- 纯碱的生产
- 共208题
我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业做出了突出贡献.他利用NaHCO3、NaCl、NH4Cl等物质溶解度的差异,以食盐、氨气、二氧化碳等为原料先制得NaHCO3,进而生产出纯碱.下面是在实验室中模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的实验步骤:
第一步:连接好装置,检验气密性,在仪器内装入药品.
第二步:先让一装置发生反应,直到产生的气体不能再在C中溶解时,再通入另一装置中产生的气体,片刻后,C中出现固体.继续向C中通入两种气体,直到不再有固体产生.
第三步:过滤C中所得的混合物,得到NaHCO3固体.
第四步:向滤液中加入适量的NaCl粉末,有NH4Cl晶体析出.
请回答下列问题:
(1)图中装置的连接顺序是:(a)接______,______接______,(b)接______.
(2)A中常选用的固体反应物为______,D中应选用的液体为______:B中发生反应的化学方程式为______.
(3)第二步骤中必须先让______装置先发生反应.
(4)C中用球形干燥管而不用直导管,其作用是______,C中广口瓶内产生固体的总化学方程式为______.
(5)第四步中分离出NH4Cl晶体的操作是______;其所得的NH4Cl晶体中常含有少量的NaCl和NaHCO3约占5%-8%),请设计一个简单的实验证明所得固体的成分大部分是NH4Cl.简要写出操作和现象______.
正确答案
解:(1)足量的CO2与NaOH反应生成NaHCO3,装置A产生CO2,装置B产生NH3,装置D除去二氧化碳中的HCl,二氧化碳与氨气通入C中应防止倒吸,则b接c,故a接f、e接d,
故答案为:f、e、d、c;
(2)A装置是制备二氧化碳气体的反应,所以固体为CaCO3用块状石灰石,生成的二氧化碳气体中含有氯化氢,若不除去碳酸氢钠难以形成,所以应用饱和碳酸氢钠溶液或饱和氯化钠溶液除去,B是制取氨气装置,氧化钙和氨水反应生成氢氧化钙和氨气,反应为CaO+NH3•H2O=Ca(OH)2+NH3↑,
故答案为:块状石灰石;饱和NaHCO3溶液;CaO+NH3•H2O=Ca(OH)2+NH3↑;
(3)候氏制碱方法是利用氨气溶解性大极易溶解于水,二氧化碳气体水中溶解性较小,实验饱和食盐水中先通入氨气,再通入二氧化碳气体;实验操作过程中,应让B装置先发生反应,
故答案为:B;
(4)氨气极易溶于水,用直导管向饱和氯化钠溶液中通入氨气,容易发生倒吸,C中用球形干燥管球形部分液面上升慢起缓冲作用,可以防止倒吸,
侯氏制碱法,也称为联合制碱法,化学反应原理是用氨气和二氧化碳与氯化钠饱和溶液反应生成碳酸氢钠,然后加热碳酸氢钠制取碳酸钠,所以C中广口瓶内产生固体的总化学方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓,
故答案为:防倒吸;CO2+NH3+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl;
(5)第四步:向滤液中加入适量的NaCl粉末,有NH4Cl晶体析出,分离固体和液体用过滤的方法,步骤④中所得的氯化铵晶体中常含有少量的氯化钠和碳酸氢钠(约占5%~8%),设计简单的实验证明所得固体的成分大部分是氯化铵,是利用氯化铵的分解产物为气体,温度降低氨气和氯化氢气体会重新生成固体氯化氨,方法为:取少量样品于试管中,用酒精灯加热,看到试管上端有白烟生成(或试管口有白色晶体),最后剩余极少量的固体,从而证明所得固体的成分大部分是氯化铵;
故答案为:过滤;取少量样品于试管中,用酒精灯加热,看到试管上端有白烟生成(或试管口有白色晶体),最后剩余极少量的固体,从而证明所得固体的成分大部分是氯化铵;
解析
解:(1)足量的CO2与NaOH反应生成NaHCO3,装置A产生CO2,装置B产生NH3,装置D除去二氧化碳中的HCl,二氧化碳与氨气通入C中应防止倒吸,则b接c,故a接f、e接d,
故答案为:f、e、d、c;
(2)A装置是制备二氧化碳气体的反应,所以固体为CaCO3用块状石灰石,生成的二氧化碳气体中含有氯化氢,若不除去碳酸氢钠难以形成,所以应用饱和碳酸氢钠溶液或饱和氯化钠溶液除去,B是制取氨气装置,氧化钙和氨水反应生成氢氧化钙和氨气,反应为CaO+NH3•H2O=Ca(OH)2+NH3↑,
故答案为:块状石灰石;饱和NaHCO3溶液;CaO+NH3•H2O=Ca(OH)2+NH3↑;
(3)候氏制碱方法是利用氨气溶解性大极易溶解于水,二氧化碳气体水中溶解性较小,实验饱和食盐水中先通入氨气,再通入二氧化碳气体;实验操作过程中,应让B装置先发生反应,
故答案为:B;
(4)氨气极易溶于水,用直导管向饱和氯化钠溶液中通入氨气,容易发生倒吸,C中用球形干燥管球形部分液面上升慢起缓冲作用,可以防止倒吸,
侯氏制碱法,也称为联合制碱法,化学反应原理是用氨气和二氧化碳与氯化钠饱和溶液反应生成碳酸氢钠,然后加热碳酸氢钠制取碳酸钠,所以C中广口瓶内产生固体的总化学方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓,
故答案为:防倒吸;CO2+NH3+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl;
(5)第四步:向滤液中加入适量的NaCl粉末,有NH4Cl晶体析出,分离固体和液体用过滤的方法,步骤④中所得的氯化铵晶体中常含有少量的氯化钠和碳酸氢钠(约占5%~8%),设计简单的实验证明所得固体的成分大部分是氯化铵,是利用氯化铵的分解产物为气体,温度降低氨气和氯化氢气体会重新生成固体氯化氨,方法为:取少量样品于试管中,用酒精灯加热,看到试管上端有白烟生成(或试管口有白色晶体),最后剩余极少量的固体,从而证明所得固体的成分大部分是氯化铵;
故答案为:过滤;取少量样品于试管中,用酒精灯加热,看到试管上端有白烟生成(或试管口有白色晶体),最后剩余极少量的固体,从而证明所得固体的成分大部分是氯化铵;
“侯氏制碱法”是我国著名的工业化学家侯德榜发明的,该制碱法为中国化学工业乃至世界化学工业做出了重要的贡献.请回答以下问题:
(1)为了验证NaHCO3和Na2CO3的稳定性,设计了如图1的实验装置(铁架台、夹持仪器、加热装置等已省略):
在Y中应放的物质是______(填化学式);
(2)某化学研究性学习小组以NH3、CO2、饱和食盐水为原料,模拟侯德榜先生制碱原理设计了如图2的实验装置.
