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化學能與熱能
1.下列反應中,反應物總能量低于生成物總能量的是( )
A.2CO+O2===2CO2 B.C+O2===CO2
C.2C+O2===2CO D.CaCO3===CO2+CaO
【解析】選D 反應中反應物總能量低于生成物總能量,說明該反應是一個吸熱反應。A、B、C三項是CO、C的燃燒反應,均屬于放熱反應,故均不符合題意;D項為CaCO3的分解反應,屬吸熱反應,符合題意。
2.下列有關能量的判斷和表示方法正確的是( )
A.由C(s,石墨)===C(s,金剛石) ΔH=+1.9 kJ,可知:石墨比金剛石更穩(wěn)定
B.等質(zhì)量的硫蒸氣和硫固體分別完全燃燒,后者放出的熱量更多
C.由H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ,可知:含1 mol CH3COOH的溶液與含1 mol NaOH的溶液混合,放出熱量等于57.3 kJ
D.2 g H2完全燃燒生成液態(tài)水放出285.8 kJ熱量,則氫氣燃燒的熱化學方程式為2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-285.8 kJ
3.某反應的反應過程中能量的變化如圖所示,圖中E1表示正反應的活化能,E2表示逆反應的活化能,下列有關敘述正確的是( )
A.該反應為放熱反應
B.催化劑能改變該反應的焓變
C.E1也可表示反應物斷鍵需要吸收的總能量
D.ΔH=E2-E1
【解析】選C 圖像分析反應物能量低于生成物能量,反應是吸熱反應,故A不符合題意;催化劑對反應的始態(tài)和終態(tài)無影響,只改變活化能,則對反應的焓變無影響,故B不符合題意;E1為正反應的活化能,可表示反應物斷鍵需要吸收的總能量,故C符合題意;ΔH=斷鍵吸收的能量-成鍵放出的能量=E1-E2,故D不符合題意。
4.在相同溫度和壓強下,將32 g硫分別在純氧中和空氣中完全燃燒,令前者放出熱量為Q1,后者放熱為Q2,則關于Q1和Q2的相對大小正確的判斷是( )
A.Q1=Q2 B.Q1>Q2
C.Q1
b
D.已知P(白磷,s)===P(紅磷,s) ΔH<0,則白磷比紅磷穩(wěn)定
6.以NA代表阿伏加德羅常數(shù),則關于熱化學方程式C2H2(g)+O2(g)===2CO2(g)+H2O(l) ΔH=-1 300 kJmol-1的說法中,正確的是( )
A.轉(zhuǎn)移10NA個電子時,該反應放出1 300 kJ的能量
B.生成NA個液態(tài)水分子時,吸收1 300 kJ的能量
C.有2NA個碳氧共用電子對生成時,放出1 300 kJ的能量
D.有10NA個碳氧共用電子對生成時,放出1 300 kJ的能量
【解析】選A 2.5 mol O2參與反應時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為10 mol,此時反應生成1 mol H2O,放熱1 300 kJ,選項A正確,選項B錯誤;1 mol CO2中含2 mol C===O鍵,共4 mol碳氧共用電子對,故生成2 mol CO2時應有8 mol碳氧共用電子對生成,選項C、D錯誤。
7.已知:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH1
H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH2
4HCl(g)+O2(g)===2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH3
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH4
2NH3(g)+3Cl2(g)===N2(g)+6HCl(g) ΔH5
下列關于上述反應焓變的判斷正確的是( )
A.ΔH1>0,ΔH2>0 B.ΔH3>0,ΔH4>0
C.ΔH2=ΔH4+ΔH5 D.ΔH3=ΔH1-2ΔH2
8.已知:
①2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)ΔH1=-571.6 kJmol-1
②2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l)ΔH2=-1 452 kJmol-1
③H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l)ΔH3=-57.3 kJmol-1
下列說法正確的是( )
A.H2(g)的燃燒熱為571.6 kJmol-1
B.同質(zhì)量的H2(g)和CH3OH(l)完全燃燒,H2(g)放出的熱量多
C.H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)===BaSO4(s)+H2O(l) ΔH=-57.3 kJmol-1
