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专题十一化学能与电能的转化

【5年高考】

考点一原电池原理化学电源

1.(2020天津,11,3分)熔融钠-硫电池性能优良,是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na+金

蠹NaS(户5~3,难溶于熔融硫)。下列说法错误的是()

门密封

一[]2丁1二不锈钢容器

——........Na-B-AUC^固体

---------熔融钠

-----熔融硫(含碳粉)

A.Na2s4的电子式为Na[,,S••S••S••S••]2Na+

B.放电时正极反应为然+2Na++2e.——Na2sx

c.Na和Na0分别为电池的负极和正极

D.该电池是以Na-B-A1O为隔膜的二次电池

答案C

2.(2019浙江4月选考,12,2分)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

金属外壳

锌粉

ZnCu

浸了KOH

.溶液的隔板

三任三三■直三-H.SO1溶液

-AgjO

原电池示意图钮扣式银锌电池

甲乙

下列说法不耳碉的是()

A.甲:Zn"向Cu电极方向移动,Cu电极附近溶液中H,浓度增加

-

B.乙:正极的电极反应式为Ag20+2e+H202Ag+20F

C.丙:锌筒作负极,发生氧化反应,锌筒会变薄

D.丁:使用一段时间后,电解质溶液的酸性减弱,导电能力下降

答案A

3.(2018课标in,n,6分)一种可充电锂一空气电池如图所示。当电池放电时。与d在多孔碳材料电极处生

成才。一(户0或1)。下列说法正确的是()

1

非水用解质/高生物隔媵

A.放电时,多孔碳材料电极为负极

B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极

C.充电时,电解质溶液中Li’向多孔碳材料区迁移

D.充电时,电池总反应为Li2O2-v~'2Li+(l-^)02f

答案D

4.(2016课标11,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(

A.负极反应式为Mg-2e-^=Mg2t

B.正极反应式为Ag'+”^=Ag

C.电池放电时C1由正极向负极迁移

D.负极会发生副反应Mg+2H20—Mg(0H)2+H2t

答案B

5.(2021浙江1月选考,22,2分)银镉电池是二次电池,其工作原理示意图如下(L为小灯泡R、K,为开关,a、b

为直流电源的两极)。

下列说法不正确的是()

A.断开网合上K”操镉电池能量转化形式:化学能一电能

B.断开K-合上K。,电极A为阴极,发生还原反应

C.电极B发生氧化反应过程中,溶液中K0H浓度不变

D.银镉二次电池的总反应式:

放电

Cd+2NiOOH+2H2O^¥cd(OH)2+2Ni(OH)2

答案C

考点二电解原理及其应用

6.(2020课标11,12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率,从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意

图。当通电时,Ag一注入到无色WOs薄膜中,生成Ag,WO*器件呈现蓝色,对于该变化过程,下列叙述错误的是(

)

2

固体电解质,只

XB允许Ag,通过

^7"^《/电致变色层(WOJ

年不透明导电层

A.Ag为阳极

B.Ag,由银电极向变色层迁移

C.W元素的化合价升高

D.总反应为:W03+*g=Ag,W03

答案C

7.(2019课标III,13,6分)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效

沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn—NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+

2Ni00H(s)+H2⑴充电Zn0(s)+2Ni(0H)2(s)。

尼龙保护层

・导电线圈

NiOOH

•隔膜

3D-Zn

下列说法错误的是()

A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高

B.充电时阳极反应为Ni(OH):(s)+OHXaq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)

C.放电时负极反应为Zn(s)+2Dff(aq)-2e—Zn0(s)+H20(l)

D.放电过程中OH通过隔膜从负极区移向正极区

答案D

8.(2019天津理综,6,6分)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘漠液流电池,其工作原理示意图如下。

图中贮液器可储存电解质溶液提高电池的容量。下列叙述不正确的是()

A.放电时,a电极反应为LBJ+2e一一2「+BJ

B.放电时,溶液中离子的数目增大

C.充电时,b电极每增重0.65g,溶液中有0.02mon一被氧化

D.充电时,a电极接外电源负极

答案D

9.(2018课标1,13,6分)最近我国科学家设计了一种COz+H2s协同转化装置,实现对天然气中CO?和H2S的高效

去除。示意图如下图所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨大希电极区发生反应

①EDTA-Fe*-e「^EDTA-Fe"