①写出对应仪器的名称:a______,b______;
②实验的操作步骤中,打开旋塞K1、K2的合理顺序为:先打开______,后打开______(填字母代号).理由是______;
③利用该装置制得的NaHCO3将采用______(填实验操作)分离;装置中气胆的作用是______;
(3)实验室欲配制500mL0.1mol•L-1NaHCO3溶液.
①配制溶液时需用的玻璃仪器主要有量筒、烧杯、玻璃棒、______、______;
②下列情况会造成所配溶液的浓度偏低的是______.
a.加水时超过刻度线 b.容量瓶内壁附有水珠而未干燥处理
c.未洗涤烧杯和玻璃棒 d.定容时俯视刻度线.
正确答案
解:(1)Y是直接加热的固体,可选择碳酸钠,X是间接加热选择碳酸氢钠,这样实验时直接加热的碳酸钠不分解,间接加热的碳酸氢钠发生分解,可得到碳酸钠比碳酸氢钠稳定,故答案为:Na2CO3;
(2)①装置中仪器a是分液漏斗,b是圆底烧瓶,故答案为:分液漏斗;圆底烧瓶;
②因为要先通NH3,再通CO2,则需先打开K1,再打开K2,主要是氨气在水中溶解度很大,先通氨气有利于二氧化碳的充分吸收,可提高制碱的效率,故答案为:K1;K2;氨气在水中溶解度很大,先通氨气有利于二氧化碳的充分吸收,可提高制碱的效率;
③利用过虑操作从反应后的混合液中获得碳酸氢钠,气胆可起到平衡内外压强,存储剩余气体的作用,故答案为:过滤;平衡内外压强,存储剩余气体;
(3)①配制5500mL0.1mol•L-1NaHCO3溶液,除量筒、烧杯、玻璃棒外还需要的玻璃仪器有500mL容量瓶及胶头滴管,故答案为:500mL容量瓶、胶头滴管;
②a.加水时超过刻度线,溶液体积偏大,浓度偏低,故正确;
b.容量瓶内壁附有水珠而未干燥处理,对溶质及溶液的体积无影响,对浓度也无影响,故错误;
c.未洗涤烧杯和玻璃棒,溶质没有完全转移到容量瓶中,浓度偏低,故正确;
d.定容时俯视刻度线,液面在刻度线以下,溶液体积偏小,浓度偏大,故错误;
故答案为:ac.
解析
解:(1)Y是直接加热的固体,可选择碳酸钠,X是间接加热选择碳酸氢钠,这样实验时直接加热的碳酸钠不分解,间接加热的碳酸氢钠发生分解,可得到碳酸钠比碳酸氢钠稳定,故答案为:Na2CO3;
(2)①装置中仪器a是分液漏斗,b是圆底烧瓶,故答案为:分液漏斗;圆底烧瓶;
②因为要先通NH3,再通CO2,则需先打开K1,再打开K2,主要是氨气在水中溶解度很大,先通氨气有利于二氧化碳的充分吸收,可提高制碱的效率,故答案为:K1;K2;氨气在水中溶解度很大,先通氨气有利于二氧化碳的充分吸收,可提高制碱的效率;
③利用过虑操作从反应后的混合液中获得碳酸氢钠,气胆可起到平衡内外压强,存储剩余气体的作用,故答案为:过滤;平衡内外压强,存储剩余气体;
(3)①配制5500mL0.1mol•L-1NaHCO3溶液,除量筒、烧杯、玻璃棒外还需要的玻璃仪器有500mL容量瓶及胶头滴管,故答案为:500mL容量瓶、胶头滴管;
②a.加水时超过刻度线,溶液体积偏大,浓度偏低,故正确;
b.容量瓶内壁附有水珠而未干燥处理,对溶质及溶液的体积无影响,对浓度也无影响,故错误;
c.未洗涤烧杯和玻璃棒,溶质没有完全转移到容量瓶中,浓度偏低,故正确;
d.定容时俯视刻度线,液面在刻度线以下,溶液体积偏小,浓度偏大,故错误;
故答案为:ac.
坐落在山东沿海地区的潍坊纯碱厂是我国重点大型企业,其生产工艺沿用我国化学侯德榜改革国外的纯碱生产工艺,生产流程可简要表示如图:
①上述生产纯碱的方法称______,副产品的一种用途为______.
②沉淀池中发生的化学反应方程式是______.
③写出上述流程中X物质的分子式______.
④使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上,主要是设计了______(填上述流程中的编号)的循环.
⑤向母液中通氨气,加入细小食盐颗粒,冷却析出副产品,通氨气的作用有______.
