课题：第二章 化学反应与能量
第一节 化学能与热能(一)授课班级
课 时
目的知识
与
技能1、了解化学能与化学反应中能量变化之间的关系
2、在化学实验的基础上，通过吸热反应和放热反应的概念，理解化学反应中能量变化的主要原因
过程
与
方法1、具有较强的问题意识，能够发现和提出有探究价值的化学问题，敢于质疑，勤于思考，逐步形成独立思考能力，善于与人合作，具有团队精神
情感
态度
价值观1、发展学习化学的兴趣，乐于探究物质变化的奥秘，体验科学探究的艰辛和喜悦，感受化学世界的奇妙与和谐。
2、有参与化学科技活动的热情，有将化学能与热能的化学知识应用于生产、生活实践的意识，能够对与化学能有关的社会和生活问题做出合理的判断。树立正确的能源观
热爱家乡，热爱祖国，树立为中华民族复兴、为人类文明和社会进步而努力学习化学的责任感和使命感。
重 点化学键与能量变化的关系
难 点从本质上(微观结构角度)理解化学反应中能量的变化，从而建立起科学的能量变化观
知
识
结
构
与
板
书
设
计第二章 化学反应与能量
第一节 化学能与热能
一、化学键与化学反应中能量变化的关系
1、键能：拆开1 mol某键所需的能量叫键能。单位：kJ/mol。
破坏化学键时要吸收能量，形成化学键时放出能量
2、物质的化学反应与体系的能量变化是同时发生的，只要有化学反应就一定有能量变化。
3、引起化学反应中的能量变化：
(1) 微观：化学键的断裂是化学反应中能量变化的主要原因。
(2) 宏观：在化学反应中，反应物的总能量与生成物的总能量间的能量差
4、 ∑E（反应物）＞∑E（生成物）??放出能量
∑E（反应物）＜∑E（生成物）??吸收能量
化学反应
二、化学能与热能的相互转化
放热反应：放出热的化学反应
化学反应
吸热反应：吸收热的化学反应
过程
教学步骤、内容教学方法、手段、师生活动
[投影]中国面对能源危机新闻图片；
［引言］新闻：央视国际消息，中国能源消费总量已经位居世界第二，约占世界能源消费总量的11%。 2003年，中国能源消费总量为16.8亿吨标准煤。其中煤炭占67.1%，原油占22.7%，天然气占2.8%，可再生能源占7.3%。 目前中国面临着常规能源资源约束、过分依赖煤炭污染严重、能源利用效率低等问题。中国每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的10.3%、欧盟的16.8%。中国石油、天然气资源短缺，需要充分利用国内外两种资源、两个市场，在做好石油节约与替代的同时，走出国门，积极参与世界油气市场的开发与资源分享，扩大能源对外贸易和投资。
[讲述]能源危机已成为制约一个国家发展的瓶颈，今天我们以化学的眼光来研究能源。
[板书]第二章 化学反应与能量
[学生阅读]前言内容
[讲]通过阅读本章前言，我们知道本章我们要解决的核心问题：在现代广泛使用的各种能源中，那些与化学密切相关？面对能源枯竭的危机，提高能源利用率和开辟新能源是解决这一问题的两个主要方向，在这方面化学能做出什么贡献？
[学与问]煤、石油和天然气等化石燃料或它们的制品的燃烧所产生的热能从何而来？与化学物质及化学反应有什么关系？石灰石经高温煅烧生成生石灰，高温提供的热能在分解反应中起什么作用？
这里所列举的两类反应说明了化学反应与热能之间的辩证关系以及它们之间的相互转化
化学反应 热能
一方面，用煤、石油、天然气的燃烧放热来说明化学能向热能的转化，人们利用这些化学反应获取能量；另一方面，用CaCO3经过高温煅烧分解生成CaO 来阐述热能对化学反应的支持作用，人们利用热能来完成常温下很难发生的化学反应。
[板书] 第一节 化学能与热能
一、化学键与化学反应中能量变化的关系
[复习]化学键：使离子相结合或原子相结合的作用。
*键能：拆开1 mol某键所需的能量叫键能。单位：kJ/mol。
[讲]化学键的形成蕴涵着能量变化，在进行反应时化学键要断裂，吸收能量，反应后形成新化学键要放出能量，
[分析]2H→H2中能量变化？