②2EDTA-Fe"+H2s^=2H,+S+2EDTA-Fe"

3

平伏,电叱

zn@o墨

天然气口竹天然气

(CH4、CO等)(CH4、C02,Hf等)

质子交搅障

该装置工作时,下列叙述错误的是()

A.阴极的电极反应:C02+2H'+2e--C0+H2

B.协同转化总反应:C02+&S==CO+H2+S

C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低

D.若采用F'/Fe"取代EDTA-Fe'7EDTA-Fe",溶液需为酸性

答案C

10.(2017课标n,11,6分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为生

SO「H£。混合溶液。下列叙述错误的是()

A.待加工铝质工件为阳极

B.可选用不锈钢网作为阴极

C.阴极的电极反应式为:Al"+3e-^=Al

D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

答案C

考点三金属的腐蚀与防护

11.(2019江苏单科,10,2分)

'S'

空气、、一dh

铁、炭

混合物

3/

将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该

实验的说法正确的是()

A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3”一Fe"

B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能

C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀

D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀

答案C

12.(2019上海选考,17,2分)关于下列装置,叙述错误的是()

4

石墨11铁

|BB=|

A.石墨电极反应02+4H*+4e=-2H=0

B.鼓入少量空气,会加快Fe的腐蚀

C.加入少量NaCl,会加快Fe的腐蚀

D.加入HC1,石墨电极反应式:2H'+2e-H,t

答案A

13.(2017课标1,11,6分)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所

示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是()

直流电源

钢管桩

高硅铸铁

海水

A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零

B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩

C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流

D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整

答案C

[教师专用题组]

【5年高考】

考点一原电池原理及化学电源

1.(2020课标皿,12,6分)一种高性能的碱性硼化钢(VBJ—空气电池如下图所示,其中在VB°电极发生反应:VB?+

16OH^lle-VOV+2B(0H)4+4H20O该电池工作时,下列说法错误的是()

A.负载通过0.04mol电子时,有0.224L(标准状况)0,参与反应

B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高

C.电池总反应为4VB2+1102+200ff+6H20^8B(0H)4+4VOt

D.电流由复合碳电极经负载、VB,电极、K0H溶液回到复合碳电极

5

答案B正极发生的电极反应为02+2出0+41-40H,因此当负载通过0.04mol电子时,消耗020.Olmol,即标

准状况下0.224L,A项正确;正极0,发生反应产生OH,c(OH)增大,正极区溶液pH升高,负极VB。发生反应消耗0

H,c(OH)减小,负极区溶液pH降低,B项错误;正极反应X11即1102+22H20+44e-440H,负极反应X4即4VB:

+640中一441^4Vol+8B(0H)4+I6HO相力口可得电池总反应为4VB2+1102+200ff+6H20^8B(0H)4+4V0f,C项

正确;外电路中,电流由电池正极(复合碳电极)经负载流到负极(VB2电极),电池内部,电流由电池负极经电解质

溶液(KOH溶液)流回正极,D项正确。

易错提醒原电池中电流方向:外电路中由电池正极流向负极;电池内部,由负极流回正极。

原电池中电子移动方向:外电路中由电池负极流向电池正极,内电路电解质溶液中无电子通过。

2.(2020山东,10,2分)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时

可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CHaCOO的溶液为

例)。下列说法错误的是()

-

A.负极反应为CH3C00+2H20-8e^2C02f+7H,

B邛鬲膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜

C.当电路中转移Imol电子时,模拟海水理论上除盐58.5g

D.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2:1

答案BA项,结合题给微生物脱盐电池装置可知声极的电极反应式为CH3C00+2H20-8e--2C0=f+7H:故a

极为负极,b极为正极,正确。B项,a极区有H,产生,阳离子增多为保证溶液呈电中性,C「需定向迁移到a极区

隔膜1为阴离子交换膜;同理,b极的电极反应式为2H'+2e-见T,需Na定向迁移到b极区,隔膜2为阳离子

交换膜,错误.C项,当电路中转移Imol电子时,有ImolNa'fflImolCl发生定向迁移,故理论上除盐58.5g,正确。

D项,结合电极反应式,得8e-~2C0/4也故电池工作一段时间后,正、负极产生的气体的物质的量之比为2:1,

正确。

3.(2017浙江11月选考,17,2分)金属(M)-空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正碉的是()

