【同步讲义】高中化学(苏教版2019)选修第三册--4.1.2 醇的重要应用 讲义
展开第2课时 醇的重要应用
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1.认识醇的组成和结构特点;
2.认识醇类的物理性质;
3.列举醇在日常生活中的重要应用, 认识醇类物质对现代社会可持续发展的影响。
知识精讲
知识点01 醇的结构特点与分类
1.结构特点
羟基与饱和碳原子相连的化合物称为醇。官能团为羟基(—OH)。
2.分类
按分子中含羟基数目可分为
一元醇,如乙醇,结构简式为:CH3CH2OH
二元醇,如乙二醇,结构简式为:
多元醇,如丙三醇,俗称甘油,结构简式为:
3.饱和一元醇
由烷烃所衍生的一元醇,通式为CnH2n+1OH,简写为R—OH。如甲醇、乙醇。
【即学即练1】甲醇、乙二醇、丙三醇3种物质之间的关系是( )
A.同系物 B.同分异构体 C.同是醇类 D.性质相同
答案:C
解析:甲醇、乙二醇以及丙三醇都属于醇类,因为它们都有共同的官能团——羟基,且羟基均连在饱和碳原子上。但它们不是同系物,因为结构不相似,官能团数目不同;它们也不是同分异构体,因为分子式不同。
知识点02 醇的物理性质
1.重要的醇
(1)乙二醇:乙二醇是无色、黏稠、有甜味的液体,主要用于生产聚酯纤维。乙二醇的水溶液凝固点很低,可用作汽车发动机的抗冻剂。
(2)丙三醇:丙三醇是无色、黏稠、有甜味的液体,吸湿性强,有护肤作用,是重要的化工原料。
2.物理性质
(1)一元醇
①沸点:随分子中碳原子数的增加,沸点逐渐升高。
②溶解性:随着碳原子数的增加,在水中的溶解度降低。
(2)与相对分子质量相近的烷烃比较
醇沸点远远高于烷烃,这是因为醇分子之间存在氢键。
(3)甲醇、乙醇、丙三醇均可以与水互溶
原因:醇分子与水分子之间存在氢键。
【即学即练2】关于甘油(), 下列说法正确的是( )
A.与乙醇互为同系物
B.不能使酸性KMnO4溶液褪色
C.能发生水解反应
D.易溶于乙醇和水
答案:D
解析:A.甘油中含有3个羟基,乙醇分子中只含有1个羟基,二者结构不相似,二者的分子式不是相差CH2的整数倍,因此不能与乙醇互为同系物,A错误;B.甘油中含有3个羟基,能使酸性KMnO4溶液氧化而使溶液紫色褪去,B错误;C.甘油中无酯基和碳卤键,因此不能发生水解反应,C错误;D.羟基属于亲水基,甘油中含有多个羟基,极易溶于水,易溶于乙醇,D正确。
【即学即练3】下列物质,不能在铜或银催化的条件下与氧气反应的是( )
A. B.(CH3)3COH
C. D.
答案:B
解析:根据醇催化氧化的机理可知,醇催化氧化的规律为与羟基相连的碳原子上含有2个或3个H,可以被氧化为醛,与羟基相连的碳原子上含有1个H,可以被氧化为酮,若与羟基相连的碳原子上不含H,则不能被催化氧化,分析题目只有B项结构中与羟基相连的碳原子上不含H,故不能被催化氧化。
能力拓展
考法01 醇的分类及物理性质
1.醇的分类
(1)按羟基数目,可以将醇分为一元醇、二元醇、三元醇等。如CH3OH、CH3CH2OH属于一元醇,属于二元醇,属于三元醇。
(2)按烃基是否饱和,可以将醇分为饱和醇和不饱和醇。如CH3CH2OH属于饱和醇,CH2=CH—CH2OH为不饱和醇。
(3)按是否含有苯环,可以将醇分为芳香醇和脂肪醇。如属于芳香醇,CH3CH2OH、属于脂肪醇。
2.醇的物理性质
(1)相对分子质量相近的饱和脂肪醇和烷烃相比,醇的沸点远远高于烷烃。
(2)饱和脂肪醇随分子中碳原子数目的增加,物理性质呈现规律性变化;
①熔、沸点逐渐升高,一般低级醇为液体,高级醇为固体。
②一般易溶于水、有机溶剂,羟基含量越高,越易溶于水。
③密度逐渐增大,但比水小。
【典例1】下列关于醇类的说法中错误的是 ( )
A.羟基与烃基或苯环侧链上的碳原子相连的化合物称为醇