D.3H2(g)+CO2(g)===CH3OH(l)+H2O(l)ΔH=+131.4 kJmol-1
【解析】選B A項,氫氣的化學計量數(shù)不是1,所以其燃燒熱不是571.6 kJmol-1,錯誤;B項,由熱化學方程式可知,4 g H2燃燒時放熱571.6 kJ,而4 g CH3OH(l)燃燒時放熱90.75 kJmol-1,正確;C項,生成BaSO4沉淀時也有熱效應,錯誤;D項,ΔH=ΔH1-ΔH2=-131.4 kJmol-1,錯誤。
9.已知反應:
H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH1
N2(g)+O2(g)===NO2(g) ΔH2
N2(g)+H2(g)===NH3(g) ΔH3
則反應2NH3(g)+O2(g)===2NO2(g)+3H2O(g)的ΔH為( )
A.2ΔH1+2ΔH2-2ΔH3 B.ΔH1+ΔH2-ΔH3
C.3ΔH1+2ΔH2+2ΔH3 D.3ΔH1+2ΔH2-2ΔH3
【解析】選D 由題意把已知反應依次編號為①、②、③,根據(jù)蓋斯定律將方程式①2+②2-③2得2NH3(g)+O2(g)===2NO2(g)+3H2O(g) ΔH=3ΔH1+2ΔH2-2ΔH3。
10.用H2可將工業(yè)廢氣中的NO催化還原成N2,其能量轉(zhuǎn)化關系如圖(圖中計量單位為mol),則:NO(g)+H2(g)===0.5N2(g)+H2O(g)的ΔH為( )
A.0.5(a+b-c-d)kJmol-1
B.0.5(c+a-d-b)kJmol-1
C.0.5(c+d-a-b)kJmol-1
D.0.5(c+d-a-b)kJmol-1
11.常溫下,0.01 molL-1MOH溶液的pH為10。已知:2MOH(aq)+H2SO4(aq)===M2SO4(aq)+2H2O(l) ΔH1=-24.2 kJmol-1;H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH2=-57.3 kJmol-1。則MOH在水溶液中電離的ΔH為( )
A.+33.1 kJmol-1 B.+45.2 kJmol-1
C.-81.5 kJmol-1 D.-33.1 kJmol-1
【解析】根據(jù)題中0.01 mol/L MOH溶液的pH=10,知MOH為弱堿,MOH溶液與硫酸的中和反應可以看做兩個過程:MOH(aq)M+(aq)+OH-(aq) ΔH、H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH2,根據(jù)蓋斯定律知ΔH1=2(ΔH+ΔH2),則ΔH=ΔH1-ΔH2=(-24.2 kJmol-1)-(-57.3 kJmol-1)=+45.2 kJmol-1,B項正確。
【答案】B
12.已知某化學反應A2(g)+2B2(g)===2AB2(g)(AB2的分子結(jié)構為B—A—B)的能量變化如圖所示,下列有關敘述中正確的是( )
A.該反應是放熱反應
B.該反應的ΔH=-(E1-E2) kJ mol-1
C.該反應中反應物的鍵能總和大于生成物的鍵能總和
D.由2 mol A(g)和4 mol B(g)形成4 mol A—B鍵吸收E2 kJ能量
【答案】C
13.關于如圖所示轉(zhuǎn)化關系(X代表鹵素),說法不正確的是( )
A.2H(g)+2X(g)===2HX(g) ΔH3<0
B.生成HX的反應熱與途徑無關,所以ΔH1=ΔH2+ΔH3
C.Cl、Br、I的非金屬性依次減弱,所以途徑Ⅱ吸收的熱量依次增多
D.生成HCl放出的熱量比生成HBr的多,說明HCl比HBr穩(wěn)定
【解析】C項,非金屬性越弱,X2越不穩(wěn)定,破壞化學鍵吸收的能量越少,C項錯誤。
【答案】C
14.根據(jù)如圖所示的反應判斷,下列說法中錯誤的是( )
A.CO2(g)和CaO(s)的總能量大于CaCO3(s)的總能量
B.該反應的焓變大于零
C.該反應中有離子鍵斷裂也有共價鍵斷裂,化學鍵斷裂吸收能量,化學鍵生成放出能量
D.由該反應可推出凡是需要加熱才能發(fā)生的反應均為吸熱反應
【解析】碳酸鈣受熱分解的反應是吸熱反應,焓變大于零,故CO2(g)和CaO(s)的總能量大于CaCO3(s)的總能量,A、B項說法正確;在CaCO3中,Ca2+和CO之間存在離子鍵,CO中C與O之間存在共價鍵,故反應中有離子鍵斷裂也有共價鍵斷裂,舊化學鍵斷裂需要吸收能量,新化學鍵形成放出能量,C項說法正確;需要加熱才能發(fā)生的反應不一定為吸熱反應,如碳的燃燒需要加熱,但該反應是放熱反應,D項說法錯誤。
【答案】D
15.下列圖像分別表示有關反應的反應過程與能量變化的關系。
據(jù)此判斷下列說法中正確的是( )
A.由圖1知,石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸俏鼰岱磻?
