c,綜合以上可知活動(dòng)性由強(qiáng)到弱順序是:d>a>b> c,答案選B。
4.某化學(xué)興趣小組,使用相同的銅片和鋅片為電極,探究水果電池水果的種類和電極間距離對(duì)電流的影響,實(shí)驗(yàn)裝置圖和所得實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如下:電池工作時(shí),下列說(shuō)法不正確的是( )
A.負(fù)極的電極反應(yīng)為Zn-2e-==Zn2+ B.水果種類和電極間距離對(duì)電流數(shù)值的大小均有影響C.電子從鋅片經(jīng)水果流向銅片 D.若用石墨電極代替銅片進(jìn)行實(shí)驗(yàn),電流數(shù)值會(huì)發(fā)生變化
【解析】A.由圖示分析可知,Zn為負(fù)極,失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),即負(fù)極的電極反應(yīng)為Zn-2e-==Zn2+,故A正確;B.由表中的數(shù)據(jù)分析可知不同的水果以及同種水果間距離的不同,則電流的大小也不同,所以水果種類和電極間距離對(duì)電流的大小均有影響,故B正確;C.電子從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片,而不能經(jīng)水果流向銅片,故C錯(cuò)誤;D.石墨和銅的導(dǎo)電率不同,若用石墨電極代替銅片進(jìn)行實(shí)驗(yàn),電流數(shù)值會(huì)發(fā)生變化;故D正確;故答案選B。
二次電池:鉛酸蓄電池、鋰離子電池
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