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第四章電化學(xué)基礎(chǔ)安陸一中化學(xué)組8/9/2023第一節(jié)原電池第四章電化學(xué)基礎(chǔ)安陸一中化學(xué)組8/8/2023第一節(jié)原11、電化學(xué):2、從反應(yīng)產(chǎn)物與電流的關(guān)系分類(lèi):閱讀教材P70回答研究化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的裝置、過(guò)程和效率的科學(xué)①產(chǎn)生電流的反應(yīng)→→原電池②借助電流而發(fā)生的反應(yīng)→→電解池1、電化學(xué):閱讀教材P70回答研究化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的2復(fù)習(xí)回顧1、原電池是______________________的裝置。原電池反應(yīng)的本質(zhì)是____________________反應(yīng)。將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能氧化還原反應(yīng)2、如右圖所示,組成的原電池:(1)當(dāng)電解質(zhì)溶液為稀H2SO4時(shí):Zn電極是____(填“正”或“負(fù)”)極,其電極反應(yīng)為_(kāi)______________,該反應(yīng)是______(填“氧化”或“還原”,下同)反應(yīng);Cu電極是______極,其電極反應(yīng)為_(kāi)______________,該反應(yīng)是_________反應(yīng)。(2)當(dāng)電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液時(shí):Zn電極是____極,其電極反應(yīng)為_(kāi)____________,該反應(yīng)是________反應(yīng);Cu電極是____極,其電極反應(yīng)為_(kāi)______________,該反應(yīng)是_____反應(yīng).負(fù)Zn-2e-=Zn2+氧化正2H++2e-=H2↑還原負(fù)Zn-2e-=Zn2+氧化正Cu2++2e-=Cu還原復(fù)習(xí)回顧1、原電池是____________________3氧化反應(yīng)Zn-2e=Zn2+
銅鋅原電池電解質(zhì)溶液失e,沿導(dǎo)線傳遞,有電流產(chǎn)生還原反應(yīng)Cu2++2e-=Cu陰離子陽(yáng)離子總反應(yīng):負(fù)極正極Cu2++2e-=CuZn-2e-=Zn2+Zn+Cu2+=Zn2++Cu(離子方程式)電極反應(yīng)正極:負(fù)極:(氧化反應(yīng))(還原反應(yīng))陽(yáng)離子原電池原理外電路內(nèi)電路氧化反應(yīng)Zn-2e=Zn2+銅鋅原電池電解質(zhì)溶液失e,沿導(dǎo)4與原電池相關(guān)的概念1.電路:外電路內(nèi)電路電子流向:失電子的一極向得電子的一極電流方向:與電子流動(dòng)方向相反陰離子流動(dòng)方向與電子流動(dòng)方向一致陽(yáng)離子流動(dòng)方向與電流方向一致2.電極:正極:電子流入的一極負(fù)極:電子流出的一極3.電極反應(yīng)式:正極:2H++2e-=H2↑負(fù)極:Zn-2e-=Zn2+4.總反應(yīng)式:Zn+2H+=Zn2++H2↑與原電池相關(guān)的概念1.電路:外電路內(nèi)電路電子流向:失電子的一5
鋅銅原電池工作原理 鋅銅原電池工作原理6提出問(wèn)題:上圖是我們?cè)诒匦?中學(xué)習(xí)過(guò)的將鋅片和銅片置于稀硫酸的原電池,如果用它做電源,不但效率低,而且時(shí)間稍長(zhǎng)電流就很快減弱,因此不適合實(shí)際應(yīng)用。這是什么原因造成的呢?有沒(méi)有什么改進(jìn)措施?造成的主要原因:由于在銅極上很快就聚集了許多氫氣泡,把銅極跟稀硫酸逐漸隔開(kāi),這樣就增加了電池的內(nèi)阻,使電流不能暢通。這種作用稱(chēng)為極化作用。一、對(duì)鋅銅原電池工作原理的進(jìn)一步探究為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象,設(shè)計(jì)如下圖(書(shū)P71圖4-1)所示的原電池裝置,你能解釋它的工作原理嗎?提出問(wèn)題:造成的主要原因:由于在銅極上很快就聚集了許多氫氣7優(yōu)點(diǎn):能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。鹽橋制法:1)將熱的瓊膠溶液倒入U(xiǎn)形管中(注意不要產(chǎn)生裂隙),將冷卻后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的飽和溶液中即可。2)將KCl或NH4NO3的飽和溶液裝入U(xiǎn)形管,用棉花堵住管口即可。優(yōu)點(diǎn):能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。