A.增大NH4+的浓度,使NH4Cl更多地析出
B.使NaHCO3更多地析出
C.使NaHCO3转化为Na2CO3,提高析出的NH4Cl纯度.
正确答案
解:①目前工业制碱方法有二:氨碱法和联合制碱法.题中方法由我们侯德邦所创,称为侯氏制碱法,也称为联合制碱法,反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓,得到一摩尔的碳酸氢钠同时得到一摩尔的氯化铵,故副产物为氯化铵,氯化铵可用来制作化肥,故答案为:联合制碱法或侯德榜制碱法,做化肥;
②沉淀池中发生的化学反应为饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳析出碳酸氢钠晶体,反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓,
故答案为:NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓;
③在联合制碱法中二氧化碳是反应的原料同时也是反应的副产物,可以循环利用,故答案为:CO2;
④循环Ⅰ是将未反应的氯化钠返回沉淀池中,故答案为:循环Ⅰ;
⑤氨气溶于水后生成氨水,氨水电离成铵根,增大铵根的浓度有利于氯化铵的析出来,所以选项A正确;
通入氨气使溶液碱性增强,使碳酸氢钠转换为溶解度较大的碳酸钠,可以提高氯化铵的纯度所以选项C正确,选项B错误;
故答案为:AC.
解析
解:①目前工业制碱方法有二:氨碱法和联合制碱法.题中方法由我们侯德邦所创,称为侯氏制碱法,也称为联合制碱法,反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓,得到一摩尔的碳酸氢钠同时得到一摩尔的氯化铵,故副产物为氯化铵,氯化铵可用来制作化肥,故答案为:联合制碱法或侯德榜制碱法,做化肥;
②沉淀池中发生的化学反应为饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳析出碳酸氢钠晶体,反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓,
故答案为:NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓;
③在联合制碱法中二氧化碳是反应的原料同时也是反应的副产物,可以循环利用,故答案为:CO2;
④循环Ⅰ是将未反应的氯化钠返回沉淀池中,故答案为:循环Ⅰ;
⑤氨气溶于水后生成氨水,氨水电离成铵根,增大铵根的浓度有利于氯化铵的析出来,所以选项A正确;
通入氨气使溶液碱性增强,使碳酸氢钠转换为溶解度较大的碳酸钠,可以提高氯化铵的纯度所以选项C正确,选项B错误;
故答案为:AC.
【化学选修2-化学与技术】
工业生产纯碱的工艺流程示意图如下:
完成下列填空:
(1)粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质(A来源于石灰窑厂),则B的化学式为______.
(2)②过滤后滤液中要通入C和D气体,则先通入的C气体是______(填化学式),原因是______.
(3)通入C和D气体后发生反应的化学方程式是______.
(4)④过滤后,向滤液中通入氨气,加入细小食盐颗粒,析出副产品______(填化学式),通氨气与加入细小食盐颗粒的作用是______.
(5)写出⑤煅烧发生反应的化学方程式:______.产品纯碱中含有碳酸氢钠.若用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数,纯碱中碳酸氢钠的质量分数ω(NaHCO3)=______(注明表达式中所用的有关符号的含义).
正确答案
解:(1)粗盐中含有硫酸根离子、碳酸根离子、镁离子,常用的提纯食盐的沉淀剂为氢氧化钙溶液和碳酸钠溶液,沉淀剂A来源于石灰窑厂,所以A是氢氧化钙,B是碳酸钠,故答案为:Na2CO3;
(2)二氧化碳微溶于水,先通入二氧化碳,溶液中生成极少量的碳酸,再通入氨气,生成的产物量少,且易生成碳酸铵,氨气在水中溶解度很大,先通入氨气,溶液中生成较多的一水合氨,再通入CO2,生成的产物量多,且易生成碳酸氢铵,
故答案为:NH3;因为二氧化碳在水中的溶解度小而氨气在水中的溶解度比较大,且通入氨气溶液呈碱性有利于反应进行;
(3)碳酸氢钠的溶解度比碳酸钠小,滤渣是碳酸氢钠,所以先后通入C和D气体后,发生反应NH3+H2O+CO2+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl,
故答案为:NH3+H2O+CO2+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl;
(4)先后通入C和D气体后,④过滤后,滤渣是碳酸氢钠,向滤液中通入氨气,加入细小食盐颗粒,溶液中的氯离子和铵根离子的浓度增大,使氯化铵大量析出,故析出的副产品为:NH4Cl,
故答案为:NH4Cl;增大溶液中的氯离子和铵根离子的浓度,使氯化铵大量析出;
(5)煅烧时,碳酸氢钠分解2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,生成碳酸钠,根据差量法加热前后的固体质量差为二氧化碳和水的质量之和,加热前纯碱的质量为m(加热前),加热后的质量为m(加热后),则加热损失的质量为:m(加热前)-m(加热后),根据2NaHCO3
Na2CO3+H2O+CO2↑,每当有168克碳酸氢钠分解,固体质量减少62克,则纯碱中碳酸氢钠的质量为:
;故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为
,
故答案为:.
