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人教版新高考化学一轮复习课件--化学反应速率
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这是一份人教版新高考化学一轮复习课件--化学反应速率，共60页。PPT课件主要包含了课标要求，备考指导，内容索引，实验探源，高考真题剖析，典题训练，新情境模拟训练，必备知识归纳，2实验结论，易错细节筛查等内容，欢迎下载使用。
1.能从化学反应快慢的角度解释生产、生活中简单的化学现象。能运用变量控制的方法探究化学反应速率的影响因素,能初步解释化学实验和化工生产中反应条件的选择问题。2.能进行化学反应速率的简单计算,能通过实验探究分析不同组分浓度改变对化学反应速率的影响,能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。3.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题,能讨论化学反应条件的选择和优化。4.针对典型案例,能从速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。
1.本部分主要考查:(1)化学反应速率的计算与比较。(2)外界条件对化学反应速率的影响。(3)与化学反应速率有关的图像分析。2.对化学反应速率的复习,需抓住以下几点:一是理解化学反应速率的概念以及相关的计算;二是全面掌握影响反应速率的因素以及与化学平衡相结合的图像分析;三是理解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.表示方法通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示。2.数学表达式及单位
3.化学反应速率与化学计量数的关系对于已知反应:mA(g)+nB(g)══pC(g)+qD(g),在同一段时间内,用不同物质来表示该反应速率,当单位相同时,反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)= m∶n∶p∶q。如在一个容积为2 L的容器中发生反应:3A(g)+B(g)══ 2C(g),加入2 ml A,1 s后剩余1.4 ml,则v(A)=0.3 ml·L-1·s-1,v(B)=0.1 ml·L-1·s-1,v(C)=0.2 ml·L-1·s-1。
特别提醒(1)化学反应速率一般指反应的平均反应速率而不是瞬时反应速率,且无论用反应物还是用生成物表示均取正值。(2)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同。(3)不能用固体或纯液体来表示化学反应速率。
知识巩固1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象越明显。( )(2)单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率,生成物浓度的变化量表示逆反应速率。( )(3)化学反应速率为0.8 ml·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 ml·L-1。( )(4)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率数值越大,表示化学反应速率越大。( )
2.向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液时,首先产生白色沉淀,然后沉淀迅速转变为红褐色,这是因为发生了反应4Fe(OH)2+2H2O+O2══4Fe(OH)3,对于该反应速率的描述正确的是( )。A.在这一反应中,各物质的消耗速率相等B.若反应中消耗4 ml H2O,则必定同时生成2 ml Fe(OH)3C.4v[Fe(OH)2]=2v(H2O)=v(O2)D.反应中消耗1 ml O2,必定同时消耗2 ml H2O
解析:对于同一个反应来说,化学反应速率可以用各反应物或生成物的浓度变化来表示,且各物质表示的反应速率的数值与化学方程式中的化学计量数成正比。
3.反应4A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g),经2 min后,B的浓度减少了0.6 ml·L-1。下列对此反应速率的描述正确的是( )。A.用A表示的反应速率是0.8 ml·L-1·s-1B.分别用B、C、D表示的反应速率,其比值是3∶2∶1C.在2 min末时的反应速率,用反应物B来表示是0.3 ml·L-1·min-1D.在这2 min内用B和C表示的反应速率的值都是相同的
知识筛查1.影响化学反应速率的因素(1)内因(主要因素)。反应物的组成、结构和性质等因素。
(2)外因(其他条件不变,只改变一个条件)。
特别提醒(1)温度对反应速率的影响具有一致性,升高温度,v正、v逆都增大;降低温度,v正、v逆都减小。(2)改变压强,实质是通过改变容器容积而使浓度发生改变来实现化学反应速率的改变。若压强改变导致了反应物浓度增大或减小,则化学反应速率会增大或减小。(3)在比较溶液中物质的浓度对反应速率的影响时,不能只看加入时物质的浓度,应该看加入后其在混合液中的浓度。(4)固体反应物量的增减,不能改变化学反应速率,固体的表面积改变能改变化学反应速率。
2.从活化分子角度的理论解释(1)有效碰撞、活化分子和活化能。①有效碰撞:能发生反应的分子之间的碰撞。②活化分子:能够发生有效碰撞的分子。③活化能:如图所示,E1表示活化能;使用催化剂时的活化能为 E3 ,E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量;反应热为 E1-E2 。
(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系。