1mol H2中含有1molH－H，在250C 101kPa条件下，由H原子形成1molH－H要放出436kJ的能量，而断开1molH－H重新变为H原子要吸收436kJ的能量。
[板书]1、键能：拆开1 mol某键所需的能量叫键能。单位：kJ/mol。
破坏化学键时要吸收能量，形成化学键时放出能量
[类比分析]CH4→4C+4H（吸收4mol×415kJ/mol=1660kJ）
［讲］不同物质形成的化学键能量不同，而化学键存在于不同的物质间，物质发生化学变化时，反应物和生成物的能量不同，这样的过程就出现了能量变化。
[板书]2、物质的化学反应与体系的能量变化是同时发生的，只要有化学反应就一定有能量变化。
［问］氢气和氯气的混合气体遇到强光会发生爆炸，放出大量的热。反应中的热量由何而来？氢气和氯气反应的本质是什么？从微观上（从化学键角度）加以分析。
［投影分析］在25℃和101kPa的条件下，1mol H2与1mol Cl2反应：
H2 2H 消耗能量约436 kJ
Cl2 2Cl 消耗能量约242 kJ
+） 2H + 2Cl 2HCl 释放能量约862 kJ
H2 + Cl2 2HCl 共放热约184 kJ
［讲］这样，由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量，根据“能量守恒定律”，多余的能量就会以热量的形式释放出来。
[板书]3、引起化学反应中的能量变化：
(1) 微观：化学键的断裂是化学反应中能量变化的主要原因。
[思考与交流]为什么有的化学反应会放出热量，而有的化学反应却需要吸收热量呢？
[投影小结]1．化学反应的特点是有新物质生成，新物质和反应物总能量不同。
2．反应中要遵循能量守恒。
3．反应物与生成物的能量差若以热能形式表现即为放热和吸热。如果二者能量比较接近，则放热和吸热不明显。
［过］微观的角度：化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因；那么从宏观的角度又怎样对一个反应到底是放热还是吸热进行判断呢？各种物质中都含有化学键，因而我们可以理解为各种物质中都储存有化学能。不同物质由于组成、结构不同，因而所包含的化学能也不同。在化学反应中，随着物质的变化，化学能也随之改变。那么，一个化学反应吸收能量还是放出能量是由什么决定的呢？
[强调] 一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小
[板书](2) 宏观：在化学反应中，反应物的总能量与生成物的总能量间的能量差
[思考与交流]吸热反应和放热反应中，反应物本身所具有的能量和生成物本身所具有的能量之间的大小关系分别如何？（提示：可从能量守恒角度分析）
[投影]图2-1水能、化学能对比示意图
［讲］水由高处向上流要释放能量，势能转换为动能，同理，反应物的总能量>生成物的总能量，化学反应放出能量。将水由低处送向高处需提供能量(电能转换为机械能，再转换为热能)，同理，反应物的总能量<生成物的总能量，化学反应吸收能量。
[板书]4、 ∑E（反应物）＞∑E（生成物）??放出能量
∑E（反应物）＜∑E（生成物）??吸收能量
[过]我们在初中学习过“质量守恒定律”，知道自然界中物质可以相互转化，但是总质量保持不变；同样一种能量可以转化成另一种能量，能量也是守恒的，这就是“能量守恒定律”这是两条基本的自然定律，化学能是能量的一种，它同样可转化成其它形式的能量，如热能、电能等。我们开始研究化学能与热能的关系。
[板书]二、化学能与热能的相互转化
[讲]化学反应的过程中伴随着能量变化,通常表现为热量的变化
[投影]吸放热与能量关系
放热反应：放出热的化学反应
[板书] 化学反应
吸热反应：吸收热的化学反应
［小结］通过本节课的学习，我们了解到，化学键的断裂和形成是化学反应中发生能量变化的主要原因，反应是放热还是吸热，取决于反应物的总能量与生成物的总能量的比较。
［自我评价］
1.在反应H2 + Cl2 ＝2HCl中，已知H－H键能为436kJ，Cl－Cl键能为243kJ，H－Cl键能为431kJ，判断该反应是
