專題14 實驗設計新題型探究
一、考情分析
對于化學實驗的考查主要有：常用儀器和化學實驗基本操作，氣體的制備與凈化，物質的檢驗、分離、提純等，以及物質的制備和性質實驗方案的 設計與評價等內容，其中，常用儀器的識別和使用是高考實驗測試的熱點之一，一般考查的內容為：寫出儀器名稱、儀器的正確使用方法、畫出儀器的示意圖等，而實驗的基本操作能用規范簡潔的字表達出。常見氣體的制取方法，能夠靈活運用有關氣體制取實驗的規律和方法解決新問題。而性質實驗的考查主要集中在常見離子的檢驗、分離以及與理論知識相聯系的驗證實驗。外實驗和實驗創新的題目，主要從培養學生用化學視角觀察和分析實驗問題的能力，用化學實驗的方法解決生活中的問題是提高實踐能力的一條重要途徑，在同學們的復習過程中，這些探討性、開放性實驗試題要認真對待。
二、高押點題
【押點1】常用儀器和實驗基本操作
【例題1】下列實驗指定使用的儀器必須預先干燥的是
①中和熱測定中所用的小燒杯
②中和滴定所用的錐形瓶
③配制一定物質的量濃度溶液中所用的容量瓶
④噴泉實驗中用于收集氨氣的燒瓶
A．①② B．①④ C．②③ D．③④
【答案】B
【解析】中和熱測定中所用的小燒杯必須干燥，不然會吸收熱量產生誤差；氨氣極易溶于水，若噴泉實驗的燒瓶中有水分，會溶解氨氣，壓強差不夠，造成噴泉實驗失敗。配制一定物質的量溶液的容量瓶不必干燥，只要干燥就可以，如果有水也不會影響實驗結果，中和滴定所用的量與錐形瓶中溶質的物質的量有關，與濃度無關，所以有水分不影響實驗。
【押題理由】實驗過程中需要注意的一些事項也是高考中考查的內容，儀器的要求與實驗的成敗有一定的關系，所以要準確掌握對儀器的要求。
【命題指數】★★★★
【例題2】實驗后對試管的洗滌藥品錯誤的是
A．銀鏡反應后的試管用濃氨水洗滌
B．久置高錳酸鉀溶液的試管用濃鹽酸洗滌
C．熔化苯酚的試管用酒精或NaOH溶液洗滌
D．內有油脂的試管用NaOH溶液洗滌
【答案】A
【解析】洗滌的基本原理是：將不溶的物質轉化為可溶解的物質后進行清理。A項中銀單質與氨水不反應。高錳酸鉀溶液加熱生成的錳酸鉀可溶于水，氧氣直接放出，因此不溶物只有二氧化錳，與濃鹽酸反應后生成可溶物可以清洗；苯酚在水中溶解度較小，但易溶于酒精且與NaOH溶液反應生成的苯酚鈉能夠溶于水；油脂在堿性條件下水解生成的酸和醇均可溶于水。
【押題理由】實驗基本操作歷是高考的熱點，對于安全防范以及廢液的處理等均有過考查，預測可能要考查類似的清洗試題。
【命題指數】★★★★
【例題3】下列儀器用酒精燈加熱時，需墊石棉網的是
①燒杯 ②坩堝 ③錐形瓶 ④蒸發皿 ⑤試管 ⑥燒瓶 ⑦表面皿
A．②④⑤ B．①⑥⑦ C．③④⑥ D．①③⑥
【答案】D
【解析】加熱時墊石棉網的目的是使儀器受熱均勻，防止炸裂。
【押題理由】儀器的正確使用屬于高考的考點，題目一般比較簡單，多以選擇題的形式出現，
【命題指數】★★★★
【押點2】氣體的制備與凈化
【例題1】有如下幾種制備氣體的方案：①加熱稀硫酸和乙醇制備乙烯 ②用水與過氧化鈉固體反應制備氧氣 ③用稀硫酸與大理石制備二氧化碳 ④氧化鈣與濃氨水反應制備氨氣 ⑤NaI固體和濃硫酸混合共熱制取碘化氫 ⑥電石與飽和食鹽水制乙炔
不宜采用的方案有
A．僅①③⑤ B．僅①②③ C．僅③④ D．全部
【答案】A
【解析】制取乙烯應用濃硫酸；硫酸鈣微溶于水，覆蓋在固體表面，阻止反應繼續進行；碘化氫具有強還原性，能被濃硫酸氧化，