解析
解:(1)粗盐中含有硫酸根离子、碳酸根离子、镁离子,常用的提纯食盐的沉淀剂为氢氧化钙溶液和碳酸钠溶液,沉淀剂A来源于石灰窑厂,所以A是氢氧化钙,B是碳酸钠,故答案为:Na2CO3;
(2)二氧化碳微溶于水,先通入二氧化碳,溶液中生成极少量的碳酸,再通入氨气,生成的产物量少,且易生成碳酸铵,氨气在水中溶解度很大,先通入氨气,溶液中生成较多的一水合氨,再通入CO2,生成的产物量多,且易生成碳酸氢铵,
故答案为:NH3;因为二氧化碳在水中的溶解度小而氨气在水中的溶解度比较大,且通入氨气溶液呈碱性有利于反应进行;
(3)碳酸氢钠的溶解度比碳酸钠小,滤渣是碳酸氢钠,所以先后通入C和D气体后,发生反应NH3+H2O+CO2+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl,
故答案为:NH3+H2O+CO2+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl;
(4)先后通入C和D气体后,④过滤后,滤渣是碳酸氢钠,向滤液中通入氨气,加入细小食盐颗粒,溶液中的氯离子和铵根离子的浓度增大,使氯化铵大量析出,故析出的副产品为:NH4Cl,
故答案为:NH4Cl;增大溶液中的氯离子和铵根离子的浓度,使氯化铵大量析出;
(5)煅烧时,碳酸氢钠分解2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,生成碳酸钠,根据差量法加热前后的固体质量差为二氧化碳和水的质量之和,加热前纯碱的质量为m(加热前),加热后的质量为m(加热后),则加热损失的质量为:m(加热前)-m(加热后),根据2NaHCO3
Na2CO3+H2O+CO2↑,每当有168克碳酸氢钠分解,固体质量减少62克,则纯碱中碳酸氢钠的质量为:
;故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为
,
故答案为:.
我国化工专家侯德榜发明的侯氏制碱法的化学原理是将二氧化碳通入氨水的氯化钠饱和溶液中,其化学反应方程式为:NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl.
(1)在实验室中利用上述原理从反应所得溶液中分离出碳酸氢钠晶体的实验操作称为______,该装置使用的玻璃仪器有玻璃棒、______、______.
(2)实验所得碳酸氢钠晶体中,可能含有的杂质离子有Cl-和NH4+,实验室鉴定Cl-所选用的试剂是______,所发生反应的离子方程式为:______;鉴定另一种杂质离子NH4+的实验检验方法是______.
(3)碳酸氢钠晶体受热分解可得到纯碱,其化学反应方程式为______.
正确答案
解:(1)提取液体中的固体并使其分离一般采用过滤的方式完成,过滤操作中用到的玻璃仪器主要有:烧杯、玻璃棒、漏斗,故答案为:过滤;烧杯;漏斗;
(2)实验室对溶液中氯离子的检验方法是:加入硝酸酸化的硝酸银溶液,如果由白色沉淀生成则可判断原溶液中存在氯离子,反应的离子方程式为Cl-+Ag+=AgCl↓;铵根离子的检验方法是:加入碱性较强的溶液并加热,如果能生成使湿润的紫色石蕊试纸变蓝的气体,则可证明铵根离子的存在,其原理是铵盐遇碱会生成氨气
故答案为:AgNO3溶液、稀HNO3;Cl-+Ag+=AgCl↓;取少量固体与强碱溶液混合加热,生成的气体用湿润的红色石蕊试纸检验;
(3)碳酸氢钠受热分解会生成碳酸钠、二氧化碳和水,反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,
故答案为:2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O.
解析
解:(1)提取液体中的固体并使其分离一般采用过滤的方式完成,过滤操作中用到的玻璃仪器主要有:烧杯、玻璃棒、漏斗,故答案为:过滤;烧杯;漏斗;
(2)实验室对溶液中氯离子的检验方法是:加入硝酸酸化的硝酸银溶液,如果由白色沉淀生成则可判断原溶液中存在氯离子,反应的离子方程式为Cl-+Ag+=AgCl↓;铵根离子的检验方法是:加入碱性较强的溶液并加热,如果能生成使湿润的紫色石蕊试纸变蓝的气体,则可证明铵根离子的存在,其原理是铵盐遇碱会生成氨气
故答案为:AgNO3溶液、稀HNO3;Cl-+Ag+=AgCl↓;取少量固体与强碱溶液混合加热,生成的气体用湿润的红色石蕊试纸检验;
(3)碳酸氢钠受热分解会生成碳酸钠、二氧化碳和水,反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,
故答案为:2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O.
侯氏制碱法制取纯碱的生产流程如图1所示:
某小组同学在实验室模拟该流程制纯碱,设计如下:
可供选择的试剂有:6mol•L-1盐酸、6mol•L-1硫酸、浓氨水、生石灰、石灰石、氯化铵、蒸馏水和冰.(夹持仪器略)
请回答:
(1)A装置中所装试剂是______和______,B装置的作用是______.
(2)用相关化学用语说明D装置制取气体的原理______.
(3)检验D装置中产生的气体的方法______.
(4)根据下表中四种物质的溶解度,回答:
①侯氏制碱是在30℃左右进行生产的,那么沉淀池中在3030℃C时析出的物质X是______,分离方法______.C装置中反应的化学方程式是______.
②依据上表和工业流程图1,为了从C装置中分离后的溶液中得到更多的副产品NH4Cl,可采取的措施是______.
a.加NH3和NaCl b.通入CO2 c.降低温度
(5)C装置中产品X经煅烧得到纯碱,其中常含有少量的NaCl,为测定其纯度,某实验小组设计的以下方案正确的是______.
①取纯碱样品ag于试管中,溶解后,加入过量盐酸,用碱石灰吸收产生的气体,碱石灰增重bg.
②取纯碱样品ag于试管中,溶解后,先加入过量硝酸酸化,再滴加过量的AgNO3溶液,产生的沉淀经过滤、洗涤、干燥,称其质量为bg.
③取纯碱样品ag于试管中,溶解后,滴加过量的CaCl2溶液,沉淀经过滤、洗涤、干燥,称其质量为bg.