A. 吸热反应 B. 放热反应
C. 吸收183 kJ热量 D.放出183 kJ热量
2、已知反应A＋B＝C＋D为放热反应，对该反 应的下列说法中正确的是（ ）
A. A的能量一定高于C
B. B的能量一定高于D
C. A和B的总能量一定高于C和D的总能量
D. 该反应为放热反应，故不必加热就一定能发生
3、氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰，在反应中，破坏1molH－H键消耗的能量为Q1kJ，破坏1molO = O键消耗的能量为Q2kJ，形成1molH－O键释放的能量为Q3kJ。下列关系式中正确的是（ ）
A.2Q1 + Q2 > 4Q3 B、2Q1 + Q2 < 4Q3
C、 Q1 + Q2 < Q3 D、Q1 + Q2 = Q3
教学回顾：
教 案
课题：第一节 化学能与热能(二)授课班级
课 时
教学目的知识
与
技能1、获得化学能与热能化学实验的基础知识和基本技能，学习实验研究的方法，能设计并完成吸热反应和放热反应的化学实验
2、形成吸热反应和放热反应的概念
过程
与
方法1、具有较强的问题意识，能够发现和提出化学能与热能的探究性问题，敢于质疑，勤于思考，逐步形成独立思考的能力。
2、在教师的指导下与同学合作完成科学探究实验1、2、3
情感
态度
价值观1、通过实验激发学生学习化学的兴趣和情感
2、培养学生严谨求实、勇于探索的科学精神。
3、有参与化学科技活动的热情，有将化学能与热能的化学知识应用于生产，生活实践的意识，能够对化学能有的社会和生活问题做出合理的判断
重 点实验探究和通过实验探究化学反应与能量的关系，掌握吸热反应和放热反应的概念
难 点设计探究实验
知识结构与板书设计二、化学能(chemical energy)与热能(heat energy)的相互转化
1、基本的自然定律：
(1) 质量守恒定律
(2) 能量守恒定律
(3) 质能守恒定律
2、吸热反应(endothermic reaction)和放热(exothermic reaction)反应
实验2-1 铝与盐酸反应中的能量变化
结论：铝与盐酸反应放热
实验2-2 Ba(OH)2 ?8H2O 与NH4Cl 反应中的能量变化
结论：该反应是吸热反应
实验2-3 酸碱中和反应中的能量变化
结论：该反应是放热反应
3、酸与碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量称为中和热。
4、放热反应：物质与氧气的反应 ；燃料的燃烧；中和反应；金属与酸；活泼金属与水的反应 ；生石灰和水反应；大部分化合反应
吸热反应：C+CO2 ；C+H2O；H2 +CuO；Ba(OH)2 ?8H2O +NH4Cl
Fe+H2O （g）；大部分分解反应
三、化学能的利用
教学过程
教学步骤、内容教学方法、手段、师生活动
[复习]1．化学键与反应中能量变化关系？
2．反应吸放热与反应中能量关系？
[过]上一节我们从理论上对反应放吸热进行了探讨，这节课我们主要通过实验来探讨分析反应过程中的吸放热问题。
［板书］
二、化学能(chemical energy)与热能(heat energy)的相互转化
1、基本的自然定律：
(1) 质量守恒定律
(2) 能量守恒定律
(3) 质能守恒定律
2、吸热反应(endothermic reaction)和放热(exothermic reaction)反应
实验2-1 铝与盐酸反应中的能量变化
[投影实验2-1]实验步骤：在试管里加入2-3 mL 6 mol/L 的盐酸，再插入铝条，立即用手触摸试管外壁，感受其温度，并用温度计测量溶液的温度，做好记录，当反应进行到大量气泡冒出时，再用手触摸试管外壁感受其温度，并用温度计测量溶液的温度，做好记录。
[讲]注意事项：铝与稀酸和弱酸反应现象不明显，常常需要加热，所以要选择强酸且浓度不要太低。尽量使用纯度好的铝条，反应前要用砂纸打磨光亮，这样进行实验时，用手触摸才能明显感觉到反应放热，用温度计测量效果会更好。