A.金属M作电池负极

B.电解质是熔融的M0

C.正极的电极反应0z+4e「+2H2。-40田

D.电池反应2M+02+2H=0=-2M(0H)2

答案B由题给金属(M)-空气电池的工作原理示意图可知,金属M作电池负极,负极反应为2M-4e-=-2MZ+,

正极反应为02+2压0+41^=4011一,两电极反应相加可得电池反应:2M+02+2H20^=2M(0H},电解质显然不是熔融

的M0(因体系中有H#和0H)故A、C、D正确,B错误。

4.(2019海南单科,8,4分)(双选)微型银一锌电池可用作电子仪器的电源,其电极分别是Ag/AgzO和Zn,电解质

为KOH溶液,电池总反应为AgzO+Zn+HA-2Ag+Zn(OH)z,下列说法正确的是()

6

A.电池工作过程中,KOH溶液浓度降低

B.电池工作过程中,电解液中0H向负极迁移

C.负极发生反应Zn+20ff-2e-Zn(OH)2

D.正极发生反应Agz0+2H*+2eAg+H2O

答案BCA项,依据电池总反应知,电池工作过程中消耗水,故KOH溶液浓度增大,错误;B项,原电池工作过程

中,电解液中阴离子移向负极,即0H向负极迁移,正确;C项,锌在负极失去电子被氧化,生成氢氧化锌,电极反应

式为Zn+20H-2e——Zn(0H)”正确;D项,氧化银在正极得到电子生成银单质,但电解质溶液显碱性,故正极的电

极反应式为Ag2O+2e-+HzO-2Ag+20H:错误。

5.(2018北京理综,12,6分)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。

①②③

t一段时间后滴入Zn干轴fFeLKJFe(CN)液J=jFeLKJFHCN),懵液

g|-KJF«CN%]M液

ZnFe

O口时间后.[]_取出的少量,二时间后.取出的少量

ra

在Fe表面生成蓝色沉淀试管内无明显变化试管内生成蓝色沉淀

下列说法不正确的是()

A.对比②③,可以判定Zn保护了Fe

B.对比①②四Fe(CNR可能将Fe氧化

C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法

D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼

答案D本题考查原电池的原理、Fe"的检验等知识.在①中,若将Zn换成Cu,此时Fe作负极,其周围必然

会出现Fe^Fe"遇KjFe(CN)]会出现蓝色沉淀,与原来①的实验现象相同,也就是说,在①中无论与Fe连接的金

属活动性如何,实验现象都是一样的,所以用①的方法无法判断Fe与Cu的活泼性强弱。

规律方法做对比实验时,一定要弄清哪些实验条件是相同的,哪些是变化的。

6.(2016课标II,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(

)

A.负极反应式为Mg-2e-=^Mg=t

B.正极反应式为Ag'+”一=Ag

C.电池放电时C1由正极向负极迁移

D.负极会发生副反应Mg+2H°0-Mg(0H)2+H,t

答案BMg-AgCl电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极反应式应为AgCl+e-^=Ag+C],B项错误。

7.(2016浙江理综,11,6分)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车

和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+M2+2〃H2——4M(0H),

已知:电池的"理论比能量"指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是(

)

A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面

B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,A「空气电池的理论比能量最高

7

C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4M"+M2+2〃H2+4/K-4M(0H)3

D.在Mg-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH&宜采用中性电解质及阳离子交换膜

答案CA项,采用多孔电极可以提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于Oz扩散至电极表面;B项,单位