正确答案
解:侯氏制碱法制取纯碱反应原理可用下列化学方程式表示:NaCl(饱和)+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O根据反应原理,实验操作过程为:先制得NH3(右边装置)和CO2(左边装置),B装置除去二氧化碳中的氯化氢;再将制得的气体依次通入C装置中饱和食盐水中即得碳酸氢钠晶体,再加热碳酸氢钠晶体就可以得到纯碱,
(1)实验室通常用稀盐酸与大理石(或石灰石)反应制取二氧化碳,碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳,CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑,所以A装置中所装试剂是6mol/L 盐酸、石灰石,B装置除去二氧化碳中的氯化氢,氯化氢能够与碳酸氢钠反应生成二氧化碳,
故答案为:6mol/L 盐酸;石灰石;除去CO2中的HCl;
(2)D装置为制取氨气的装置,选用浓氨水、生石灰制取,氧化钙与水反应放热,使NH3•H2O分解产生NH3,溶液中c(OH-)增大,使NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH-平衡逆向移动,利于NH3的逸出,CaO与水结合平衡逆向移动,
故答案为:氧化钙与水反应放热,使NH3•H2O分解产生NH3;溶液中c(OH-)增大,使NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH-平衡逆向移动,利于NH3的逸出,CaO与水结合平衡逆向移动;
(3)D装置为制取氨气的装置,氨气易溶于水,为碱性气体,可使湿润的红色石蕊试纸变蓝,利用该性质检验D装置中产生的气体,所以操作为:从C中取出D装置导管,将湿润的红色石蕊试纸放于导管口处,若变蓝,则产生的气体为NH3,
故答案为:从C中取出D装置导管,将湿润的红色石蕊试纸放于导管口处,若变蓝,则产生的气体为NH3;
(4)①根据溶解度表分析,30℃左右碳酸氢钠溶解度11.1g最小,所以沉淀池中在30℃C时析出的物质X是NaHCO3,固液分离的方法为过滤,C装置中二氧化碳、氨气和水反应生成碳酸氢钠,反应为:NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl,
故答案为:NaHCO3;过滤;NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl;
②a.氨气溶于水后生成氨水,氨水电离成铵根,增大铵根的浓度有利于氯化铵的析出来,加入氯化钠,增大溶液中氯离子浓度,有利于氯化铵的析出来,所以选项a正确;
b.通入二氧化碳对氯化铵的析出无影响,故b错误;
降低温度,可使氯化铵的溶解度降低,有利于氯化铵的析出来,所以选项C正确;
故答案为:a、c;
(5)①水蒸气会进入碱石灰,导致干燥管质量增加,测定的生成二氧化碳的质量偏大,碳酸钠的质量偏大,故①错误;
②取纯碱样品ag于试管中,溶解后,先加入过量硝酸酸化,再滴加过量的AgNO3溶液,产生氯化银沉淀,根据氯元素守恒,n(Cl)=n(AgCl)=n(NaCl),能测定其纯度,故②正确;
③取纯碱样品ag于试管中,溶解后,滴加过量的CaCl2溶液,沉淀经过滤、洗涤、干燥,得到碳酸钙,其质量为bg,根据碳元素守恒,n(CaCO3)=n(Na2CO3),能测定其纯度,故②正确;
故答案为:②、③.
解析
解:侯氏制碱法制取纯碱反应原理可用下列化学方程式表示:NaCl(饱和)+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O根据反应原理,实验操作过程为:先制得NH3(右边装置)和CO2(左边装置),B装置除去二氧化碳中的氯化氢;再将制得的气体依次通入C装置中饱和食盐水中即得碳酸氢钠晶体,再加热碳酸氢钠晶体就可以得到纯碱,
(1)实验室通常用稀盐酸与大理石(或石灰石)反应制取二氧化碳,碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳,CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑,所以A装置中所装试剂是6mol/L 盐酸、石灰石,B装置除去二氧化碳中的氯化氢,氯化氢能够与碳酸氢钠反应生成二氧化碳,
故答案为:6mol/L 盐酸;石灰石;除去CO2中的HCl;
(2)D装置为制取氨气的装置,选用浓氨水、生石灰制取,氧化钙与水反应放热,使NH3•H2O分解产生NH3,溶液中c(OH-)增大,使NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH-平衡逆向移动,利于NH3的逸出,CaO与水结合平衡逆向移动,
故答案为:氧化钙与水反应放热,使NH3•H2O分解产生NH3;溶液中c(OH-)增大,使NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH-平衡逆向移动,利于NH3的逸出,CaO与水结合平衡逆向移动;
(3)D装置为制取氨气的装置,氨气易溶于水,为碱性气体,可使湿润的红色石蕊试纸变蓝,利用该性质检验D装置中产生的气体,所以操作为:从C中取出D装置导管,将湿润的红色石蕊试纸放于导管口处,若变蓝,则产生的气体为NH3,
故答案为:从C中取出D装置导管,将湿润的红色石蕊试纸放于导管口处,若变蓝,则产生的气体为NH3;
(4)①根据溶解度表分析,30℃左右碳酸氢钠溶解度11.1g最小,所以沉淀池中在30℃C时析出的物质X是NaHCO3,固液分离的方法为过滤,C装置中二氧化碳、氨气和水反应生成碳酸氢钠,反应为:NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl,
故答案为:NaHCO3;过滤;NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl;
②a.氨气溶于水后生成氨水,氨水电离成铵根,增大铵根的浓度有利于氯化铵的析出来,加入氯化钠,增大溶液中氯离子浓度,有利于氯化铵的析出来,所以选项a正确;
b.通入二氧化碳对氯化铵的析出无影响,故b错误;
降低温度,可使氯化铵的溶解度降低,有利于氯化铵的析出来,所以选项C正确;
故答案为:a、c;
(5)①水蒸气会进入碱石灰,导致干燥管质量增加,测定的生成二氧化碳的质量偏大,碳酸钠的质量偏大,故①错误;
②取纯碱样品ag于试管中,溶解后,先加入过量硝酸酸化,再滴加过量的AgNO3溶液,产生氯化银沉淀,根据氯元素守恒,n(Cl)=n(AgCl)=n(NaCl),能测定其纯度,故②正确;
③取纯碱样品ag于试管中,溶解后,滴加过量的CaCl2溶液,沉淀经过滤、洗涤、干燥,得到碳酸钙,其质量为bg,根据碳元素守恒,n(CaCO3)=n(Na2CO3),能测定其纯度,故②正确;
故答案为:②、③.