鹽橋制法:1)將熱的瓊膠溶液倒8實(shí)驗(yàn)三(書(shū)71頁(yè)實(shí)驗(yàn)4-1)實(shí)驗(yàn)探索實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:分析:改進(jìn)后的裝置為什么能夠持續(xù)、穩(wěn)定的產(chǎn)生電流?鹽橋在此的作用是什么?參考教材72頁(yè)第三段有鹽橋存在時(shí)電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),即有電流通過(guò)電路。取出鹽橋,電流計(jì)指針即回到零點(diǎn),說(shuō)明沒(méi)有電流通過(guò)。實(shí)驗(yàn)三(書(shū)71頁(yè)實(shí)驗(yàn)4-1)實(shí)驗(yàn)探索實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:分析:改進(jìn)后的9鹽橋的作用:(1)使整個(gè)裝置構(gòu)成通路,代替兩溶液直接接觸。由于鹽橋(如KCl)的存在,其中陰離子Cl-向ZnSO4溶液擴(kuò)散和遷移,陽(yáng)離子K+則向CuSO4溶液擴(kuò)散和遷移,分別中和過(guò)剩的電荷,保持溶液的電中性,因而放電作用不間斷地進(jìn)行,一直到鋅片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2+幾乎完全沉淀下來(lái)。若電解質(zhì)溶液與KCl溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀,可用NH4NO3代替KCl作鹽橋。(2)平衡電荷。在整個(gè)裝置的電流回路中,溶液中的電流通路是靠離子遷移完成的。取出鹽橋,Zn失去電子形成的Zn2+進(jìn)入ZnSO4溶液,ZnSO4溶液因Zn2+增多而帶正電荷。同時(shí),CuSO4則由于Cu2+變?yōu)镃u,使得SO42-相對(duì)較多而帶負(fù)電荷。溶液不保持電中性,這兩種因素均會(huì)阻止電子從鋅片流向銅片,造成電流中斷。鹽橋的作用:由于鹽橋(如KCl)的存在,其中陰離子C10請(qǐng)同學(xué)們思考:上述原電池裝置是將什么反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的?指出電池的正負(fù)極,并分別寫(xiě)出其中負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式以及該電池的總反應(yīng)方程式。ZnSO4溶液CuSO4溶液負(fù)極(鋅片):Zn-2e-=Zn2+(氧化反應(yīng))正極(銅片):Cu2++2e-=Cu(還原反應(yīng))電池反應(yīng)(總化學(xué)方程式):Zn+Cu2+=Zn2++Cu一、對(duì)鋅銅原電池工作原理的進(jìn)一步探究?請(qǐng)同學(xué)們思考:上述原電池裝置是將什么反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換11二、實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件(可以)(可以)(可以)(不可以)形成條件一:活潑性不同的兩個(gè)電極負(fù)極:較活潑的金屬正極:較不活潑的金屬、石墨等二、實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件(可以)(可以)(可以)(不可以12(可以)(不可以)形成條件二:電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件(可以)(不可以)形成條件二:電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中實(shí)驗(yàn)探究13實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件形成條件三:必須形成閉合回路(不可以)可以實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件形成條件三:必須形成閉合回路(不可以14二、組成原電池的條件1、有兩種活動(dòng)性不同的金屬(或一種是非金屬單質(zhì)或金屬氧化物)作電極。2、電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。3、兩極相連形成閉合電路。4、內(nèi)部條件:能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。二、組成原電池的條件1、有兩種活動(dòng)性不同的金屬(或一種是非金15ABCDEFMN1.下列哪幾個(gè)裝置能形成原電池?OVXVVXXXXVABCDEFMN1.下列哪幾個(gè)裝置能形成原電池?OVXVVX162.一個(gè)電池反應(yīng)的離子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu,該反應(yīng)的的原電池正確組合是()CABCD正極ZnCuCuFe負(fù)極CuZnZnZn電解質(zhì)溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl2.