［投影小结］实验现象：试管外壁和溶液的温度，反应后比反应前高，有大量气泡逸出。
实验结论：铝与盐酸反应产生H2 ，并放出热量。
方程式：2Al+6HCl == 2AlCl3+3H2
［板书］结论：铝与盐酸反应放热
实验2-2 Ba(OH)2 ?8H2O 与NH4Cl 反应中的能量变化
[投影实验2-2]
实验步骤实验现象得出结论
将晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌混合物有刺激性气味的气体产生，该气体能使湿润的紫色石蕊试纸变蓝有NH3气生成
用手触摸烧杯下部感觉烧杯变凉反应吸热
用手拿起烧杯烧杯下面的带有几滴水的玻璃片（或小木板）粘到了烧杯底部反应吸收热量使体系温度降低，使水结成冰
将粘有玻璃片的烧杯放在盛有热水的烧杯上一会儿再拿起玻璃片脱离上面烧杯底部冰融化
反应完后移走烧杯上的多孔塑料片，观察反应物混合物成糊状有水生成
[讲]注意事项：这个实验成功的关键是在短时间内反应充分进行，使体系温度快速降低，将玻璃片上的水凝固。实验中要注意两点：
（1）将Ba(OH)2?8H2O晶体研磨成粉末，以便与NH4Cl晶体充分接触；
（2）由于该反应属于固相反应，一定要在晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌混合物，以使它们很快起反应；
（3）反应放出有刺激性气味的氨气，会造成学习环境的污染，所以要注意对氨气的吸收。
［投影小结］方程式：Ba(OH)2?8H2O+2NH4Cl==BaCl2+2NH3↑+10H2O
玻璃棒的作用：搅拌，使混合物充分接触
反应物成糊状的原因：结冰粘结
［板书］结论：该反应是吸热反应
实验2-3 酸碱中和反应中的能量变化
[投影实验2-3]
实验步骤：在50 mL 烧杯中加入20 mL 2 mol/L的盐酸，测其温度。另用量筒量取20 mL 2mol/L NaOH溶液，测其温度，并缓慢地倾入烧杯中，边加边用玻璃棒搅拌。观察反应中溶液温度的变化过程，并作好记录。
盐酸温度/℃NaOH 溶液温度/℃中和反应后溶液温度/℃
室温室温温度升高
［问］是不是所有强碱与强酸的反应都放热呢？下面让我们做一组对比实验。
[讲]实验注意事项：通过三组强酸和强碱之间的反应对比实验，定性的抽象出“中和热”概念。在实验中要注意：
（1）三组实验所处条件要相同，如使用的仪器、外界环境中温度和压强要相同；
（2）三组实验酸和碱的用量要相同，以保证生成水的量相同
（3）控制相同的反应时间。
［投影小结］
反应物
及用量酸HNO3 50 mL 1 mol/LHCl 50 mL 1 mol/LHCl 50 mL 1mol/L
碱 NaOH 50 mL 1 mol/LNaOH 50 mL 1 mol/LKOH 50 mL 1mol/L
混合前温度室温室温室温
混合后温度t1t2t3
结 论HNO3与NaOH发生中和反应时放热HCl与NaOH发生中和反应时放热HCl与KOH发生中和反应时放热
对实验进行
归纳和概括强酸与强碱发生中和反应时放出热量
［问］对实验进行原理性抽象──为什么强酸与强碱发生反应时都会放出热量？
[投影分析]三个反应的化学方程式和离子方程式分别为：
HNO3+NaOH=NaNO3+H2O，H+ + OH- = H2O
HCl+NaOH=NaCl+H2O，H++ OH- = H2O
HCl+KOH=KCl+H2O，H+ + OH- = H2O
[讲]由此可见，三个反应的化学方程式虽然不同，反应物也不同，但是它们的反应本质相同，都是H+与OH-离子反应生成水的反应，属于中和反应，其离子方程式都是：H+ + OH- = H2O。所以，可提出推测，即中和反应都放热。由于三个反应中H+和OH-离子的量都相等，则生成水的量也相等，故放出的热量也相等（在上述三个实验中，温度上升的幅度接近）。
［板书］结论：该反应是放热反应
3、酸与碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量称为中和热。