工业生产纯碱的工艺流程示意图如下:
完成下列填空:
(1)粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质(沉淀剂A来源与石灰窑厂),写出A、B的化学式:A______、B______.
(2)实验室提纯粗盐的实验操作依次为:取样、______沉淀、______、______冷却结晶、______、烘干.
(3)工业生产纯碱工艺流程中,碳酸化时产生的现象是______.碳酸化时没有析出碳酸钠晶体,其原因是______.
(4)碳酸化后过滤,滤液D最主要的成分是______(填写化学式),检验这一成分的阴离子的具体方法是:______.
(5)氨碱法流程中氨是循环使用的,为此,滤液D加入石灰水产生氨.加石灰水后所发生的反应的离子方程式为:______滤液D加石灰水前先要加热,原因是______.
(6)产品纯碱中含有碳酸氢钠,现用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数,样品质量为m1,加热后剩余固体质量为m2,纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为______.
正确答案
解:(1)沉淀剂A源于石灰窑,说明其是生石灰或熟石灰;粗盐中的镁离子和钙离子一般用碳酸钠除去,故答案为:Ca(OH)2或CaO;Na2CO3;
(2)实验室提纯粗盐的整个操作过程为:取样、溶解、沉淀、过滤、蒸发、冷却结晶、过滤、烘干几步,故答案为:溶解;过滤;蒸发;过滤;
(3)纯碱生产中碳酸化时,会看到溶液中析出晶体,这是由于碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠,故答案为:有晶体析出(或出现浑浊);碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大;
(4)根据操作过程,氨化后通入二氧化碳的溶液发生复分解反应,反应的化学方程式为:H2O+CO2+NH3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl,最终得到NH4Cl还有碳酸氢钠等,碳酸氢钠溶解度很小而结晶,故酸化后滤液的主要成分是NH4Cl;检验其中的氯离子时,要经过取样,加硝酸酸化,加硝酸银,有白色沉淀,该阴离子是氯离子,故答案为:NH4Cl;取样,加硝酸酸化,加硝酸银,有白色沉淀,该阴离子是氯离子;
(5)滤液中主要含有的是氯化铵,其和石灰水反应时:NH4++OH-NH3↑+H2O;由于滤液中还含有一定量的碳酸氢钠,故此加石灰水前先加热,是为防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀,故答案为:NH4++OH-
NH3↑+H2O;防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀;
(6)假设加热前纯碱的质量为m1,加热后的质量为m2,则加热损失的质量为:m1-m2,则纯碱中碳酸氢钠的质量为:84(m1-m2)/31m1;故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数,故答案为:
.
解析
解:(1)沉淀剂A源于石灰窑,说明其是生石灰或熟石灰;粗盐中的镁离子和钙离子一般用碳酸钠除去,故答案为:Ca(OH)2或CaO;Na2CO3;
(2)实验室提纯粗盐的整个操作过程为:取样、溶解、沉淀、过滤、蒸发、冷却结晶、过滤、烘干几步,故答案为:溶解;过滤;蒸发;过滤;
(3)纯碱生产中碳酸化时,会看到溶液中析出晶体,这是由于碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠,故答案为:有晶体析出(或出现浑浊);碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大;
(4)根据操作过程,氨化后通入二氧化碳的溶液发生复分解反应,反应的化学方程式为:H2O+CO2+NH3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl,最终得到NH4Cl还有碳酸氢钠等,碳酸氢钠溶解度很小而结晶,故酸化后滤液的主要成分是NH4Cl;检验其中的氯离子时,要经过取样,加硝酸酸化,加硝酸银,有白色沉淀,该阴离子是氯离子,故答案为:NH4Cl;取样,加硝酸酸化,加硝酸银,有白色沉淀,该阴离子是氯离子;
(5)滤液中主要含有的是氯化铵,其和石灰水反应时:NH4++OH-NH3↑+H2O;由于滤液中还含有一定量的碳酸氢钠,故此加石灰水前先加热,是为防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀,故答案为:NH4++OH-
NH3↑+H2O;防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀;
(6)假设加热前纯碱的质量为m1,加热后的质量为m2,则加热损失的质量为:m1-m2,则纯碱中碳酸氢钠的质量为:84(m1-m2)/31m1;故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数,故答案为:
.
(2014春•湖南校级月考)氮气是制备含氮化合物的一种重要物质,而氮的化合物用途广泛.
(1)下面是利用氮气的一种途径:
①工业上过程Ⅱ的常见化学方程式是______;
②在碱性溶液中通过电解法可以实现由N2制取NH3:2N2+6H2O4NH3+3O2,阴极的电极反应式是______.
(2)在25℃下将2a mol•L-1的氨水与0.02mol•L-1的盐酸等体积混合,反应后若溶液显中性,则NH3•H2O的电离常数Kb=______.(用含a的代数式表示)
(3)我国化学工程专家侯德榜(1890-1974)于1943年创立的侯氏制碱法,是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来,同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法.其生产流程可简要表示如图:
①在沉淀池加入饱和食盐水,应先通入的气体是______;
②沉淀池中反应的化学方程式为______;
(4)实验室模拟侯氏原理制备纯碱的主要步骤包括:将配制好的饱和NaCl溶液倒人烧杯中,加热到一定温度范围,搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体;加料完毕后,继续保温30min,箭置,过滤得NaHCO3晶体,洗涤晶体,干燥后,转入坩埚中,灼烧2小时,制得Na2CO3晶体.请参考表中的数据填空.