一個(gè)電池反應(yīng)的離子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++17三、原電池的正負(fù)極的判斷方法微觀判斷(根據(jù)電子流動(dòng)方向)電子流出的極電子流入的極——負(fù)極——正極較活潑的電極材料較不活潑的電極材料質(zhì)量增加的電極工作后質(zhì)量減少的電極——負(fù)極——正極——正極——負(fù)極工作后,有氣泡冒出的電極為正極發(fā)生氧化反應(yīng)的極發(fā)生還原反應(yīng)的極宏觀判斷:①根據(jù)電極材料②根據(jù)原電池電極發(fā)生的反應(yīng)③根據(jù)電極質(zhì)量的變化④根據(jù)電極有氣泡冒出:——負(fù)極——正極三、原電池的正負(fù)極的判斷方法微觀判斷電子流出的極——負(fù)極較活181.某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣,該金屬與鋅組成原電池時(shí),鋅為負(fù)極,此金屬是A.MgB.FeC.AlD.CuB2.由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時(shí),電解質(zhì)溶液的pHA.不變B先變大后變小C逐漸變大D.逐漸變小C1.某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣,該金屬與鋅組成原電池時(shí),鋅194.X、Y、Z、M、N代表五種金屬。有以下化學(xué)反應(yīng):①水溶液中,X+Y2+=X2++Y;②Z+2H2O(冷)=Z(OH)2+H2↑;③M、N為電極與N鹽溶液組成原電池,電極反應(yīng)為M-2e-=M2+;④Y可以溶于稀硫酸,中,M不被稀硫酸氧化,則這五種金屬的活動(dòng)性由弱到強(qiáng)的順序是A.M<N<Y<X<ZB.N<M<X<Y<ZC.N<M<Y<X<ZD.X<Z<N<M<YC3.把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中,用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時(shí),a為負(fù)極;c、d相連時(shí),電流由d到c;a、c相連時(shí),c極上產(chǎn)生大量氣泡,b、d相連時(shí),b上有大量氣泡產(chǎn)生,則四種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱的為A.a(chǎn)>b>c>dB.a(chǎn)>c>d>bC.c>a>b.>dD.b>d>c>aB4.X、Y、Z、M、N代表五種金屬。有以下化學(xué)反應(yīng):①水溶液20①判斷右邊原電池的正、負(fù)極,并寫(xiě)出電極反應(yīng)式。
CuCFeCl3溶液負(fù)極:Cu
失電子Cu-2e-=Cu2+正極:Fe3+得電子2Fe3++2e-=2Fe2+A
Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2先寫(xiě)出總反應(yīng):即負(fù)極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)拆成離子方程式:Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+根據(jù)化合價(jià)升降判斷正負(fù)極四、電極方程式的書(shū)寫(xiě)1.簡(jiǎn)單原電池電極方程式的寫(xiě)法①判斷右邊原電池的正、負(fù)極,并寫(xiě)出電極反應(yīng)式。Cu21②請(qǐng)寫(xiě)出右邊原電池的電極方程式。總反應(yīng)方程式:負(fù)極:Al,失e-
2Al-6e-=2Al3+2Al3++8OH-=2AlO2-+4H2O
負(fù)極總反應(yīng):2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2O正極:總反應(yīng)-負(fù)極反應(yīng)6H2O+6e-=6OH—+3H2↑拆成離子方程式:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-
+3H2↑根據(jù)化合價(jià)升降判斷正負(fù)極2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑②請(qǐng)寫(xiě)出右邊原電池的電極方程式??偡磻?yīng)方程式:負(fù)極:Al,失222.燃料電池電極方程式的寫(xiě)法
總反應(yīng):實(shí)際上就是燃料的完全燃燒。負(fù)極(通入燃料):為燃料失去電子的氧化反應(yīng),正極(通入氧化劑):為氧化劑得到電子的還原反應(yīng)。
以Pt為電極,電解質(zhì)溶液為KOH溶液的氫氧燃料電池為例負(fù)極總反應(yīng):2H2-4e-+4OH-=4H2O正極:總反應(yīng)-負(fù)極反應(yīng)
總反應(yīng):2H2+O2=2H2O負(fù)極:H2失e-4H++4OH-=4H2O2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2.燃料電池電極方程式的寫(xiě)法負(fù)極總反應(yīng):2H2-4e23有機(jī)物堿性燃料電池