【押題理由】物質的制備與元素的性質聯系緊密，在考慮實驗裝置的同時還應考慮反應的實質，這些均是高考的重點內容。
【命題指數】★★★★
【例題2】某學生利用如圖裝置探究氯氣和氨氣之間的反應。其中A、F分別為氨氣和氯氣的發生裝置，C為較純凈干燥的氯氣與氨氣反應的裝置。

請回答下列問題：
（1）裝置F中發生反應的離子方程式為 。
（2）裝置A中的燒瓶內固體宜選用 （選填以下選項的代號）
A．堿石灰 B．生石灰 C．二氧化硅 D．五氧化二磷 E．燒堿
（3）虛線框內應添加必要的除雜裝置，請從下圖的備選裝置中選擇，并將編號填入下列空格

B 、D 、E （填編號）
（4）氯氣和氨氣在常溫下相混合會反應生成氯化銨和氮氣，該反應的化學方程式為 。
裝置C內出現濃厚的白煙并在容器內壁凝結，請設計一個實驗方案鑒定給固體就是氯化銨： 。
（5）從裝置C的G處逸出的尾氣可能含有污染環境的氣體，如何處理：
答： 。
【答案】（1）nO2＋4H＋＋2Cl－ n2＋＋Cl2↑＋2H2O
（2）ABE
（3）Ⅰ Ⅱ Ⅲ
（4）3Cl2＋8NH3=6NH4Cl＋ N2 取適量該白色固體與濃氫氧化鈉溶液共熱，產生能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的無色氣體；另取適量該白色固體，溶于水后加入硝酸銀溶液，產生不溶于硝酸的白色沉淀
（5）將尾氣通過一倒置的漏斗通入盛有NaOH溶液的燒杯中
【解析】根據實驗的目的可知A裝置用于制取氨氣，裝置F用于制取氯氣，由實驗室制取氨氣的原理可知A中固體可以是堿石灰、生石灰或固體氫氧化鈉；F中制取氯氣的藥品為二氧化錳和濃鹽酸，根據反應可寫出離子方程式。由于氨氣中含有水蒸氣，而氨氣為堿性氣體，因此干燥氨氣應該用堿石灰。制取氯氣中含有的雜質為濃鹽酸揮發的HCl以及生成的水蒸氣，選擇飽和食鹽水除去HCl氣體，利用濃硫酸除去水蒸氣。氯化銨的檢驗要注意既要檢驗銨離子，又要檢驗氯離子。最終的尾氣可能是氨氣，也可能是氯氣，所以可以通過倒置的漏斗通入NaOH溶液中，如果是氯氣，則與NaOH反應，若為氨氣，則被水吸收。
【押題理由】幾種氣體的實驗室制法歷是高考的重點，本題結合氯氣和氨氣的反應，用一個題目考查了兩種氣體的制取以及除雜，應該是高考中的高頻題（出現頻率較高的題目）。
【命題指數】★★★★
【例題3】現有右圖所示裝置，正放在桌面上，可分別實現下列實驗目標，其中適用于從Y口進入的是（填字母）_________。
A、瓶內盛一定量液體干燥劑，用于干燥氣體
B、瓶內盛一定量液體試劑，用于除去氣體的雜質
C、瓶內盛一定量水，用于制得可溶于水的氣體的飽和溶液
D、瓶內盛滿水，用于測量難溶性氣體的體積
E、瓶內貯存難溶于水的氣體，當加進水時氣體可排出
F、一般用于向上排氣法收集某些氣體
G、一般用于向下排氣法收集某些氣體
【答案】DG
【解析】干燥氣體、除雜、通入氣體與試劑瓶中物質反應時以及收集密度比空氣大的氣體應“長進短出”，而想排出試劑瓶中的試劑或者收集密度比空氣小的氣體用“短進長出”
【押題理由】以一套實驗設備為載體進行不同的實驗，能夠從知識和能力兩個方面進行考查，也是試題靈活性的體現。在氣體的制取過程中除了要干燥外，大多數還要除去雜質，因此分析氣體的物理性質和化學性質，從而得到干燥純凈的氣體，這類題目的考查多以選擇題的形式出現，不過近幾年非選擇題出現的機會也比較多。
【命題指數】★★★★
【押點3】物質的檢驗、分離、提純
【例題1】可用于分離或提純物質的方法有：