B.由圖2知,S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1,S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2,則ΔH1>ΔH2
C.由圖3知,白磷比紅磷穩(wěn)定
D.由圖4知,CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH>0
【答案】A
16.下列有關熱化學方程式的敘述正確的是( )
A.已知2C(s)+2O2(g)===2CO2(g) ΔH1;2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH2,則ΔH1>ΔH2
B.已知C(石墨,s)===C(金剛石,s) ΔH>0,則金剛石比石墨穩(wěn)定
C.在稀溶液中:H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ/mol,若將含0.6 mol H2SO4的稀硫酸與含1 mol NaOH的溶液混合,放出的熱量等于57.3 kJ
D.需要加熱的反應說明它是吸熱反應
【解析】碳完全燃燒放出的熱量多,放熱反應的反應熱為負值,所以則ΔH1<ΔH2,A錯誤;C(石墨,s)===C(金剛石,s) ΔH>0,即金剛石的能量比石墨高,故石墨穩(wěn)定,B錯誤;含0.6 mol H2SO4的稀硫酸中H+物質(zhì)的量是1.2 mol,與含1 mol NaOH(即OH-是1 mol)的稀溶液混合,硫酸過量,但恰好生成1 mol的水,故放出的熱量等于57.3 kJ,C正確;鋁熱反應需要高溫下才能發(fā)生,但是它是放熱反應,D錯誤。
【答案】C
17.已知:①H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l)
ΔH1=-57.3 kJmol-1,②H2(g)+O2(g)===H2O(g)
ΔH2=-241.8 kJmol-1,下列有關說法正確的是( )
A.向含0.1 mol NaOH的溶液中加入一定體積的0.1 molL-1乙二酸,反應中的能量變化如圖所示
B.H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)===BaSO4(s)+2H2O(l) ΔH=-114.6 kJmol-1
C.氫氣的標準燃燒熱為241.8 kJmol-1
D.若反應②中水為液態(tài),則同樣條件下的反應熱:ΔH>ΔH2
【答案】A
18.在298 K、100 kPa時,已知:2H2O(g)===O2(g)+2H2(g) ΔH1
Cl2(g)+H2(g)===2HCl(g) ΔH2
2Cl2(g)+2H2O(g)===4HCl(g)+O2(g) ΔH3
則ΔH3與ΔH1和ΔH2間的關系正確的是( )
A.ΔH3=ΔH1+2ΔH2
B.ΔH3=ΔH1+ΔH2
C.ΔH3=ΔH1-2ΔH2
D.ΔH3=ΔH1-ΔH2
【解析】①2H2O(g)===O2(g)+2H2(g) ΔH1;②Cl2(g)+H2(g)===2HCl(g) ΔH2;③2Cl2(g)+2H2O(g)===4HCl(g)+O2(g) ΔH3。③=①+2②,由蓋斯定律可知,ΔH3=ΔH1+2ΔH2,故本題選A。
【答案】A
19.根據(jù)以下三個熱化學方程式:
①2H2S(g)+3O2(g)===2SO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-Q1 kJmol-1,
②2H2S(g)+O2(g)===2S(s)+2H2O(l) ΔH2=-Q2 kJmol-1,
③2H2S(g)+O2(g)===2S(s)+2H2O(g) ΔH3=-Q3 kJmol-1。
判斷Q1、Q2、Q3三者關系正確的是(Q1、Q2、Q3均大于0)( )
A.Q1>Q2>Q3 B.Q1>Q3>Q2
C.Q3>Q2>Q1 D.Q2>Q1>Q3
【解析】由得:S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=(ΔH1-ΔH2)<0,所以(-Q1+Q2)<0,即Q1>Q2。由得:H2O(g)===H2O(l) ΔH=(ΔH2-ΔH3)<0,所以(-Q2+Q3)<0,即Q2>Q3。故Q1>Q2>Q3。
【答案】A
20.根據(jù)如圖關系(圖中計量單位為mol)計算2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g)的ΔH為( )
A.(a+b-c-d)kJmol-1 B.(c+a-d-b)kJmol-1
C.(c+d-a-b)kJmol-1 D.(c+d-a-b)kJmol-1
【答案】A
21.已知:C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=a kJmol-1
2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-220 kJmol-1
H—H鍵、O===O鍵和O—H鍵的鍵能分別為436 kJmol-1、496 kJmol-1和462 kJmol-1,則a為( )
A.-332 B.-118
C.+350 D.+130
【解析】根據(jù)蓋斯定律,由第一個反應2-第二個反應得,2H2O(g)===O2(g)+2H2(g) ΔH=(2a+220)kJmol-1。根據(jù)反應熱與鍵能的關系計算,則2a+220=4462-(4362+496),解得a=+130。本題選D。
【答案】D
22. (1)如圖是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反應生成CO2和NO過程中的能量變化示意圖,若在反應體系中加入催化劑,則E1________(填“增大”、“減小”或“不變”,下同),ΔH________。請寫出NO2和CO反應的熱化學方程式:____________________________________________。