B.醇的同分异构体中一定有酚类物质
C.乙二醇和丙三醇都是无色液体,易溶于水和乙醇,其中丙三醇可用于配制化妆品
D.甲醇是一种无色、易挥发、易溶于水的液体,常用作车用燃料
答案:B
解析:A.羟基与烃基或苯环侧链上的碳原子相连的化合物称为醇,羟基与苯环直接相连而形成的化合物称为酚,A正确;B.羟基与苯环直接相连而形成的化合物称为酚,醇的同分异构体中不一定含苯环,所以醇的同分异构体中不一定有酚类物质,B错误;C.乙二醇和丙三醇都是无色液体,其分子中分别有2个羟基和3个羟基,可与水及乙醇分子形成氢键,故易溶于水和乙醇;其中丙三醇有护肤作用,故可用于配制化妆品,C正确;D.甲醇是一种无色、易挥发、易溶于水的液体,其含氧量高,具有较高的燃烧效率和热效率,故常用作车用燃料,D正确。
考法02 醇的重要应用
1.甲醇
甲醇起初来源于木材的干馏,俗称木糖或木醇,是无色透明的液体。甲醇有剧毒,误饮少量即会致眼睛失明甚至致人死亡。
2.乙二醇
乙二醇是一种无色、粘稠、有甜味的液体,主要用来生产聚酯纤维。乙二醇的水溶液凝固点很低,可作汽车发动机的抗冻剂。
3.丙三醇
丙三醇俗称甘油,是无色粘稠,有甜味的液体,吸湿性强,有护肤作用,是重要的化工原料。
【典例2】二甘醇可用作溶剂、纺织助剂等,一旦进入人体会导致急性肾衰竭,危及生命。二甘醇的结构简式是HO—CH2CH2—O—CH2CH2—OH。下列有关二甘醇的叙述中正确的是( )
A.能发生消去反应 B.不能发生取代反应
C.能溶于水,不溶于乙醇 D.符合通式CnH2nO3
答案:A
解析:A.二甘醇中与羟基相连碳原子的邻位碳原子上有氢原子,可以发生消去反应,故A正确;B.二甘醇能与氢溴酸发生取代反应,故B错误;C.二甘醇能溶于水,能溶于乙醇,故C错误;二甘醇的分子式为C4H10O3,不符合CnH2nO3,故D错误。
分层提分
题组A 基础过关练
1.由羟基与下列基团组成的化合物中,属于醇类的是( )
A.NH2— B.
C. D.R—CO—
答案:B
解析:羟基与饱和碳原子连接的一类含氧有机化合物为醇。与羟基相连形成苯甲醇,只有B项符合。
2.已知某些饱和一元醇的沸点(℃)如下表所示:
甲醇
1-丙醇
1-戊醇
1-庚醇
醇X
65 ℃
97 ℃
138 ℃
176 ℃
117 ℃
则醇X可能是( )
A.乙醇 B.丁醇 C.己醇 D.辛醇
答案:B
解析:由表中数据知,随分子中碳原子数增加,饱和一元醇的沸点升高。117 ℃介于97 ℃与138 ℃之间,故醇X可能是丁醇。
3.下列关于乙醇的说法不正确的是( )
A.乙醇溶液的pH小于7
B.乙醇可与金属钠反应
C.医疗上常用体积分数为75%的乙醇溶液进行消毒
D.乙醇在一定条件下能被氧化成乙醛
答案:A
解析:A.乙醇为非电解质,溶液呈中性,温度不确定,pH不确定,故A错误;B.乙醇中含有羟基,可以和Na反应生成氢气,故B正确;C.乙醇可以使蛋白质变性,体积分数为75%的乙醇溶液有很好的消毒效果,故C正确;D.乙醇在催化剂作用下可以和氧气反应生成乙醛,故D正确
4.下列关于醇类的说法中错误的是( )
A.羟基与烃基或苯环侧链上的碳原子相连的化合物称为醇
B.甲醇、乙二醇、丙三醇互为同系物
C.乙二醇和丙三醇均易溶于水和乙醇
D.相对分子质量相近的醇和烷烃相比,醇的沸点高于烷烃
答案:B
解析:羟基与烃基或苯环侧链上的碳原子相连的化合物称为醇,A正确;甲醇、乙二醇、丙三醇虽然都含有—OH,但所含—OH的数目不同,故三者不互为同系物,B错误;乙二醇和丙三醇都含有—OH,能与水或乙醇形成分子间氢键,所以乙二醇和丙三醇均易溶于水和乙醇,C正确;醇分子中含有—OH,可以形成分子间氢键,所以相对分子质量相近的醇和烷烃相比,醇的沸点高于烷烃,D正确。
5.下列各组有机物中,互为同分异构体且都属于醇类的是( )
A.乙二醇和丙三醇 B.