知识巩固1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)增大反应物浓度可增大反应速率,因此用浓硫酸与铁反应能增大生成H2的速率。( )(2)增大压强(减小容器容积),活化分子数增加,有效碰撞次数增加。( )(3)因为反应物浓度越大,反应速率越大,所以常温下,两块相同的铝片分别加入足量的浓、稀硝酸中,浓硝酸中铝片先溶解完。( )(4)升高温度,活化分子百分数增加,有效碰撞次数增加。( )(5)外界条件不变时,对某一反应来说,活化分子在反应物分子中所占的百分数是一定的。( )
(6)对于反应2H2O2══2H2O+O2↑,加入MnO2或升高温度都能增大O2的生成速率。( )(7)活化分子之间的碰撞一定是有效碰撞。( )(8)常温下钠与足量O2反应生成Na2O,随温度升高生成Na2O的速率逐渐增大。( )
2.对反应A+B AB来说,常温下按以下情况进行反应:①20 mL溶液中含A、B各0.01 ml ②50 mL溶液中含A、B各0.05 ml ③0.1 ml·L-1的A、B溶液各10 mL ④0.5 ml·L-1的A、B溶液各50 mL,四者反应速率的大小关系是( )。(忽略溶液混合引起的体积变化)A.②>①>④>③B.④>③>②>①C.①>②>④>③D.①>②>③>④
3.已知下列各组反应的反应物(表中的物质均为反应物)及温度,则反应开始时,放出H2速率最大的是( )。
解析:HNO3与Mg反应不能产生H2而产生NO,A项不符合题意。B项中温度为30 ℃,低于C、D两项中温度,反应速率较小;C、D两项相比,温度、酸的浓度一样,Mg比Fe活泼,D项中反应速率较大。
4.反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行,下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是( )。①增加C的量 ②将容器的容积缩小一半 ③保持容积不变,充入N2使体系压强增大 ④保持压强不变,充入N2使容器容积变大A.①④B.②③C.①③D.②④
解析:增大固体的量、恒容时充入不参与反应的气体对题述反应速率无影响。
整合建构1.计算化学反应速率的常用方法(1)公式法:
②同一反应速率,用不同的物质表示时,反应速率之比等于各物质的化学计量数之比。(2)“三段式”法:①写出有关反应的化学方程式;②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量;
③根据已知条件列方程式计算。例如,反应 mA+ nB pCt0 s/(ml·L-1) a b 0
2.化学反应速率的比较方法(1)看单位是否统一,若不统一,换算成相同的单位。(2)换算成用同一物质表示的反应速率,再比较数值的大小。(3)比较化学反应速率与化学计量数的比值,即对于一般反应aA+bB══
问题引领计算化学反应速率的根据是什么?如果用固体或纯液体表示化学反应的快慢,该如何描述?点拨计算化学反应速率的根据是单位时间内某种物质的某个物理量(常用浓度)的变化。如果用固体或纯液体表示化学反应的快慢,由于没有浓度变化之说,所以可以用单位时间内质量、物质的量、体积等物理量的变化来描述化学反应的快慢。
训练突破1.(2020河南开封质检)对于可逆反应A(g)+3B(s) 2C(g)+2D(g),在不同条件下的化学反应速率如下,其中表示的反应最快的是( )。A.v(A)=0.5 ml·L-1·min-1B.v(B)=1.2 ml·L-1·s-1C.v(D)=0.4 ml·L-1·min-1D.v(C)=0.1 ml·L-1·s-1
解析:将不同物质表示的反应速率换算成均用A物质表示的反应速率进行比较,B物质是固体,不能用B物质表示反应速率;C项中对应的v(A)=0.2 ml·L-1·min-1;D项中对应的v(A)=3 ml·L-1·min-1。
2.将6 ml CO2和8 ml H2充入一容积为2 L的密闭容器中(温度保持不变)发生反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0。测得H2的物质的量随时间的变化如图所示(图中字母后的数字表示对应的坐标)。该反应在8~10 min内CO2的平均反应速率是( )。A.0.5 ml·L-1·min-1B.0.1 ml·L-1·min- ml·L-1·min-1
整合建构1.利用碰撞理论分析说明外界条件改变对化学反应速率的影响的模型
2.变量控制法探究影响化学反应速率的因素(1)题型特点。在研究影响化学反应速率的因素时,由于外界影响因素较多,故为搞清某个因素的影响,均需控制其他因素相同或不变,再进行实验。因此,常用变量控制思想解决该类问题。(2)常见考查形式。①以表格的形式给出多组实验数据,找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。②给出影响化学反应速率的几种因素,设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。
问题引领(1)如何分析压强对化学反应速率的影响?(2)变量控制思想的解题策略是什么?点拨(1)压强对有气体参与的化学反应速率的影响。
(2)变量控制思想的解题策略。
训练突破1.某温度下,在容积一定的密闭容器中进行如下反应:2X(g)+Y(g) Z(g)+W(s) ΔH>0。下列叙述正确的是( )。A.向容器中充入氩气,反应速率不变B.加入少量W,逆反应速率增大C.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小D.将容器的容积压缩,可增大单位体积内活化分子的百分数,有效碰撞次数增大
解析:向恒容容器中充入氩气,各反应组分的浓度不变,反应速率不变,A项正确。W为固态,加入少量W,反应速率不变,B项错误。升高温度,正、逆反应速率均增大,C项错误。将容器的容积压缩,可增大单位体积内活化分子数和有效碰撞次数,但活化分子百分数不变,D项错误。
解析:根据题图可知,反应①和反应②中反应物总能量都大于生成物总能量,则反应①、反应②均为放热反应,A项正确。反应①、反应②和总反应都是放热反应,降低温度,平衡正向移动,B项正确。慢反应决定总反应速率,则总反应速率的快慢主要由反应①决定,C项正确。加入催化剂可改变反应的活化能,但不能改变焓变,D项错误。
3.兴趣小组探究锌片与盐酸、醋酸反应时浓度或温度对反应速率的影响,他们准备了以下化学用品:0.20 ml·L-1与0.40 ml·L-1的HCl溶液、0.2 ml·L-1与0.40 ml·L-1的CH3COOH溶液、0.10 ml·L-1 CuCl2溶液、锌片(形状、大小、质量相同)、秒表、石墨棒、导线、烧杯、几支试管和胶头滴管,酸液温度控制为298 K和308 K。