CxHyOzO2KOH溶液總反應(yīng):CxHyOz+(x+y/4_z/2)O2+2xOH-=xCO32-+(x+y/2)H2O正極:(x+y/4_z/2)O2+(4x+y-2z)e-+(2x+y/2-z)H2O=(4x+y-2z)OH-負(fù)極:CxHyOz-(4x+y-2z)e-+(6x+y-2z)OH-=xCO32-+(3x+y-z)H2O有機(jī)物堿性燃料電池CxHyOz24固體燃料電池丁烷燃料電池(固體Y2O3、ZrO2傳遞O2-)總反應(yīng):2C4H10+13O2→8CO2+10H2O負(fù)極:2C4H10-52e-+26O2-=8CO2+10H2O正極:13O2+52e-=26O2-固體燃料電池丁烷燃料電池(固體Y2O3、ZrO2傳遞O2-)25練習(xí)、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率,因而受到重視。
可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì),CO為負(fù)極燃?xì)?,空氣與CO2的混和氣為正極助燃?xì)?,制得?50℃下工作的燃料電池。完成有關(guān)的電池反應(yīng)式:電池反應(yīng)式:負(fù)極反應(yīng)式:2CO+2CO32-→4CO2+4e-
正極反應(yīng)式:
,
總電池反應(yīng):
。O2+2CO2+4e-→2CO32-
2CO+O2→2CO2
練習(xí)、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率,因而受到重視。可用L263.復(fù)雜原電池電極方程式的書(shū)寫(xiě)方法點(diǎn)撥:寫(xiě)電極方程式的時(shí)候,要根據(jù)“得電子顯負(fù)電;失電子顯正電”的原則,利用“電荷守恒”,通過(guò)巧用H+、OH-和水寫(xiě)出電極方程式Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O練習(xí):寫(xiě)出鉛酸蓄電池的電極反應(yīng):Pb+SO42--2e-=PbSO4負(fù)極:Pb失電子+4H++2H2O正極:PbO2+SO42-+2e-
=PbSO43.復(fù)雜原電池電極方程式的書(shū)寫(xiě)Pb+PbO2+2H2SO4=27銀鋅電池(電解質(zhì)為KOH)的電池總反應(yīng)為:Zn+Ag2O=ZnO+2Ag寫(xiě)出其正、負(fù)極反應(yīng)。Zn-2e-=ZnO
+2OH-+H2OAg2O+2e-=2Ag+H2O+2OH-負(fù)極:正極:銀鋅電池(電解質(zhì)為KOH)的電池總反應(yīng)為:Zn-2e-281.高鐵電池是一種新型可充電電池,與普通高能電池相比,該電池長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為:下列敘述不正確的是A.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為:B.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為:C.放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3mol電子,正極有1molK2FeO4被氧化D.放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)C1.高鐵電池是一種新型可充電電池,與普通高能電池相比,該電池292.某可充電的鋰離子電池以LiMn2O4(次錳酸鋰)為正極,嵌入鋰的碳材料為負(fù)極,含Li+導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。放電時(shí)的電池反應(yīng)為:下列敘述正確的是A.放電時(shí),LiMn2O4發(fā)生氧化反應(yīng)B.放電時(shí),正極反應(yīng)為L(zhǎng)i++LiMn2O4+e-=Li2Mn2O4
C.充電時(shí),LiMn2O4發(fā)生氧化反應(yīng)D.充電時(shí),陽(yáng)極反應(yīng)為L(zhǎng)i++e-=LiB2.某可充電的鋰離子電池以LiMn2O4(次錳酸鋰)為正極,303.我國(guó)首創(chuàng)的海洋電池以鋁板為負(fù)極,鉑網(wǎng)為正極,海水為電解質(zhì)溶液,空氣中的氧氣與鋁反應(yīng)產(chǎn)生電流。電池總反應(yīng)為:下列敘述不正確的是A.正極反應(yīng)為:O2+2H2O+4e-=4OH-B.電池工作時(shí),電流由鋁電極沿導(dǎo)線流向鉑電極C.以網(wǎng)狀的鉑為電極,可增大與氧氣的接觸面積D.該電池通常只需要更換鋁板就可繼續(xù)使用B3.我國(guó)首創(chuàng)的海洋電池以鋁板為負(fù)極,鉑網(wǎng)為正極,海水為電解質(zhì)314.一種新型燃料電池,一極通入空氣,另一極通入丁烷氣體;電解質(zhì)是摻雜氧化釔的氧化鋯晶體,在熔融狀態(tài)下能傳到O2-。下例對(duì)該燃料電池的說(shuō)法正確的是:A.在熔融電解質(zhì)中,O2-由負(fù)極移向正極B.電池的總反應(yīng)是2C4H10+13O2→8CO2+10H2OC.通入空氣的一極是正極,電極反應(yīng)為O2+4e-=2O2-D.通入丁烷的一極是正極,電極反應(yīng)為C4H10+26e-+13O2-→4CO2+5H2OBC4.