［思考与交流］如果要通过实验来测定盐酸与氢氧化钠反应的中和热，你认为在设计实验装置？
［讲］在大烧杯底部垫泡沫塑料（或纸条），使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料（或纸条），大烧杯上用泡沫塑料板（或硬纸板）作盖板，在板中间开两个小孔，正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过，以达到保温、隔热、减少实验过程中热量损失的目的，如上图所示。该实验也可在保温杯中进行。
［思考与交流］在设计实验装置和操作时应该注意哪些问题？
［投影］（1）用隔热装置，尽量减少热量散失；
（2）酸碱的量要准确：n＝C×V
a.浓度要越精确越好； b.量体积的容器越精确越好，最好用移液管
（3）温度计越精确越好
（4）注意控制反应时间
（5）多做几次，取平均值
［思考与交流］在设计实验装置和操作应从两个方面考虑，
［投影小结］一是注重“量”的问题: 如
① 反应物的浓度和体积取定值；
② 测量反应前后的温度值；
③ 做平行实验取平均值。
二是尽量减小实验误差，如
①用经过标定的盐酸和氢氧化钠溶液；
②量液器最好使用移液管；
③搅拌使反应充分进行；
④及时散热，使混合液温度均衡；
⑤温度计的精确度高，最好使用精度为0.1 ℃或更高的温度计；
⑥盐酸跟氢氧化钠溶液混合后液面上方的空间尽可能小；
⑦使用绝缘装置，避免热量散发到反应体系之外；
⑧温度计要读准确。
［讲］最后，让我们一起来总结一下常见的吸放热反应
［板书］4、放热反应：物质与氧气的反应 ；燃料的燃烧；中和反应；金属与酸；活泼金属与水的反应 ；生石灰和水反应；大部分化合反应
吸热反应：C+CO2 ；C+H2O；H2 +CuO；Ba(OH)2 ?8H2O +NH4Cl
Fe+H2O （g）；大部分分解反应
[讲]人类不但利用化学能转化为热能的原理来获取所需的能量进行生活、生产和科研，如化石燃料的燃烧、炸药开山、发射火箭等。化学家们也常常利用热能使很多化学反应得以发生。从而探索物质的组成、性质或制备所需的物质，如高温冶炼金属、分解化合物等。
化学反应伴随着能量变化是化学反应的一大特征。化学物质的化学能通过化学反应转化为热能，是人类社会发展的动力之源；而热能转化为化学能又是人们进行化学科研创造新物质不可缺少的条件和途径。
[学生阅读]科学视野：生物体中的能量转化
[讲]能量转化在生物体内也是普遍存在的。例如植物通过光合作用使光能转化为化学能储存在所形成的淀粉等糖类中。人通过食物将淀粉等糖类摄入体内，通过一系列化学反应（生化反应）释放出能量，维持人的生理活动。…生物氧化是在…。在分子水平上，化学和生物学正在出现交叉和融合。化学必将对生物与生命科学的发展做出更大的贡献。
［板书］三、化学能的利用
［投影］1、社会发展与能源利用（图2-3不同社会发展水平时期的人均耗能量）
［投影］2、人类利用能源的三个阶段
(1) 柴草时期：（图2-4中国古代制陶图）
[讲]柴草时期(火的发现至18世纪产业革命)以树枝杂草为主要能源。其主要贡献是：(1) 推动了人类文明的进步 (2) 钻木取火使人类告别了“茹毛饮血”的生活，熟食促进了人的进化 (3) 陶瓷、炼铜、冶铁等化学工艺在烈火中诞生，促进物质文明。
［投影］(2) 化石能源时期：（图2-5汽车发动机汽缸中燃料燃烧）
[讲]化石能源时期(18世纪中期至现代) 以煤、石油、天然气为主要能源。主要贡献：(1) 促进了冶金工业的发展和蒸汽机的推广，推动了近代产业革命。 (2) 推动了汽车、飞机等工业的发展，加速了现代工业化的过程。
［投影］(3) 多能源结构时期：
[讲]多能源结构时期，可再生能源和清洁能源(绿色能源)将成为新能源的主力军。太阳能、氢能、核能、生物能、地悫地表能将成为能源家庭族的主要成员。主要贡献：(1) 满足人们生产、生活所需的能源。(2) 提高了能源的利用率 (3) 最大限度地减少对环境的污染