(1)酸液都取足量、相同体积,请你帮助完成以下实验设计表(表中不要留空格):
(2)若(1)中实验①锌片消失的时间是20 s,则锌片剩余质量与时间的关系如图所示。假设:该反应温度每升高10 ℃,反应速率是原来的2倍;温度相同、浓度相同时,醋酸的平均反应速率是盐酸的 。请你在此图中大致画出“实验②”(用实线)、“实验④”(用虚线)的锌片质量与时间的关系曲线。
(3)某实验小组在做(1)中实验④时误加少量0.10 ml·L-1 CuCl2溶液,发现反应速率与(1)中实验①接近。该组同学对影响因素提出如下假设,请完成假设三:假设一:Cu2+对该反应起催化剂作用假设二:Cl-对该反应起催化剂作用假设三: ……(4)请你设计实验验证上述假设三是否成立,写出实验步骤及预期现象: 。
答案:(1)④298 0.20 实验目的:a.不同温度 b.不同浓度(2)(3)形成Zn-Cu原电池,加快反应速率(其他答案合理亦可)(4)①将不连接的铜、锌电极插入稀硫酸中,锌电极上产生氢气,铜电极不反应;②将铜、锌电极用导线连接放入稀硫酸中,铜电极上迅速产生氢气,产生氢气的速率②大于①
解析:(1)实验①和②的不同点是盐酸的温度,所以是探究不同温度对Zn与盐酸反应速率的影响;实验①和③的不同点是盐酸的浓度,所以是探究不同浓度对Zn与盐酸反应速率的影响;实验①和④是探究相同温度下,相同浓度的盐酸、醋酸与锌反应速率的区别,所以实验④的温度是298 K,醋酸的浓度是0.20 ml·L-1。
(3)Zn置换出Cu,在醋酸中构成Zn-Cu原电池,能够增大反应速率,所以假设三为:形成Zn-Cu原电池,增大反应速率。(4)设计对照实验,其中一个为原电池,如①将不连接的铜、锌电极插入稀硫酸中,此过程中铜电极不反应,锌电极上产生氢气;②将铜、锌电极用导线连接放入稀硫酸中,可以观察到在铜电极上迅速产生氢气,产生氢气的速率大于①,根据①②可知,Zn-Cu构成原电池后可以大大增大反应速率。
整合建构1.物质的量(或浓度)-时间图像某温度时,在一个容积为2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线a、b、c如图所示。则该反应的化学方程式为3X+Y 2Z,前2 min内v(X)=0.075 ml·L-1·min-1。
2.速率-外界条件图像以N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·ml-1为例。(1)速率-浓度(c)图像。
(2)速率-温度(T)图像。
(3)速率-压强(p)图像。
(4)速率-催化剂图像。
重要结论:(1)外界条件(浓度、温度、压强等)增强,曲线在原图像的上方;外界条件减弱,曲线在原图像的下方。(2)浓度改变时,图像中一条曲线连续,一条曲线不连续;其他条件改变,图像中曲线不连续。
问题引领对于反应前后气体的化学计量数之和相等的反应,改变压强时速率变化曲线是怎样的?点拨对于反应前后气体的化学计量数之和相等的反应,改变压强时,v正、v逆同等程度增大或减小,速率变化曲线如图:
训练突破1.一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示,下列描述正确的是( )。A.反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为0.158 ml·L-1·s-1B.反应开始到10 s,X的物质的量浓度减少了0.79 ml·L-1C.反应开始到10 s,Y的转化率为79.0%D.反应的化学方程式为X(g)+Y(g) Z(g)
2.向某密闭容器中加入0.15 ml·L-1 A、0.05 ml·L-1 C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应,各物质浓度随时间变化如图甲所示[t0~t1时c(B)未画出,t1时增大到0.05 ml·L-1]。图乙为t2时刻后改变反应条件,平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况。
(1)若t4时改变的条件为减小压强,则B的起始物质的量浓度为__________ml·L-1。 (2)若t5时改变的条件是升温,此时v正>v逆,若A的物质的量减少0.03 ml时,容器与外界的热交换总量为a kJ,写出反应的热化学方程式: 。 (3)t3时改变的某一反应条件可能是 (选填字母)。 a.使用催化剂b.增大压强c.增大反应物浓度
答案:(1)0.02(2)3A(g) 2C(g)+B(g) ΔH=100a kJ·ml-1(3)ab解析:(1)t4时,减小压强,v正、v逆以同等程度减小,说明反应前后气体分子数相等,由A、C的浓度变化曲线知,到t1时,A、C的浓度变化量分别为Δc(A)=0.15 ml·L-1-0.06 ml·L-1=0.09 ml·L-1,Δc(C)=0.11 ml·L-1-0.05 ml·L-1=0.06 ml·L-1,即A、C的化学计量数之比为0.09 ml·L-1∶0.06 ml·L-1=3∶2,故反应的化学方程式为3A(g) 2C(g)+B(g),则B的起始浓度为0.05 ml·L-1-0.03 ml·L-1=0.02 ml·L-1。
【例题】 (2019全国Ⅰ节选)水煤气变换[CO(g)+H2O(g) CO2(g)+ H2(g)]是重要的化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题。(1)Shibata曾做过下列实验:①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CO(s),氧化钴部分被还原为金属钴C(s),平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。②在同一温度下用CO还原CO(s),平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。根据上述实验结果判断,还原CO(s)为C(s)的倾向是CO (填“大于”或“小于”)H2。