一種新型燃料電池,一極通入空氣,另一極通入丁烷氣體;電解325、化學(xué)電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。1.目前常用的鎳(Ni)鎘(Cd)電池,其電池總反應(yīng)可以表示為:Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均難溶于水但能溶于酸,以下說(shuō)法中正確的是()①以上反應(yīng)是可逆反應(yīng)②以上反應(yīng)不是可逆反應(yīng)③充電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堍芊烹姇r(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹵①③B②④C①④D②③B5、化學(xué)電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。B33(1)比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。例1:下列敘述中,可以說(shuō)明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是C.將甲乙作電極組成原電池時(shí)甲是負(fù)極;A.甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中,乙溶解,甲上有H2氣放出;B.在氧化–還原反應(yīng)中,甲比乙失去的電子多;D.同價(jià)態(tài)的陽(yáng)離子,甲比乙的氧化性強(qiáng);C五、原電池原理應(yīng)用:(1)比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。例1:下列敘述中,可以說(shuō)明金屬甲比34(2)比較反應(yīng)速率例2:下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是粗鋅和1mol/L鹽酸;B.A.純鋅和1mol/L硫酸;純鋅和18mol/L硫酸;C.粗鋅和1mol/L硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液。D.
D
五、原電池原理應(yīng)用:(2)比較反應(yīng)速率例2:下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是粗鋅和35(3)比較金屬腐蝕的快慢五、原電池原理應(yīng)用:例3:下列裝置中四塊相同的Zn片,放置一段時(shí)間后腐蝕速率由慢到快的順序是(4)(2)(1)(3)(3)比較金屬腐蝕的快慢五、原電池原理應(yīng)用:例3:下列裝置中36(4)判斷溶液pH值變化例4:在Cu-Zn原電池中,200mLH2SO4溶液的濃度為0.125mol/L,若工作一段時(shí)間后,從裝置中共收集到0.168L氣體,則流過(guò)導(dǎo)線的電子為——mol,溶液的pH值變____?(溶液體積變化忽略不計(jì))0.2解得:y=0.015(mol)x=0.015(mol)==3.75×10﹣4(mol/L)∴pH=-lg3.75×10-4=4-lg3.75答:……-0.015根據(jù)電極反應(yīng):正極:負(fù)極:Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2↑得:2222.4x
y0.168解:0.2×0.125×2c(H+)余∴2H+——
2e——H2↑大0.015五、原電池原理應(yīng)用:(4)判斷溶液pH值變化例4:在Cu-Zn原電池中,200m37(5)原電池原理的綜合應(yīng)用例5:市場(chǎng)上出售的“熱敷袋”的主要成分為鐵屑、炭粉、木屑、少量氯化鈉和水等?!盁岱蟠眴⒂弥坝盟芰洗蛊渑c空氣隔絕,啟用時(shí),打開(kāi)塑料袋輕輕揉搓就會(huì)放出熱量。使用完后,會(huì)發(fā)現(xiàn)有大量鐵銹存在?!盁岱蟠笔抢?/p>
放出熱量。2)炭粉的主要作用是
。3)加入氯化鈉的主要作用是
。4)木屑的作用是鐵被氧化與鐵屑、氯化鈉溶液構(gòu)成原電池,加速鐵屑的氧化氯化鈉溶于水、形成電解質(zhì)溶液使用“熱敷袋”時(shí)受熱均勻五、原電池原理應(yīng)用:(5)原電池原理的綜合應(yīng)用例5:市場(chǎng)上出售的“熱敷袋”的主要38【例6】(2011·浙江)將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上,一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)液滴覆蓋的圓圈中心區(qū)(a)已被腐蝕而變暗,在液滴外沿形成棕色鐵銹環(huán)(b),如圖所示。導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣處少。下列說(shuō)法正確的是()【例6】(2011·浙江)將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的39A.液滴中的Cl-由a區(qū)向b區(qū)遷移B.液滴邊緣是正極區(qū),發(fā)生的電極反應(yīng)為: O2+2H2O+4e-=4O
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