[小结] 化学反应伴随着能量变化是化学反应的基本特征之一。化学物质中的化学能通过化学反应转化为热能，提供了人类生存和发展需要的能量和动力，而热能转化为化学能又是人们进行化工生产、研制新物质不可或缺的条件和途径。
［自我评价］
1. 下列说法正确的是 ( )
A. 大多数的化合反应是释放能量的反应
B. 大多数分解反应是吸收能量的反应
C. 释放能量的反应都不需要加热
D. 吸收能量的反应都需要加热
2. 下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是
A.铝片与稀盐酸的反应
B. Ba(OH)2 ?8H2O 和NH4Cl 的反应
C.灼热的炭与CO2 的反应
D.甲烷在氧气中的燃烧反应
3、下列说法正确的是（ ）
A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
B.任何放热反应在常温条件下一定能发生反应
C.反应物和生成物所具有的总能量决定了反应结果是放热还是吸热
D.吸热反应在一定条件下也能发生反应
4、有关下列能量转化的认识不正确的是( )
A．植物的光合作用使得太阳能转化为了化学能
B．人类使用照明设备是将电能转化为了光能
C．生物体内的化学变化过程在能量转化上比在体外发生的一些能量转化更为合理、有效
D．燃料燃烧时只是将化学能转化为了热能
5、绿色能源是指使用过程中不排放或排放极少污染物的能源，如一级能源中的水能、地热、天然气等；二级能源中电能、氢能等。下列能源属于绿色能源的是（ ）
① 太阳能 ② 风能 ③ 石油 ④ 煤 ⑤ 潮汐能 ⑥ 木材
A.①②③ B.③④⑤ C.④⑤⑥ D.①②⑤
6、.已知反应物的总能量高于产物的总能量，则反应是（ ）
A.放热反应 B.吸热反应
C.有催化剂作用 D.无法判断
7、下列反应中，属于吸热反应的是（ ）
A.活泼金属跟酸反应 B.制造水煤气
C.酸碱中和反应 D.镁条燃烧
［点击高考］---新课标真题
(07重庆)已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且氧气中1 mol O=O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1 mol H?O键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 mol H?H键断裂时吸收热量为 ( )
(A)920 kJ (B)557 kJ
(C)436 kJ (D)188 kJ
(07广东化学)将V1 mL 1.0 mol/L HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图所示(实验中始终保持V1＋V2＝50 mL)。下列叙述正确的是 （ ）
(A)做该实验时环境温度为22 ℃
(B)该实验表明化学能可以转化为热能
(C)NaOH溶液的浓度约是1.00 mol/L
(D)该实验表明有水生成的反应都是放热反应
(06上海)下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是( )
A、碳酸钙受热分解 B、乙醇燃烧
C、铝粉与氧化铁粉反应 D、氧化钙溶于水
[反思与评价]
（一）个人反思和总结
1.通过这个实验你学到了哪些化学知识？学会了哪些实验方法？
2.在整个过程中，你最满意的做法是什么？你最不满意的做法是什么？
（二）组内交流和评价
1.在思考、讨论过程中，同组成员给了你哪些启示？你又给了同组成员哪些启示？
2.在实验过程中，同组成员给了你哪些帮助？你又给了同组成员哪些帮助？
（三）组间交流和评价
1.当听完其他小组的汇报后，发现他们的哪些做法比你们小组的好？哪些不如你们
的好？
2.当听完其他小组的汇报后，你是否又有了新的想法？
[反思与评价]
1.整个实验中有哪些创新之处？
2.在实验过程中对你最有启迪的是什么？
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