a．分餾；b．鹽析； c．過濾；d．重結晶；e．升華f．滲析g．點解；h．加熱分解；
i．蒸餾。下列各組混合物的分離和提純應用哪一種方法最合適？
（1）除去Ca(OH)2溶液中懸浮的CaCO3粒子，用 ；
（2）除去Fe(OH)3膠體中混有的Cl－離子，用 ；
（3）除去乙醇中溶解的微量食鹽，用 ；
（4）分離石油中各種不同沸點范圍的有機物，用 ；
（5）除去固體碘中混有的少量NaI，用 ；
（6）除去氧化鈣中的碳酸鈣，用 。
【答案】（1）c （2）f （3）I （4）a （5）e （6）h
【解析】除去溶液中的固體顆粒，一般用過濾的方法；除去膠體中的雜質離子，用滲析法；除去溶解在液態物質中的固體雜質，一般用蒸餾的方法把液態物質分離出；相互溶解的液體混合物的分離一般用蒸餾的方法；單質碘易升華，可用加熱升華的方法把碘從混合物中分離出。
【押題理由】物質分離和提純方法的選用是高考的考點，屬于容易題，但要完全解答正確也不容易，因此必須掌握各種分離方法的原理，根據物質的物理性質或化學性質分離和提純，這類題目一般在選擇題中出現，或在性質實驗的設計和評價中出現。
【命題指數】★★★★
【例題2】為了將混有K2SO4、gSO4的KNO3固體提純，并制得純凈的KNO3溶液，某學生設計如下實驗方案：

（1）操作①為 。
（2）操作②~④加入的試劑順序可以為 。
（3）如何判斷SO42－已除盡 。
（4）實驗過程中產生的多次沉淀 （選填“需要”或“不需要”）多次過濾，其理由是 。
（5）該同學的實驗設計方案是否嚴密，說明理由 。
【答案】（1）加水溶解
（2）Ba(NO3)2、K2CO3、KOH或KOH、Ba(NO3)2、K2CO3或Ba(NO3)2、KOH、K2CO3
（3）靜置，在上層澄清溶液中再加入少量Ba(NO3)2溶液，若不變渾濁，表明SO42－已除盡
（4）不需要 因為幾個沉淀反應互不干擾，因此最后只過濾一次，可減少操作程序
（5）不嚴密 因為加入鹽酸調節溶液的pH會引進Cl－。
【解析】沉淀反應必須在溶液中進行，以便充分反應，并使雜質完全沉淀，所以首先應當將固體配制成溶液，除去SO42－、g2＋的方法一般是使它們分別形成BaSO4和g(OH)2沉淀，所以需要加入稍過量的Ba(NO3)2和KOH溶液，過量的Ba2＋可用K2CO3溶液除去，因此實驗時必須先加入Ba(NO3)2再加入K2CO3溶液，同時要注意不可加入BaCl2、Na2CO3和NaOH溶液進行除雜，也不可用稀鹽酸調節溶液的pH，否則會引入Na＋和Cl－雜質。
【押題理由】本上出現的食鹽的提純是一個重點內容，也是經常被作為高考選擇題或非選擇題中的內容，本題與食鹽提純類似，可能在近幾年的高考中出現，
【命題指數】★★★★
【例題3】I．粗鹽經提純后得到NaCl溶液，再經蒸發、結晶、烘干得精鹽。
①蒸發操作中使用到的儀器除鐵架臺(帶鐵圈)外,還需要儀器的名稱為 。
②該同學將所得精鹽配成溶液，用于另一實驗。實驗中需要用60 L 1 ol/L的NaCl溶液，配制過程中用托盤天平稱取的精鹽質量為 ，配制該溶液所需的主要儀器是 。
II．某化學興趣小組測定某FeCl3樣品（含少量FeCl2雜質）中鐵元素的質量分數，實驗室按以下步驟進行：
① 稱取a g樣品，置于燒杯中；
② 加入適量鹽酸和適量蒸餾水，使樣品溶解，然后準確配制成250L溶液；
③ 準確量取25.00L步驟②中配得的溶液，置于燒杯中，加入適量的氯水，使反應完
全；