质量的Mg、Al、Zn反应,Al转移的电子数最多,故A1-空气电池的理论比能量最高;C项油于电池中间为阴离

子交换膜,故不能通过,则正极的电极反应式为02+4e+2H20-40H;D项,在她-空气电池中,负极的电极反应

式为Mg-2e-^=Mg2’,为防止负极区沉积Mg(OHh,可采用阳离子交换膜阻止0H进入负极区。

评析本题设计新颖,以新型电池为背景,考查原电池的工作原理。

8.(2015课标1,11,6分为微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所

A.正极反应中有CO?生成

B.微生物促进了反应中电子的转移

C.质子通过交换膜从负极区移向正极区

D.电池总反应为C6H1206+60;—6C02+6H20

答案A根据微生物电池工作原理示意图可知:CJhOs在负极上发生氧化反应,电极反应式为C此&-243+6H

4

20—6C02f+24H'◎在正极上发生还原反应,电极反应式为602+24e+24H-12H20O负极有CO,生成,A项错

误;B项彳散生物促进了反应中电子的转移,正确;C项,质子通过交换膜从负极区移向正极区,正确;D项,电池总反

应为C6Hi2O6+6O2=6CO2+6H2O,正确。

9.(2015江苏单科,10,2分)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(

催化剂

A.反应CH4+H2O△3H2+CO,每消耗ImolCH”转移12mol电子

B.电极A上为参与的电极反应为:员+20『-2葭一2H?0

C.电池工作时,CO『向电极B移动

D.电极B上发生的电极反应为a+2C02+4e——2co勺

答案DA项,由元素化合价变化知,每消耗ImolCH,转移6mol电子;B项,电极A为负极任参与的电极反应为

Hr2e-+CO,——lM+C02;C项,电池工作时,C0『向电极A移动;D项,电极B是正极,电极反应为0z+4e一+2他——2

cof0

10.(2015天津理综,4,6分)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有

关叙述正确的是()

8

A.铜电极上发生氧化反应

B.电池工作一段时间后,甲池的c(SOf)减小

C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加

D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡

答案C题中所述锌铜原电池中,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+;Cu为正极,电极反应式为Cu»+2e-

——Cu,发生还原反应。Zn,通过阳离子交换膜向正极移动;乙池溶液中消耗的Cu"与由甲池迁移过来的Zn"

的物质的量相同,则乙池溶液质量增加。溶液中的阴离子无法通过阳离子交换膜。故选C。

11.(2014福建理综,11,6分)某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+CL-2AgCL下列说法正确的是

()

A.正极反应为AgCl+e^Ag+Cl

B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成

C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变

D.当电路中转移0.Olmole时,交换膜左侧溶液中约减少0.02moi离子

答案D原电池的正极反应为CL+2e——2c「故A项错误;放电时,白色沉淀AgCl在左侧电极处产生,故B

项错误;当电路中转移0.Olmole时,原电池左侧发生的反应为Ag-e+Cl-AgCl,减少了0.Olmol的C],根据

溶液呈电中性可知,左侧溶液中的卬通过阳离子交换膜向右侧转移0.Olmol,故D项正确。

12.(2014北京理综,8,6分)下列电池工作时◎在正极放电的是()

A.锌镒电池B.氢燃料电池C.铅蓄电池D.银镉电池

答案B氢燃料电池中,负极上比放电正极上0。放电,A、C、D中均不存在&放电故选B。

13.(2013课标I,10,6分)银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2s的缘故。根据电化学原理可进行如

下处理:在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去。下列说法

正确的是()

A.处理过程中银器一直保持恒重

B.银器为正极,AgaS被还原生成单质银

C.该过程中总反应为2Al+3AgzS-6Ag+ALS3

D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl

答案B根据电化学原理可知,A1为负极,电极反应为2Al-6e一一2A1",银器为正极,电极反应为3Ag,S+6e「

3+2

-6Ag+3S",溶液中反应为2Al+3S+6H20—2A1(OH)3I+3H2st,三反应相加可知该过程的总反应为2A1+3A

g2S+6H20—2A1(0H)3+6Ag+3H2St,故B正确,C、D错误银器表面黑色的Ag2S变成了Ag,质量必然减小,A错误。

9

评析本题以表面变黑的银质器皿的处理为素材,考查原电池的工作原理、氧化还原反应及盐类水解等知识,

能力考查层级为综合应用,试题有一定难度。

14.(2013课标n,H,6分)"ZEBRA"蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCL和金属钠之间由钠离子导