四种盐在不同温度下的溶解度表(g/100g水)
①实验中只析出NaHCO3晶体的原因是______.
②操作过程中反应温度应控制在30℃<t<______.
③过滤后得到母液中含有的离子有______,向其中加入适量盐酸,并做进一步处理,使NaCl循环利用,同时回收NH4Cl.
正确答案
解:(1)①氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程,过程Ⅱ的化学方程式为:N2+O22NO,故答案为:N2+O2
2NO;
②阴极N2得到电子,化合价升高,发生还原反应,阳极OH-失去电子发生氧化反应,阴极反应:N2+6e-+6H2O=2 NH3+6OH-,故答案为:N2+6e-+6H2O=2 NH3+6OH-;
(2)反应后溶液中存在电荷守恒:c(NH4+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),因为c(NH4+)=c(Cl-),所以c(H+)=c(OH-),溶液呈中性;由溶液的电荷守恒可得:c(H+)+c(NH4+)=c(Cl-)+c(OH-),已知c(NH4+)=c(Cl-),则有c(H+)=c(OH-),所以溶液显中性;平衡时溶液中c(NH4+)=c(Cl-)=0.01mol/L,根据物料守恒得n(NH3.H2O)=(a-0.01)mol/L,根据电荷守恒得c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L,电离常数只与温度有关,则此时NH3•H2O的电离常数Kb==
=
,故答案为:
;
(3)①二氧化碳在水中的溶解度较小,氨气极易溶于水,所以应该先通氨气有利于吸收二氧化碳,
故答案为:NH3;
②氨气、二氧化碳、水和氯化钠发生反应生成碳酸氢钠和氯化铵,反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl═NH4Cl+NaHCO3↓,故答案为:NH3+CO2+NaCl+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl;
(4)①根据表中数据知道:在相同的温度下,碳酸氢钠的溶解度较小,所以实验中只析出NaHCO3晶体,故答案为:在相同的温度下,碳酸氢钠的溶解度较小;
②碳酸氢铵与碳酸氢钠的溶解度在30℃时相差较大,有利于碳酸氢钠析出,若温度过低,则反应速率较慢,高于35℃时NH4HCO3开始分解,故反应温度控制在30~35℃之间为宜;故答案为:35℃;
③过滤除去析出的碳酸氢钠,溶液中还有部分碳酸氢钠未析出,是碳酸氢钠的饱和溶液,还有溶解在溶液中未析出的NaCl、NH4Cl、NH4HCO3,所得的母液主要成分为NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3,Na+、Cl-、HCO3-、NH4+.
故答案为:Na+、Cl-、HCO3-、NH4+.
解析
解:(1)①氮的固定是将空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程,过程Ⅱ的化学方程式为:N2+O22NO,故答案为:N2+O2
2NO;
②阴极N2得到电子,化合价升高,发生还原反应,阳极OH-失去电子发生氧化反应,阴极反应:N2+6e-+6H2O=2 NH3+6OH-,故答案为:N2+6e-+6H2O=2 NH3+6OH-;
(2)反应后溶液中存在电荷守恒:c(NH4+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),因为c(NH4+)=c(Cl-),所以c(H+)=c(OH-),溶液呈中性;由溶液的电荷守恒可得:c(H+)+c(NH4+)=c(Cl-)+c(OH-),已知c(NH4+)=c(Cl-),则有c(H+)=c(OH-),所以溶液显中性;平衡时溶液中c(NH4+)=c(Cl-)=0.01mol/L,根据物料守恒得n(NH3.H2O)=(a-0.01)mol/L,根据电荷守恒得c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L,电离常数只与温度有关,则此时NH3•H2O的电离常数Kb==
=
,故答案为:
;
(3)①二氧化碳在水中的溶解度较小,氨气极易溶于水,所以应该先通氨气有利于吸收二氧化碳,
故答案为:NH3;
②氨气、二氧化碳、水和氯化钠发生反应生成碳酸氢钠和氯化铵,反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl═NH4Cl+NaHCO3↓,故答案为:NH3+CO2+NaCl+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl;
(4)①根据表中数据知道:在相同的温度下,碳酸氢钠的溶解度较小,所以实验中只析出NaHCO3晶体,故答案为:在相同的温度下,碳酸氢钠的溶解度较小;
②碳酸氢铵与碳酸氢钠的溶解度在30℃时相差较大,有利于碳酸氢钠析出,若温度过低,则反应速率较慢,高于35℃时NH4HCO3开始分解,故反应温度控制在30~35℃之间为宜;故答案为:35℃;
③过滤除去析出的碳酸氢钠,溶液中还有部分碳酸氢钠未析出,是碳酸氢钠的饱和溶液,还有溶解在溶液中未析出的NaCl、NH4Cl、NH4HCO3,所得的母液主要成分为NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3,Na+、Cl-、HCO3-、NH4+.
故答案为:Na+、Cl-、HCO3-、NH4+.
1942年,我国化学专家侯德榜先生打破国外对制碱技术的垄断,发明了著名的侯氏制碱法,已知:直接从海水中获得的粗盐含有较多的Ca2+、Mg2+,某工业生产纯碱的工艺流程示意图如下:
(1)沉淀A的化学式为______.
(2)煅烧过程中发生反应的化学反应方程式为______.
(3)煅烧是否完全关系到产品的质量,某检验员对煅烧过程中的样品进行检验,其实验方法如下:
首先,称取样品(含有Na2CO3和NaHCO3)4.02g,向其中加入250mL稀HCl,产生CO2的体积为896mL(标准状况下);然后,将过量的HCl用0.2mol/L的NaOH溶液滴定,当消耗NaOH溶液的体积为150mL时,恰好完全中和,计算样品中的Na2CO3的百分含量.