④ 加入過量氨水，充分攪拌，使沉淀完全；
⑤ 過濾，洗滌沉淀；
⑥ 將沉淀轉移到坩堝內，加熱、攪拌，直到固體由紅褐色全部變為紅棕色后，在干燥器中冷卻至室溫后，稱量；
⑦……。
請根據上面敘述，回答：

（1）上圖所示儀器中，本實驗步驟①②③中必須用到的儀器是E和 （填字母）。
（2）寫出步驟③中發生反應的離子方程式 。
（3）洗滌沉淀的操作是 。
（4）第⑥步的操作中，將沉淀物加熱，冷卻至室溫，稱量其質量為1g，再次加熱并冷卻至室溫稱量其質量為2g，若1與2差值較大，接下的操作應當是 。
【答案】 I．①蒸發皿、玻璃棒、酒精燈
②5.9g或5.8g 100L容量瓶
II．（1）C F G
（2）2Fe2+ +Cl2 Fe3++2Cl－
（3）向漏斗里注入蒸餾水，使水面沒過濾渣，等水自然流完后，重復操作2～3次
（4）繼續加熱，放置干燥器中冷卻，稱量，至最后兩次稱得的質量差不超過0.1g（或恒重）為止
【解析】Ⅰ．配制溶液時，容量瓶的刻度是不連續的，因此需要用到100L容量瓶，所以需要精鹽的質量為0.1L×1ol/L×58.5g/ol=5.85g，而托盤天平的只能精確到0.1g，因此稱取的精鹽的質量為5.8g或5.9g。
Ⅱ．加熱時，一般兩次稱量的結果差值不超過0.1g。
【押題理由】定量實驗中，一定物質的量濃度溶液的配制比較重要，高考中也多次考查過，預計類似知識點也會繼續考查，有可能結合其他的實驗操作同時考查。
【命題指數】★★★★
【押點4】物質的制備、性質實驗方案的設計與評價
【例題1】I、某化學興趣小組用含有鋁、鐵、銅的合金制取純凈的氯化鋁溶液、綠礬晶體和膽礬晶體，以探索工業廢料的再利用。其實驗方案如下：

試回答下列問題：
（1）由濾液A制得AlCl3，溶液有途徑I和Ⅱ兩條，選擇其中的合理途徑的理由是： 。
（2）從經濟效益和環境保護角度考慮，用濾渣F制備膽礬溶液的化學方程式： 。
Ⅱ、某校化學研究性學習小組，在學習金屬的冶煉以后，對一氧化碳還原金屬氧化物的實驗非常感興趣，他們查閱有關資料后分析：
（1）學生對相關裝置進行分析和比較發現這些裝置既有各自的優點，同時也發現各個裝
置中均存在一些不足，具體看下表：
人教版、廣東版、東版上海科學技術出版社2005（7—8）化學雜志


現緣明顯、有環保意識現緣明顯、有環保意識且現緣明顯、有環保意識
不足之處：①反應結束滯留在裝置中的一氧化碳無法處理，②進入硬質試管中的氣體所含雜質沒有處理，③經實驗發現尾氣點燃時有時燃燒有時不能燃燒，而且安全性差。
（2）在上述實驗的基礎上某學生設計了一氧化碳還原氧化鐵相對更為合理的實驗，重點避免了上述三個不足。其中一氧化碳是利用甲酸和濃硫酸共熱到60—80℃可發生脫水反應得到：
HCOOH CO↑+H2O
請根據以下各裝置進行選擇組成—套相對較為合理的實驗裝置圖（某些裝置可重復使用）

（3）回答以下問題：
①該實驗裝置合理的連接順序是：己→乙→ → → → 丙
②在反應時先產生一氧化碳氣體，過一會再點燃加熱氧化鐵的酒精燈，原因是 （填選項，多選扣分）
A．因為一般反應從左到右進行
B．排除體系內的空氣，使反應過程更安全 ．
C．甲酸與濃硫酸反應可以產生大量的CO氣體
D．此反應加熱時間長有利于產生CO
③觀察到硬質玻璃管中紅棕色粉末變為黑色時停止加熱，然后繼續 ，以防止鐵被氧化。
④硬質玻璃管中發生反應的化學方程式是 。
【答案】（1）選擇途徑II，途經I制得的AlCl3中含有NaCl雜質（或途經II制得的AlCl3中不含雜質）