(2)721 ℃时,在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合,采用适当的催化剂进行反应,则平衡时体系中H2的物质的量分数为 (填字母)。 A.<0.25 ~0.50 E.>0.50
【核心素养考查点剖析】本题节选了2019全国Ⅰ第28题的一部分,本题是以“水煤气变换[CO(g)+H2O(g)══CO2(g)+H2(g)]的反应历程”为情境命制的,以考查考生的“变化观念和平衡思想”。
【答案及评分细则】(1)大于(用“>”表示不得分)(2)C(用其他形式的字母表示不得分)(3)0.004 7(用其他合理答案均可得分)b c a d(用其他形式的字母表示不得分,字母写成大写形式不得分,字母和空不对应不得分)
解析:(1)因平衡后气体CO的物质的量分数小于氢气的物质的量分数,因此CO还原CO(s)为C(s)的能力强于氢气还原CO(s)为C(s)的能力。
1.砷(As)是第四周期ⅤA族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。回答下列问题。(1)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式: 。该反应需要在加压下进行,原因是 。
①下列可判断反应达到平衡的是 (填字母)。 a.溶液的pH不再变化
d.c(I-)=y ml·L-1②tM时,v正 (填“大于”“小于”或“等于”)v逆。 ③tM时v逆 (填“大于”“小于”或“等于”)tN时v逆,理由是 。 ④若平衡时溶液的pH=14,则该反应的平衡常数K为 。
2.(2019天津卷节选)不同温度下反应3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s) 4SiHCl3(g) ΔH<0中SiCl4转化率如下图所示。下列叙述正确的是 (填字母)。 a.B点:v正>v逆b.v正:A点>E点c.反应适宜温度:480~520 ℃
答案:a、c解析:A→D是反应达平衡的过程,D点是平衡点;D→E是平衡移动的过程。B点未达平衡v正>v逆,a项正确;E点温度高于A点,则v正:A点
解析:使用光催化剂可以增大化学反应速率,A项不正确。使用光催化剂对正、逆反应的速率的影响是相同的,不能增大NO的转化率,B项不正确。升高温度能提高活化分子的百分数,故能增大反应速率,C项正确。该反应中的所有组分均为气体,故改变压强对反应速率有影响,D项不正确。
化学反应速率的影响因素化学反应速率的影响因素1.浓度对化学反应速率的影响(1)实验探究:
2.温度对化学反应速率的影响(1)实验探究:
3.催化剂对化学反应速率的影响(1)实验探究:
(2)实验结论:使用合适的催化剂,可增大化学反应速率。
为了探究影响化学反应速率的因素,4位同学分别设计了下列4个实验,其中结论不正确的是( )。A.将大小、形状相同的镁条和铝条与相同浓度、相同温度下的盐酸反应时,两者反应的速率相同B.盛有相同浓度H2O2溶液的两支试管,一支加入MnO2放在冷水中,一支直接放在冷水中,前者反应快C.将浓硝酸分别放在冷暗处和强光下,发现强光下的浓硝酸分解得快D.升高温度,H2O2的分解速率增大,原因是反应物分子的能量增加,活化分子百分数增大,有效碰撞次数增多
解析:将大小、形状相同的镁条和铝条与相同浓度、相同温度下的盐酸反应时,镁条反应得快,A项错误。在其他条件相同的情况下,加入催化剂,化学反应速率大,B项正确。条件相同的情况下,用强光照射,化学反应速率大,C项正确。 升高温度,活化分子的百分数增大,有效碰撞次数增多,反应速率增大,D项正确。
1.少量铁粉与100 mL 0.01 ml·L-1的稀盐酸反应,反应速率太小。为了增大此反应速率而不改变H2的产量,可以使用如下方法中的( )。①加入少量水 ②加入NaOH固体 ③滴加几滴浓盐酸 ④加入少量CuO固体 ⑤加入少量NaCl溶液 ⑥滴加几滴CuSO4溶液 ⑦升高温度(不考虑盐酸挥发) ⑧改用10 mL 0.1 ml·L-1的盐酸A.①⑤⑦B.②④⑥C.③⑦⑧D.③⑥⑦⑧
解析:铁与稀盐酸反应的实质是Fe+2H+══Fe2++H2↑,加入少量水,c(H+)减小,则反应速率减小,①不符合题意;加入NaOH固体,OH-与H+反应生成H2O,c(H+)减小,则反应速率减小,②不符合题意;滴加几滴浓盐酸,c(H+)增大,则反应速率增大,由于铁粉不足量,故产生H2的量不变,③符合题意;加入少量CuO固体,CuO与H+反应生成Cu2+,Fe会与Cu2+反应,使生成H2的量减小,④不符合题意;加入少量NaCl溶液,c(H+)减小,则反应速率减小,⑤不符合题意;滴加几滴CuSO4溶液,Fe与CuSO4发生置换反应生成Cu,Fe、Cu、稀盐酸可形成原电池,反应速率增大,由于消耗了Fe,则产生H2的量减小,⑥不符合题意;升高温度(不考虑盐酸挥发),反应速率增大,且产生H2的量不变,⑦符合题意;改用10 mL 0.1 ml·L-1的盐酸,c(H+)增大,则反应速率增大,由于铁粉不足量,故产生H2的量不变,⑧符合题意。
2.某学习小组用铁与稀硫酸反应探究“影响化学反应速率的因素”,数据如下表:
分析上表信息,下列说法错误的是( )。A.实验①和②表明固体反应物的表面积越大,反应速率越大B.仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有①和③C.实验③和④表明反应物温度越高,反应速率越小D.实验③将稀硫酸改为同体积、c(H+)相同的盐酸(其他条件不变),发现放出气泡的速率盐酸明显比硫酸快,其可能的原因是Cl-起催化作用
3.小明同学在探究常温下酸的性质时,误把H2O2溶液当成酸与Al2O3粉末混合,发现有大量气泡产生。他联想到MnO2可作H2O2分解的催化剂,那么,Al2O3能否作H2O2分解的催化剂?请你一起参与探究,并填写下列空白。(1)[提出问题]Al2O3能否作H2O2分解的催化剂?(2)[猜想]①Al2O3能作H2O2分解的催化剂。②Al2O3不能作H2O2分解的催化剂。(3)[实验验证]
(4)[结论]Al2O3能作H2O2分解的催化剂。(5)[讨论与反思]有的同学认为只有上述两个实验不能完全证明Al2O3在H2O2分解中起了催化作用,还应补充一个探究实验前后Al2O3的量是否改变的实验。实验三:①准确称量Al2O3(少量)的质量;②完成实验二;③待反应结束后,将实验二试管里的物质进行 ;④ 。 (6)有同学认为,即使实验三中Al2O3在反应前后质量不变,要证明猜想,上述三个实验还不足够,仍需要再增加一个实验,应该探究 。