(2)甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的兩種反應原理是:
①CH3OH(g)+H2O(g)===CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ mol-1
②CH3OH(g)+1/2O2(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=-192.9 kJ mol-1
又知③H2O(g)===H2O(l) ΔH=-44 kJ mol-1
則甲醇蒸氣完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式為________________________________________________________________。
【答案】(1)減小 不變 NO2(g)+CO(g)===CO2(g)+NO(g) ΔH=-234 kJ mol-1
(2)CH3OH(g)+3/2 O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-764.7 kJ mol-1
23.能源是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎,我國目前使用的能源主要是化石燃料,而氫氣、二甲醚等都是很有發(fā)展前景的新能源。
(1)在25 ℃、101 kPa時,1 g CH4完全燃燒生成液態(tài)水時放出的熱量是55.64 kJ,則表示甲烷燃燒熱的熱化學方程式是_______________________________________________________________。
(2)液化石油氣的主要成分是丙烷,丙烷燃燒的熱化學方程式為C3H8(g)+5O2(g)===3CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=-2 220.0 kJ mol-1,已知CO氣體燃燒的熱化學方程式為2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=-565.14 kJ mol-1,試計算相同物質(zhì)的量的C3H8和CO燃燒產(chǎn)生的熱量的比值________(保留小數(shù)點后一位)。
(3)氫氣既能與氮氣發(fā)生反應又能與氧氣發(fā)生反應,但是反應的條件卻不相同。
已知:2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ mol-1
3H2(g)+N2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ mol-1
計算斷裂1 mol N≡N鍵需要消耗能量________kJ。
(4)由合成氣(組成為H2、CO和少量的CO2)直接制備二甲醚,其中的主要過程包括以下四個反應:
甲醇合成反應:
①CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH1=-90.1 kJ mol-1
②CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.0 kJ mol-1
水煤氣變換反應:
③CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.1 kJ mol
二甲醚合成反應:
④2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=-24.5 kJ mol-1
由H2和CO直接制備二甲醚(另一產(chǎn)物為水蒸氣)的熱化學方程式為________________________。根據(jù)化學反應原理,分析增大壓強對直接制備二甲醚反應的影響:_____________________________________________。
【答案】(1)CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.24 kJ mol-1
(2)7.9 (3)946
(4)2CO(g)+4H2(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-204.7 kJ mol-1 該反應分子數(shù)減少,壓強升高使平衡右移,CO和H2的轉(zhuǎn)化率增大,CH3OCH3產(chǎn)率增加;壓強升高使CO和H2濃度增加,反應速率增大
24.(1)用CaSO4代替O2與燃料CO反應,既可提高燃燒效率,又能得到高純CO2,是一種高效、清潔、經(jīng)濟的新型燃燒技術。反應①為主反應,反應②和③為副反應。
①CaSO4(s)+CO(g) CaS(s)+CO2(g) ΔH1=-47.3 kJmol-1
②CaSO4(s)+CO(g) CaO(s)+CO2(g)+SO2(g) ΔH2=+210.5 kJmol-1
③CO(g) C(s)+CO2(g) ΔH3=-86.2 kJmol-1
反應2CaSO4(s)+7CO(g) CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g)+ C(s)+SO2(g)的ΔH=______________________________________________________(用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示)。
(2)已知:25 ℃、101 kPa時,
Mn(s)+O2(g)===MnO2(s) ΔH=-520 kJmol-1
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH=-297 kJmol-1