（2）2Cu+O2 2CuO、CuO+H2SO4=CuSO4+H2O或
2Cu+O2+2H2SO4 2CuSO4+2H2O
（3）①丁、戊、甲、丁 ②B
③通一氧化碳冷卻至室溫（或通一會一氧化碳） ④Fe2O+3CO 2Fe+3CO2
【解析】Ⅰ．在合金中加入足量的燒堿后，只有鋁與NaOH溶液反應，因此濾液的主要成分為NaAlO2溶液和NaOH溶液，加入足量的鹽酸后，NaAlO2+4HCl=AlCl3＋NaCl＋2H2O，另外溶液中的NaOH也與鹽酸反應得到NaCl。而通入足量的二氧化碳后，發生的反應其化學方程式為NaAlO2＋CO2＋2H2O= Al(OH) 3↓＋NaHCO3，過濾后得到Al(OH) 3，與鹽酸反應后溶質只有AlCl3。濾渣B為金屬銅和鐵，加入足量稀硫酸后，鐵與稀硫酸反應生成硫酸亞鐵，而銅不反應，因此濾渣F為金屬銅，由銅制取硫酸銅晶體有兩種途徑：銅與濃硫酸在加熱條件下反應（生成的二氧化硫污染環境，硫酸的只有一部分轉化為硫酸銅，浪費原料），銅與氧氣反應生成氧化銅，氧化銅與稀硫酸反應得到硫酸銅（沒有有毒氣體生成，硫酸全部轉化為硫酸銅）
Ⅱ．根據題意可知，要解決的問題是①實驗后排盡裝置中的一氧化碳，②除去一氧化碳氣體中的雜質，③改進尾氣處理的方法。因此在整個裝置之前利用空氣氣囊，在反應結束后利用空氣將裝置中的一氧化碳吹出，另外空氣中的二氧化碳以及水蒸氣會影響反應的結果，因此必須首先利用石灰水除去揮發出的甲酸、利用濃硫酸除去水蒸氣，反應后再利用石灰水檢驗二氧化碳的生成，最后利用排水法進行尾氣收集。
【押題理由】由本實驗衍生出的改進實驗是考查實驗評價的最好載體，也是歷年各地高考用到最多的方式，預測今年也會使用類似的思路。
【命題指數】★★★★
【例題2】生鐵中除鐵外，還含有其他元素，如碳元素和硫元素。其中碳主要以碳化鐵的形態存在。某興趣小組設計按下圖所示的實驗裝置，測定生鐵中的含碳量。
請回答下列問題：
（1）硫在生鐵中是有害元素，它使生鐵產生熱脆性。硫元素在生鐵中最有可能存在的價態是 。
A、－2 　　 B、0 　 C、+4 　　 D、+6
（2）寫出在燒杯E中發生反應的離子方程式： ；
（3）D中30% 雙氧水的作用是 ；若無此裝置，所測定的含碳量將 （填“偏高”、“偏低”或“不影響”）
（4）反應完成后，欲驗證生鐵含有硫元素，你所設計的實驗方案是（寫出實驗步驟、現象） ；
（5）待C管的樣品充分反應后，測得E中生成的沉淀為bg，請計算出生鐵中的含碳量為 ；
（6）實驗過程中，該興趣小組應注意的安全問題是 。（任寫一種）
【答案】（1）A
（2）CO2+Ba2++2OH－= BaCO3↓+H2O
（3）吸收SO2氣體 偏高
（4）取少量D瓶溶液于試管中，滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液，若出現白色沉淀，說明生鐵中含有硫元素。
（5）
（6）濃硫酸有腐蝕性，使用時要小心；加熱時要使二通管均勻受熱等（2分）
【解析】鐵的化合價一定為正價，而碳的非金屬小于硫的非金屬性，因此S一定顯示負價。裝置A中過氧化氫在二氧化錳為催化劑的條件下生成氧氣，通過濃硫酸干燥后，將裝置C中的碳元素氧化為二氧化碳、硫元素氧化為二氧化硫，兩種氣體通過過氧化氫溶液后，二氧化硫被氧化并吸收，二氧化碳通過E裝置生成碳酸鋇沉淀。如果沒有雙氧水的氧化，二氧化硫也會與氫氧化鋇反應生成沉淀，使碳的百分含量偏高。若E中沉淀的質量為bg，根據方程式生成可知碳酸鋇的物質的量與二氧化碳的物質的量相等，也等于生鐵中碳的質量，因此生鐵中碳的質量為 ，則生鐵中碳的質量分數為