1.能从化学反应快慢的角度解释生产、生活中简单的化学现象。能运用变量控制的方法探究化学反应速率的影响因素,能初步解释化学实验和化工生产中反应条件的选择问题。2.能进行化学反应速率的简单计算,能通过实验探究分析不同组分浓度改变对化学反应速率的影响,能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。3.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题,能讨论化学反应条件的选择和优化。4.针对典型案例,能从速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。
1.本部分主要考查:(1)化学反应速率的计算与比较。(2)外界条件对化学反应速率的影响。(3)与化学反应速率有关的图像分析。2.对化学反应速率的复习,需抓住以下几点:一是理解化学反应速率的概念以及相关的计算;二是全面掌握影响反应速率的因素以及与化学平衡相结合的图像分析;三是理解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.表示方法通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示。2.数学表达式及单位
3.化学反应速率与化学计量数的关系对于已知反应:mA(g)+nB(g)══pC(g)+qD(g),在同一段时间内,用不同物质来表示该反应速率,当单位相同时,反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)= m∶n∶p∶q。如在一个容积为2 L的容器中发生反应:3A(g)+B(g)══ 2C(g),加入2 ml A,1 s后剩余1.4 ml,则v(A)=0.3 ml·L-1·s-1,v(B)=0.1 ml·L-1·s-1,v(C)=0.2 ml·L-1·s-1。
特别提醒(1)化学反应速率一般指反应的平均反应速率而不是瞬时反应速率,且无论用反应物还是用生成物表示均取正值。(2)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同。(3)不能用固体或纯液体来表示化学反应速率。
知识巩固1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象越明显。( )(2)单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率,生成物浓度的变化量表示逆反应速率。( )(3)化学反应速率为0.8 ml·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 ml·L-1。( )(4)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率数值越大,表示化学反应速率越大。( )
2.向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液时,首先产生白色沉淀,然后沉淀迅速转变为红褐色,这是因为发生了反应4Fe(OH)2+2H2O+O2══4Fe(OH)3,对于该反应速率的描述正确的是( )。A.在这一反应中,各物质的消耗速率相等B.若反应中消耗4 ml H2O,则必定同时生成2 ml Fe(OH)3C.4v[Fe(OH)2]=2v(H2O)=v(O2)D.反应中消耗1 ml O2,必定同时消耗2 ml H2O
解析:对于同一个反应来说,化学反应速率可以用各反应物或生成物的浓度变化来表示,且各物质表示的反应速率的数值与化学方程式中的化学计量数成正比。
3.反应4A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g),经2 min后,B的浓度减少了0.6 ml·L-1。下列对此反应速率的描述正确的是( )。A.用A表示的反应速率是0.8 ml·L-1·s-1B.分别用B、C、D表示的反应速率,其比值是3∶2∶1C.在2 min末时的反应速率,用反应物B来表示是0.3 ml·L-1·min-1D.在这2 min内用B和C表示的反应速率的值都是相同的
知识筛查1.影响化学反应速率的因素(1)内因(主要因素)。反应物的组成、结构和性质等因素。
(2)外因(其他条件不变,只改变一个条件)。
特别提醒(1)温度对反应速率的影响具有一致性,升高温度,v正、v逆都增大;降低温度,v正、v逆都减小。(2)改变压强,实质是通过改变容器容积而使浓度发生改变来实现化学反应速率的改变。若压强改变导致了反应物浓度增大或减小,则化学反应速率会增大或减小。(3)在比较溶液中物质的浓度对反应速率的影响时,不能只看加入时物质的浓度,应该看加入后其在混合液中的浓度。(4)固体反应物量的增减,不能改变化学反应速率,固体的表面积改变能改变化学反应速率。
2.从活化分子角度的理论解释(1)有效碰撞、活化分子和活化能。①有效碰撞:能发生反应的分子之间的碰撞。②活化分子:能够发生有效碰撞的分子。③活化能:如图所示,E1表示活化能;使用催化剂时的活化能为 E3 ,E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量;反应热为 E1-E2 。
(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系。
知识巩固1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)增大反应物浓度可增大反应速率,因此用浓硫酸与铁反应能增大生成H2的速率。( )(2)增大压强(减小容器容积),活化分子数增加,有效碰撞次数增加。( )(3)因为反应物浓度越大,反应速率越大,所以常温下,两块相同的铝片分别加入足量的浓、稀硝酸中,浓硝酸中铝片先溶解完。( )(4)升高温度,活化分子百分数增加,有效碰撞次数增加。( )(5)外界条件不变时,对某一反应来说,活化分子在反应物分子中所占的百分数是一定的。( )