体制作的陶瓷管相隔.下列关于该电池的叙述错误的是()

A.电池反应中有NaCl生成

B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子

C.正极反应为:NiCb+2e-^=Ni+2c「

D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动

答案B该原电池的负极反应为Na-e-^=N£,正极反应为NiC12+2e「^=Ni+2Cr,电池总反应为2Na+NiCb

^2NaCl+NioB项错误。

15.(2013江苏单科,9,2分,电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液,

示意图如下。该电池工作时,下列说法正确的是()

A.Mg电极是该电池的正极

B.HG在石墨电极上发生氧化反应

C.石墨电极附近溶液的pH增大

D.溶液中C「向正极移动

答案C该电池中Mg电极为负极,A项错误;石墨电极为正极,HQ得电子发生还原反应,电极反应式为HG+2

e一一20H,电极附近溶液pH增大,B项错误,C项正确;溶液中C1移向Mg电极,即C「向负极移动,D项错误。

方法归纳原电池正、负极判断的常用方法:①若两电极均为金属材料,则较活泼金属一般作负极;若两电极

分别为金属和非金属材料,则金属材料作负极。②在原电池工作时,被不断消耗的电极一般为负极。③电子流

出的电极为负极,阴离子移向的电极为负极,发生氧化反应的电极为负极■④对于燃料电池,非0。通入的电极

一般为负极。

考点分析江苏高考以"电化学"为依托考查氧化还原反应原理的运用,主要内容有电极反应式的书写,判断

电解质溶液浓度、PH的变化,以及能源、环保等热点问题。

16.(2013安徽理综/0,6分)热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所

示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为:PbS(h+2L

==

iCl+CaCaCI2+Li2s04+Pb0

10

下列有关说法正确的是()

A.正极反应式:Ca+2c1-2eCaCL

B.放电过程中,Li向负极移动

C.每转移0.Imol电子,理论上生成20.7gPb

D.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转

答案D本题以热激活电池为载体考查电化学知识。A项,根据电池总反应可知该反应为负极反应,正极反

应式为PbS04+2e-Pb+SOf;B项,放电过程中,Li'向正极移动;C项,因为每转移0.Imol电子,理论上生成0.0

5molPb,故质量为0.05molX207g•mol-10.35g;D项,常温时,由于电解质LiCl-KCl无法电离,电解质中无自

由移动的离子,不能形成闭合回路,所以不导电,无电流。

评析本题不仅考查原电池原理的基础知识,同时也考查学生对题给信息的运用能力,难度中等。

e~,

Ifll

质子交换膜

17.(2012北京理综,12,6分)人工光合作用能够借助太阳能,用CO,和H.0制备化学原料。右图是通过人工光合

作用制备HCOOH的原理示意图,下列说法不正确的是()

A.该过程是将太阳能转化为化学能的过程

B.催化剂a表面发生氧化反应,有0,产生

C.催化剂a附近酸性减弱,催化剂b附近酸性增强

+-

D.催化剂b表面的反应是CO2+2H+2e=—HCOOH

光能

答案C电池总反应式为2coz+2凡0催化剂2HC00H+0”负极:2匹0-45-0,f+4H,正极:2血+4『+4©一^2

HCOOH。A项,该过程中太阳能先转化为电能,再转化为化学能;C项,催化剂a附近生成H:酸性增强,催化剂b附

近消耗H,酸性减弱,故C项错误。

18.(2011福建,11,6分)研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢

板为电极材料,以LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是()

A.水既是氧化剂又是溶剂

B.放电时正极上有氢气生成

C.放电时0H一向正极移动

D.总反应为:2Li+2凡O^2LiOH+H,t

答案C在原电池中电解质溶液中的阳离子移向正极,阴离子移向负极。

19.(2020江苏单科,20,14分)CO/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。

11

<

3

/电

温度

图1

O;

HCO

生成

入压

中通

制得)

液反应

KOH溶

0与

液(C

CO,溶

的KH

化剂

有催

向含

器中,

密闭容

。在

加氢

罐化

⑴C0

化率

的转

OO.

为HC

转化

,HCO3

不变

条件

;其他

要原因

,其主

速上升

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