Mn(s)+S(s)+2O2(g)===MnSO4(s) ΔH=-1 065 kJmol-1
SO2與MnO2反應生成無水MnSO4的熱化學方程式是___________________________。
(3)捕碳技術(主要指捕獲CO2)在降低溫室氣體排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已經(jīng)被用作工業(yè)捕碳劑,它們與CO2可發(fā)生如下可逆反應:
反應Ⅰ:2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g) (NH4)2CO3(aq)ΔH1
反應Ⅱ:NH3(l)+H2O(l)+CO2(g) NH4HCO3(aq)ΔH2
反應Ⅲ:(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g) 2NH4HCO3(aq) ΔH3
ΔH3與ΔH1、ΔH2之間的關系是:ΔH3=______________________________________。
(4)已知:溫度過高時,WO2(s)轉(zhuǎn)變?yōu)閃O2(g):
①WO2(s)+2H2(g) W(s)+2H2O(g) ΔH=+66.0 kJmol-1
②WO2(g)+2H2(g) W(s)+2H2O(g) ΔH=-137.9 kJmol-1
則WO2(s) WO2(g)的ΔH=_______________________________________________。
【答案】(1)4ΔH1+ΔH2+2ΔH3 (2)MnO2(s)+ SO2 (g)===MnSO4(s) ΔH=-248 kJmol-1
(3)2ΔH2-ΔH1 (4)+203.9 kJmol-1
25.為了合理利用化學能,確保安全生產(chǎn),化工設計需要充分考慮化學反應的焓變,并采取相應措施?;瘜W反應的焓變通常用實驗進行測定,也可進行理論推算。
(1)實驗測得5 g甲醇在氧氣中充分燃燒生成二氧化碳氣體和液態(tài)水時釋放出113.5 kJ的熱量,試寫出甲醇燃燒的熱化學方程式:__________________________________________
_________________________________________________________________________。
(2)由氣態(tài)基態(tài)原子形成1 mol化學鍵釋放的最低能量叫鍵能。從化學鍵的角度分析,化學反應的過程就是反應物的化學鍵被破壞和生成物的化學鍵的形成過程。在化學反應過程中,拆開化學鍵需要消耗能量,形成化學鍵又會釋放能量。
化學鍵
H—H
N—H
N≡N
鍵能/(kJmol-1)
436
391
945
已知反應:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=a kJmol-1
試根據(jù)表中所列鍵能數(shù)據(jù)估算a的值為________。
(3)依據(jù)蓋斯定律可以對某些難以通過實驗直接測定的化學反應的焓變進行推算。已知:
C(s,石墨)+O2(g)===CO2(g)ΔH1=-393.5 kJmol-1
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH2=-571.6 kJmol-1
2C2H2(g)+5O2(g)===4CO2(g)+2H2O(l)ΔH3=-2 599 kJmol-1
根據(jù)蓋斯定律,計算298 K時由C(s,石墨)和H2(g)生成1 mol C2H2(g)反應的焓變:________。
(3)ΔH==
=+226.7 kJmol-1。
【答案】(1)2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-1 452.8 kJmol-1
(2)-93 (3)+226.7 kJmol-1
26.參考下列圖表和有關要求回答問題:
(1)圖Ⅰ是1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)反應生成CO2和NO過程中能量變化示意圖,若在反應體系中加入催化劑,反應速率增大,E1的變化是________(填“增大”“減小”或“不變”,下同),ΔH的變化是________。請寫出NO2和CO反應的熱化學方程式:_________。
(2)甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的兩種反應原理是:
①CH3OH(g)+H2O(g)===CO2(g)+3H2(g)ΔH=+49.0 kJmol-1
②CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2(g)ΔH=-192.9 kJmol-1
又知③H2O(g)===H2O(l) ΔH=-44 kJmol-1
則甲醇燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式:____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)下表是部分化學鍵的鍵能數(shù)據(jù):
化學鍵
P—P
P—O
O===O
P===O
鍵能(kJmol-1)
a
b
c
x
已知1 mol白磷(P4)完全燃燒放熱為d kJ,白磷及其完全燃燒的產(chǎn)物結(jié)構如圖Ⅱ所示,則表中x=________ kJmol-1(用含有a、b、c、d的代數(shù)式表示)。
【答案】(1)減小 不變 NO2(g)+CO(g)===CO2(g)+NO(g) ΔH=-234 kJmol-1
(2)CH3OH(g)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-764.7 kJmol-1
(3)
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