(6)对于反应2H2O2══2H2O+O2↑,加入MnO2或升高温度都能增大O2的生成速率。( )(7)活化分子之间的碰撞一定是有效碰撞。( )(8)常温下钠与足量O2反应生成Na2O,随温度升高生成Na2O的速率逐渐增大。( )
2.对反应A+B AB来说,常温下按以下情况进行反应:①20 mL溶液中含A、B各0.01 ml ②50 mL溶液中含A、B各0.05 ml ③0.1 ml·L-1的A、B溶液各10 mL ④0.5 ml·L-1的A、B溶液各50 mL,四者反应速率的大小关系是( )。(忽略溶液混合引起的体积变化)A.②>①>④>③B.④>③>②>①C.①>②>④>③D.①>②>③>④
3.已知下列各组反应的反应物(表中的物质均为反应物)及温度,则反应开始时,放出H2速率最大的是( )。
解析:HNO3与Mg反应不能产生H2而产生NO,A项不符合题意。B项中温度为30 ℃,低于C、D两项中温度,反应速率较小;C、D两项相比,温度、酸的浓度一样,Mg比Fe活泼,D项中反应速率较大。
4.反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行,下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是( )。①增加C的量 ②将容器的容积缩小一半 ③保持容积不变,充入N2使体系压强增大 ④保持压强不变,充入N2使容器容积变大A.①④B.②③C.①③D.②④
解析:增大固体的量、恒容时充入不参与反应的气体对题述反应速率无影响。
整合建构1.计算化学反应速率的常用方法(1)公式法:
②同一反应速率,用不同的物质表示时,反应速率之比等于各物质的化学计量数之比。(2)“三段式”法:①写出有关反应的化学方程式;②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量;
③根据已知条件列方程式计算。例如,反应 mA+ nB pCt0 s/(ml·L-1) a b 0
2.化学反应速率的比较方法(1)看单位是否统一,若不统一,换算成相同的单位。(2)换算成用同一物质表示的反应速率,再比较数值的大小。(3)比较化学反应速率与化学计量数的比值,即对于一般反应aA+bB══
问题引领计算化学反应速率的根据是什么?如果用固体或纯液体表示化学反应的快慢,该如何描述?点拨计算化学反应速率的根据是单位时间内某种物质的某个物理量(常用浓度)的变化。如果用固体或纯液体表示化学反应的快慢,由于没有浓度变化之说,所以可以用单位时间内质量、物质的量、体积等物理量的变化来描述化学反应的快慢。
训练突破1.(2020河南开封质检)对于可逆反应A(g)+3B(s) 2C(g)+2D(g),在不同条件下的化学反应速率如下,其中表示的反应最快的是( )。A.v(A)=0.5 ml·L-1·min-1B.v(B)=1.2 ml·L-1·s-1C.v(D)=0.4 ml·L-1·min-1D.v(C)=0.1 ml·L-1·s-1
解析:将不同物质表示的反应速率换算成均用A物质表示的反应速率进行比较,B物质是固体,不能用B物质表示反应速率;C项中对应的v(A)=0.2 ml·L-1·min-1;D项中对应的v(A)=3 ml·L-1·min-1。
2.将6 ml CO2和8 ml H2充入一容积为2 L的密闭容器中(温度保持不变)发生反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0。测得H2的物质的量随时间的变化如图所示(图中字母后的数字表示对应的坐标)。该反应在8~10 min内CO2的平均反应速率是( )。A.0.5 ml·L-1·min-1B.0.1 ml·L-1·min- ml·L-1·min-1
整合建构1.利用碰撞理论分析说明外界条件改变对化学反应速率的影响的模型
2.变量控制法探究影响化学反应速率的因素(1)题型特点。在研究影响化学反应速率的因素时,由于外界影响因素较多,故为搞清某个因素的影响,均需控制其他因素相同或不变,再进行实验。因此,常用变量控制思想解决该类问题。(2)常见考查形式。①以表格的形式给出多组实验数据,找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。②给出影响化学反应速率的几种因素,设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。
问题引领(1)如何分析压强对化学反应速率的影响?(2)变量控制思想的解题策略是什么?点拨(1)压强对有气体参与的化学反应速率的影响。
(2)变量控制思想的解题策略。
训练突破1.某温度下,在容积一定的密闭容器中进行如下反应:2X(g)+Y(g) Z(g)+W(s) ΔH>0。下列叙述正确的是( )。A.向容器中充入氩气,反应速率不变B.加入少量W,逆反应速率增大C.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小D.将容器的容积压缩,可增大单位体积内活化分子的百分数,有效碰撞次数增大
解析:向恒容容器中充入氩气,各反应组分的浓度不变,反应速率不变,A项正确。W为固态,加入少量W,反应速率不变,B项错误。升高温度,正、逆反应速率均增大,C项错误。将容器的容积压缩,可增大单位体积内活化分子数和有效碰撞次数,但活化分子百分数不变,D项错误。
解析:根据题图可知,反应①和反应②中反应物总能量都大于生成物总能量,则反应①、反应②均为放热反应,A项正确。反应①、反应②和总反应都是放热反应,降低温度,平衡正向移动,B项正确。慢反应决定总反应速率,则总反应速率的快慢主要由反应①决定,C项正确。加入催化剂可改变反应的活化能,但不能改变焓变,D项错误。
3.兴趣小组探究锌片与盐酸、醋酸反应时浓度或温度对反应速率的影响,他们准备了以下化学用品:0.20 ml·L-1与0.40 ml·L-1的HCl溶液、0.2 ml·L-1与0.40 ml·L-1的CH3COOH溶液、0.10 ml·L-1 CuCl2溶液、锌片(形状、大小、质量相同)、秒表、石墨棒、导线、烧杯、几支试管和胶头滴管,酸液温度控制为298 K和308 K。
(1)酸液都取足量、相同体积,请你帮助完成以下实验设计表(表中不要留空格):