【押題理由】二氧化硫和二氧化碳均屬于酸性氧化物，其性質相似，因此高考中對于這兩種氣體的鑒別考查的比較多，而本題則巧妙的應用了這一考點，并結合生鐵的性質加以考查，是有可能在高考中出現的內容。
【命題指數】★★★★
【例題3】向溴水中加入足量的乙醛溶液，可以看到溴水褪色。對產生該現象的原因有如下三種猜想：①溴水與乙醛發生取代反應；②由于乙醛分子中有不飽和鍵，溴水與乙醛發生加成反應；③由于乙醛具有還原性，溴水將乙醛氧化為乙酸。為探究哪一種猜想正確，某研究性學習小組提出了如下兩種實驗方案：
方案一：檢驗褪色后溶液的酸堿性。
方案二：測定反應前后溴水中Br2的物質的量和反應后Br－的物質的量。
（1）方案一是否可行？ 。
理由是 。
（2）假設測得反應前溴水中Br2的物質的量為aol，若測得反應后n(Br－)= ol，則說明溴水與乙醛發生取代反應；若測得反應后n(Br－)= ol，則說明溴水與乙醛發生加成反應；若測得反應后n(Br－)= ol，則說明溴水將乙醛氧化為乙酸。
（3）按物質的量之比為1：5配制1000 L KBrO3—KBr溶液，該溶液在酸性條件下完全反應可生成0.5ol Br2，取該溶液10 L，加入足量乙醛溶液使其褪色，然后將所得溶液稀釋為100 L，準確量取其中的10 L，加入過量AgNO3溶液，過濾、洗滌、干燥后稱量得到固體0.188 g。若已知CH3COOAg易溶于水，試通過計算判斷溴水與乙醛發生反應的類型為 。（填序號）
①取代反應 ②加成反應 ③氧化反應
（4）寫出上述測定過程中反應的離子方程式：
①KBrO3與KBr在酸性條件下的反應 ；
②溴水與乙醛反應 。
（5）根據上述信息，試推測向酸性KnO4溶液中滴加乙醛可能出現的現象：
。
【答案】（1）不可行 溴水與乙醛發生取代反應和乙醛被溴水氧化都有HBr生成，溶液均呈酸性。
（2）a 0 2a
（3）③
（4）①BrO3－＋5Br－＋6H＋=3Br2＋3H2O
②CH3CHO＋Br2＋H2O=CH3COOH＋2H＋＋2Br－
（5）溶液的紫色褪去
【解析】由于溴單質在發生取代反應的過程中會產生HBr，而和乙醛發生氧化還原反應的過程中也產生HBr，因此僅僅測定反應后溶液的酸堿性不可行。根據取代反應的原理知，如果是取代反應，則Br2中的兩個Br原子一個在有機物中，一個生成HBr，即生成HBr的物質的量與參加反應的Br2的物質的量相等，即產生的HBr為aol；若發生加成反應，則兩個Br均接在有機物上，因此不會產生溴離子，即產生的HBr為0；若乙醛被溴單質氧化，則溴單質被還原。兩個Br原子均被還原為溴離子，即產生的Br－為2aol；
（3）與乙醛反應后溶液中含有的溴離子的物質的量為 ，即0.005ol Br2與乙醛反應后產生的溴離子為0.01ol，所以此反應為溴水將乙醛氧化為乙酸。由于高錳酸鉀具有強的氧化性，因此也可以將乙醛氧化而本身被還原，所以將乙醛加入到酸性高錳酸鉀溶液中，溶液紫色褪去。
【押題理由】此題是以前的一道高考題，之所以在這里重新使用，是因為目前對實驗的設計與評價的考查中用到此類形式的題目太多了，所以同學們應注意以前類似的題目，很有可能給你一定的啟發。
【命題指數】★★★★


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