正确答案
解:(1)在粗盐的水溶液里加入CaO和Na2CO3后得到的沉淀A为Mg(OH)2和CaCO3,故答案为:Mg(OH)2和CaCO3;
(2)碳酸氢钠受热分解的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,故答案为:2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O;
(3)样品过量盐酸反应生成CO2物质的量为0.04mol,设碳酸钠的物质的量为xmol,碳酸氢钠为ymol,结合原子守恒可得:①x+y=0.04 ②106x+84y=4.02,解得x=0.03mol,则样品中碳酸钠的质量百分数为=79.1%,答:样品中的Na2CO3的百分含量为79.1%.
解析
解:(1)在粗盐的水溶液里加入CaO和Na2CO3后得到的沉淀A为Mg(OH)2和CaCO3,故答案为:Mg(OH)2和CaCO3;
(2)碳酸氢钠受热分解的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,故答案为:2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O;
(3)样品过量盐酸反应生成CO2物质的量为0.04mol,设碳酸钠的物质的量为xmol,碳酸氢钠为ymol,结合原子守恒可得:①x+y=0.04 ②106x+84y=4.02,解得x=0.03mol,则样品中碳酸钠的质量百分数为=79.1%,答:样品中的Na2CO3的百分含量为79.1%.
我国化工专家侯德榜,勇于创新,改进氨碱法设计了“联合制碱法”,为世界制碱工业作出了突出贡献.请完成下列问题:
(1)氨碱法和联合制碱法是两大重要的工业制碱法,下列表达中,不正确的是______.
某实验小组,利用下列装置模拟“联合制碱法”.
(2)取上述仪器连接装置,顺序为:(a)接______、______接______;(b)接______;
检验气密性后装入药品,应该先让______装置(填上述字母)先发生反应,直到产生的气体不能再在C中溶解时,再通入另一装置中产生的气体.
(3)C中用球形干燥管而不用直导管,其作用是______,D中应选用的液体为______;
(4)C中广口瓶内产生固体的总化学方程式为______.
正确答案
解:(1)A.氨碱法:以食盐(氯化钠)、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)、氨气为原料,联合制碱法:以食盐、氨和二氧化碳(其中二氧化碳来自合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气)为原料,其中氨碱法原料中有石灰石,不是生石灰,故A错误;
B.氨碱法可能的副产物为氯化钙,联合制碱法可能的副产物氯化铵,故B正确;
C.氨碱法循环物质:氨气、二氧化碳,联合制碱法循环物质:氯化钠,二氧化碳,故C错误;
D.氨碱法原料(食盐和石灰石)便宜,产品纯碱的纯度高,副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用,制造步骤简单,适合于大规模生产,但设备复杂;能耗高,氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有72%~74%;联合制碱法最大的优点是使食盐的利用率提高到96%以上,废弃物少,故D正确;
故选AC.
(2)足量的CO2与NaOH反应生成NaHCO3,装置A产生CO2,装置B产生NH3,装置D除去二氧化碳中的HCl,二氧化碳与氨气通入C中应防止倒吸,则b接c,故a接f、e接d,
先通入氨气,氨气与水形成呈碱性的氨水可与二氧化碳与水生成的碳酸发生反应,更有利于二氧化碳气体的吸收,故应先发生氨气的制备反应,
故答案为:f、e、d、c;B;
(3)氨气极易溶于水,用直导管向饱和氯化钠溶液中通入氨气,容易发生倒吸,C中用球形干燥管可以防止倒吸,
故答案为:防倒吸;饱和NaHCO3溶液;
(4)侯氏制碱法,也称为联合制碱法,化学反应原理是用氨气和二氧化碳与氯化钠饱和溶液反应生成碳酸氢钠,然后加热碳酸氢钠制取碳酸钠,反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓,
故答案为:CO2+NH3+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl.
解析
解:(1)A.氨碱法:以食盐(氯化钠)、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)、氨气为原料,联合制碱法:以食盐、氨和二氧化碳(其中二氧化碳来自合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气)为原料,其中氨碱法原料中有石灰石,不是生石灰,故A错误;
B.氨碱法可能的副产物为氯化钙,联合制碱法可能的副产物氯化铵,故B正确;
C.氨碱法循环物质:氨气、二氧化碳,联合制碱法循环物质:氯化钠,二氧化碳,故C错误;
D.氨碱法原料(食盐和石灰石)便宜,产品纯碱的纯度高,副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用,制造步骤简单,适合于大规模生产,但设备复杂;能耗高,氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有72%~74%;联合制碱法最大的优点是使食盐的利用率提高到96%以上,废弃物少,故D正确;
故选AC.
(2)足量的CO2与NaOH反应生成NaHCO3,装置A产生CO2,装置B产生NH3,装置D除去二氧化碳中的HCl,二氧化碳与氨气通入C中应防止倒吸,则b接c,故a接f、e接d,
先通入氨气,氨气与水形成呈碱性的氨水可与二氧化碳与水生成的碳酸发生反应,更有利于二氧化碳气体的吸收,故应先发生氨气的制备反应,
故答案为:f、e、d、c;B;
(3)氨气极易溶于水,用直导管向饱和氯化钠溶液中通入氨气,容易发生倒吸,C中用球形干燥管可以防止倒吸,
故答案为:防倒吸;饱和NaHCO3溶液;
(4)侯氏制碱法,也称为联合制碱法,化学反应原理是用氨气和二氧化碳与氯化钠饱和溶液反应生成碳酸氢钠,然后加热碳酸氢钠制取碳酸钠,反应方程式为NH3+H2O+CO2+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓,
故答案为:CO2+NH3+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl.
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