(2)若(1)中实验①锌片消失的时间是20 s,则锌片剩余质量与时间的关系如图所示。假设:该反应温度每升高10 ℃,反应速率是原来的2倍;温度相同、浓度相同时,醋酸的平均反应速率是盐酸的 。请你在此图中大致画出“实验②”(用实线)、“实验④”(用虚线)的锌片质量与时间的关系曲线。
(3)某实验小组在做(1)中实验④时误加少量0.10 ml·L-1 CuCl2溶液,发现反应速率与(1)中实验①接近。该组同学对影响因素提出如下假设,请完成假设三:假设一:Cu2+对该反应起催化剂作用假设二:Cl-对该反应起催化剂作用假设三: ……(4)请你设计实验验证上述假设三是否成立,写出实验步骤及预期现象: 。
答案:(1)④298 0.20 实验目的:a.不同温度 b.不同浓度(2)(3)形成Zn-Cu原电池,加快反应速率(其他答案合理亦可)(4)①将不连接的铜、锌电极插入稀硫酸中,锌电极上产生氢气,铜电极不反应;②将铜、锌电极用导线连接放入稀硫酸中,铜电极上迅速产生氢气,产生氢气的速率②大于①
解析:(1)实验①和②的不同点是盐酸的温度,所以是探究不同温度对Zn与盐酸反应速率的影响;实验①和③的不同点是盐酸的浓度,所以是探究不同浓度对Zn与盐酸反应速率的影响;实验①和④是探究相同温度下,相同浓度的盐酸、醋酸与锌反应速率的区别,所以实验④的温度是298 K,醋酸的浓度是0.20 ml·L-1。
(3)Zn置换出Cu,在醋酸中构成Zn-Cu原电池,能够增大反应速率,所以假设三为:形成Zn-Cu原电池,增大反应速率。(4)设计对照实验,其中一个为原电池,如①将不连接的铜、锌电极插入稀硫酸中,此过程中铜电极不反应,锌电极上产生氢气;②将铜、锌电极用导线连接放入稀硫酸中,可以观察到在铜电极上迅速产生氢气,产生氢气的速率大于①,根据①②可知,Zn-Cu构成原电池后可以大大增大反应速率。
整合建构1.物质的量(或浓度)-时间图像某温度时,在一个容积为2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线a、b、c如图所示。则该反应的化学方程式为3X+Y 2Z,前2 min内v(X)=0.075 ml·L-1·min-1。
2.速率-外界条件图像以N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·ml-1为例。(1)速率-浓度(c)图像。
(2)速率-温度(T)图像。
(3)速率-压强(p)图像。
(4)速率-催化剂图像。
重要结论:(1)外界条件(浓度、温度、压强等)增强,曲线在原图像的上方;外界条件减弱,曲线在原图像的下方。(2)浓度改变时,图像中一条曲线连续,一条曲线不连续;其他条件改变,图像中曲线不连续。
问题引领对于反应前后气体的化学计量数之和相等的反应,改变压强时速率变化曲线是怎样的?点拨对于反应前后气体的化学计量数之和相等的反应,改变压强时,v正、v逆同等程度增大或减小,速率变化曲线如图:
训练突破1.一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示,下列描述正确的是( )。A.反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为0.158 ml·L-1·s-1B.反应开始到10 s,X的物质的量浓度减少了0.79 ml·L-1C.反应开始到10 s,Y的转化率为79.0%D.反应的化学方程式为X(g)+Y(g) Z(g)
2.向某密闭容器中加入0.15 ml·L-1 A、0.05 ml·L-1 C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应,各物质浓度随时间变化如图甲所示[t0~t1时c(B)未画出,t1时增大到0.05 ml·L-1]。图乙为t2时刻后改变反应条件,平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况。
(1)若t4时改变的条件为减小压强,则B的起始物质的量浓度为__________ml·L-1。 (2)若t5时改变的条件是升温,此时v正>v逆,若A的物质的量减少0.03 ml时,容器与外界的热交换总量为a kJ,写出反应的热化学方程式: 。 (3)t3时改变的某一反应条件可能是 (选填字母)。 a.使用催化剂b.增大压强c.增大反应物浓度
答案:(1)0.02(2)3A(g) 2C(g)+B(g) ΔH=100a kJ·ml-1(3)ab解析:(1)t4时,减小压强,v正、v逆以同等程度减小,说明反应前后气体分子数相等,由A、C的浓度变化曲线知,到t1时,A、C的浓度变化量分别为Δc(A)=0.15 ml·L-1-0.06 ml·L-1=0.09 ml·L-1,Δc(C)=0.11 ml·L-1-0.05 ml·L-1=0.06 ml·L-1,即A、C的化学计量数之比为0.09 ml·L-1∶0.06 ml·L-1=3∶2,故反应的化学方程式为3A(g) 2C(g)+B(g),则B的起始浓度为0.05 ml·L-1-0.03 ml·L-1=0.02 ml·L-1。
【例题】 (2019全国Ⅰ节选)水煤气变换[CO(g)+H2O(g) CO2(g)+ H2(g)]是重要的化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题。(1)Shibata曾做过下列实验:①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CO(s),氧化钴部分被还原为金属钴C(s),平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。②在同一温度下用CO还原CO(s),平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。根据上述实验结果判断,还原CO(s)为C(s)的倾向是CO (填“大于”或“小于”)H2。
(2)721 ℃时,在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合,采用适当的催化剂进行反应,则平衡时体系中H2的物质的量分数为 (填字母)。 A.<0.25 ~0.50 E.>0.50
【核心素养考查点剖析】本题节选了2019全国Ⅰ第28题的一部分,本题是以“水煤气变换[CO(g)+H2O(g)══CO2(g)+H2(g)]的反应历程”为情境命制的,以考查考生的“变化观念和平衡思想”。
【答案及评分细则】(1)大于(用“>”表示不得分)(2)C(用其他形式的字母表示不得分)(3)0.004 7(用其他合理答案均可得分)b c a d(用其他形式的字母表示不得分,字母写成大写形式不得分,字母和空不对应不得分)
解析:(1)因平衡后气体CO的物质的量分数小于氢气的物质的量分数,因此CO还原CO(s)为C(s)的能力强于氢气还原CO(s)为C(s)的能力。
1.砷(As)是第四周期ⅤA族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。回答下列问题。(1)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式: 。该反应需要在加压下进行,原因是 。
①下列可判断反应达到平衡的是 (填字母)。 a.溶液的pH不再变化
d.c(I-)=y ml·L-1②tM时,v正 (填“大于”“小于”或“等于”)v逆。 ③tM时v逆 (填“大于”“小于”或“等于”)tN时v逆,理由是 。 ④若平衡时溶液的pH=14,则该反应的平衡常数K为 。
2.(2019天津卷节选)不同温度下反应3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s) 4SiHCl3(g) ΔH<0中SiCl4转化率如下图所示。下列叙述正确的是 (填字母)。 a.B点:v正>v逆b.v正:A点>E点c.反应适宜温度:480~520 ℃
答案:a、c解析:A→D是反应达平衡的过程,D点是平衡点;D→E是平衡移动的过程。B点未达平衡v正>v逆,a项正确;E点温度高于A点,则v正:A点
解析:使用光催化剂可以增大化学反应速率,A项不正确。使用光催化剂对正、逆反应的速率的影响是相同的,不能增大NO的转化率,B项不正确。升高温度能提高活化分子的百分数,故能增大反应速率,C项正确。该反应中的所有组分均为气体,故改变压强对反应速率有影响,D项不正确。
化学反应速率的影响因素化学反应速率的影响因素1.浓度对化学反应速率的影响(1)实验探究:
2.温度对化学反应速率的影响(1)实验探究:
3.催化剂对化学反应速率的影响(1)实验探究:
(2)实验结论:使用合适的催化剂,可增大化学反应速率。
为了探究影响化学反应速率的因素,4位同学分别设计了下列4个实验,其中结论不正确的是( )。A.将大小、形状相同的镁条和铝条与相同浓度、相同温度下的盐酸反应时,两者反应的速率相同B.盛有相同浓度H2O2溶液的两支试管,一支加入MnO2放在冷水中,一支直接放在冷水中,前者反应快C.将浓硝酸分别放在冷暗处和强光下,发现强光下的浓硝酸分解得快D.升高温度,H2O2的分解速率增大,原因是反应物分子的能量增加,活化分子百分数增大,有效碰撞次数增多
解析:将大小、形状相同的镁条和铝条与相同浓度、相同温度下的盐酸反应时,镁条反应得快,A项错误。在其他条件相同的情况下,加入催化剂,化学反应速率大,B项正确。条件相同的情况下,用强光照射,化学反应速率大,C项正确。 升高温度,活化分子的百分数增大,有效碰撞次数增多,反应速率增大,D项正确。
1.少量铁粉与100 mL 0.01 ml·L-1的稀盐酸反应,反应速率太小。为了增大此反应速率而不改变H2的产量,可以使用如下方法中的( )。①加入少量水 ②加入NaOH固体 ③滴加几滴浓盐酸 ④加入少量CuO固体 ⑤加入少量NaCl溶液 ⑥滴加几滴CuSO4溶液 ⑦升高温度(不考虑盐酸挥发) ⑧改用10 mL 0.1 ml·L-1的盐酸A.①⑤⑦B.②④⑥C.③⑦⑧D.③⑥⑦⑧
解析:铁与稀盐酸反应的实质是Fe+2H+══Fe2++H2↑,加入少量水,c(H+)减小,则反应速率减小,①不符合题意;加入NaOH固体,OH-与H+反应生成H2O,c(H+)减小,则反应速率减小,②不符合题意;滴加几滴浓盐酸,c(H+)增大,则反应速率增大,由于铁粉不足量,故产生H2的量不变,③符合题意;加入少量CuO固体,CuO与H+反应生成Cu2+,Fe会与Cu2+反应,使生成H2的量减小,④不符合题意;加入少量NaCl溶液,c(H+)减小,则反应速率减小,⑤不符合题意;滴加几滴CuSO4溶液,Fe与CuSO4发生置换反应生成Cu,Fe、Cu、稀盐酸可形成原电池,反应速率增大,由于消耗了Fe,则产生H2的量减小,⑥不符合题意;升高温度(不考虑盐酸挥发),反应速率增大,且产生H2的量不变,⑦符合题意;改用10 mL 0.1 ml·L-1的盐酸,c(H+)增大,则反应速率增大,由于铁粉不足量,故产生H2的量不变,⑧符合题意。
2.某学习小组用铁与稀硫酸反应探究“影响化学反应速率的因素”,数据如下表:
分析上表信息,下列说法错误的是( )。A.实验①和②表明固体反应物的表面积越大,反应速率越大B.仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有①和③C.实验③和④表明反应物温度越高,反应速率越小D.实验③将稀硫酸改为同体积、c(H+)相同的盐酸(其他条件不变),发现放出气泡的速率盐酸明显比硫酸快,其可能的原因是Cl-起催化作用
3.小明同学在探究常温下酸的性质时,误把H2O2溶液当成酸与Al2O3粉末混合,发现有大量气泡产生。他联想到MnO2可作H2O2分解的催化剂,那么,Al2O3能否作H2O2分解的催化剂?请你一起参与探究,并填写下列空白。(1)[提出问题]Al2O3能否作H2O2分解的催化剂?(2)[猜想]①Al2O3能作H2O2分解的催化剂。②Al2O3不能作H2O2分解的催化剂。(3)[实验验证]
(4)[结论]Al2O3能作H2O2分解的催化剂。(5)[讨论与反思]有的同学认为只有上述两个实验不能完全证明Al2O3在H2O2分解中起了催化作用,还应补充一个探究实验前后Al2O3的量是否改变的实验。实验三:①准确称量Al2O3(少量)的质量;②完成实验二;③待反应结束后,将实验二试管里的物质进行 ;④ 。 (6)有同学认为,即使实验三中Al2O3在反应前后质量不变,要证明猜想,上述三个实验还不足够,仍需要再增加一个实验,应该探究 。
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