C.2-丙醇和1-丙醇 D.2-丁醇和2-丙醇
答案:C
解析:A项,两种有机物的分子式不同,错误;B项,两种有机物属于同分异构体,但前者是酚,后者是醇,错误;C项,两种有机物属于官能团位置异构,正确;D项,两种有机物属于同系物,错误。
6.下列物质的沸点按由高到低的顺序排列正确的是( )
①丙三醇 ②丙烷 ③乙二醇 ④乙醇
A.①②③④ B.④③②① C.①③④② D.①③②④
答案:C
解析:丙烷常温下为气体,其他三种物质均为液体,所以丙烷的沸点最低;醇含有羟基,分子间可以形成氢键,沸点较高,丙三醇含有三个羟基,氢键较多,沸点应最高,同理,乙二醇的沸点高于乙醇,所以沸点由高到低的顺序为①③④②。
7.已知α-苯乙醇的结构简式如图,下列说法不正确的是( )
A.该物质与苯甲醇互为同系物
B.该物质能发生酯化反应和消去反应
C.该物质催化氧化的产物含有醛基
D.该物质的同分异构体中,属于醇且含有苯环结构的有4种
答案:C
解析:该物质与苯甲醇都含有1个苯环、1个醇羟基,且分子式相差1个CH2,所以二者互为同系物,A正确;该物质分子中含有醇羟基,能发生酯化反应,与羟基碳原子相邻碳原子上连有氢原子,能发生消去反应生成苯乙烯,B正确;该物质催化氧化的产物为苯乙酮,C不正确;该物质的同分异构体中,属于醇且含有苯环结构的有苯乙醇及邻、间、对甲基苯甲醇,共4种,D正确。
8.下列关于丙醇的叙述中,不正确的是( )
A.1-丙醇与氧气的混合气体通过赤热的铜,可生成CH3CH2CHO
B.1-丙醇可与HI溶液发生取代反应
C.2-丙醇在NaOH溶液条件下能发生消去反应,生成一种烯烃
D.1-丙醇、2-丙醇互为同分异构体
答案:C
解析:在铜或银催化作用下,醇和O2反应欲生成醛,醇分子中与—OH相连的碳原子上必须有两个氢原子,1-丙醇满足此条件,其氧化后能生成醛,A正确;醇可与氢卤酸发生取代反应,B正确;2-丙醇在NaOH溶液条件下不能发生消去反应,C不正确;1-丙醇、2-丙醇分子式相同,结构不同,它们互为同分异构体,D正确。
9.生活中的有机物种类丰富,在衣食住行等多方面应用广泛,其中乙醇是比较常见的有机物。
(1)乙醇是无色有特殊香味的液体,密度比水的 。
(2)工业上用乙烯与水反应可制得乙醇,该反应的反应类型是 。
(3)下列属于乙醇的同系物的是 ,属于乙醇的同分异构体的是 (填编号)。
A. B.
C.乙醚(CH3CH2OCH2CH3) D.甲醇
E.CH3—O—CH3 F.HO—CH2CH2—OH
(4)乙醇能够发生氧化反应:
①46 g乙醇完全燃烧消耗 mol氧气。
②乙醇在铜作催化剂的条件下可被氧气氧化为乙醛,反应的化学方程式为
。
答案:(1)小 (2)加成反应 (3)D E
(4)①3 ② 2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O
解析:(1)乙醇的密度比水的密度小。
(2)乙烯与水发生加成反应生成乙醇,方程式为CH2=CH2 + H2OCH3CH2OH。
(3)同系物满足两个条件:结构相似,组成相差n个CH2原子团,故甲醇与乙醇互为同系物;同分异构体满足两个条件:分子式相同,不同的空间结构,故CH3—O—CH3与乙醇互为同分异构体。
(4)①乙醇燃烧方程式:C2H5OH + 3O22CO2 + 3H2O,46 g 乙醇的物质的量是1 mol,故1 mol乙醇完全燃烧消耗3 mol O2。②乙醇催化氧化生成乙醛和水,化学方程式为2CH3CH2OH + O22CH3CHO+2H2O。
10.醇是生产、生活中的一类重要化合物,如维生素A是一切健康上皮组织必需的物质,维生素A的结构简式为。乙醇、二甘醇常用作溶剂等,二甘醇的结构简式为HO—CH2CH2—O—CH2CH2—OH。请回答下列问题:
(1)1个维生素A分子中不饱和碳原子数目为________。
(2)1 mol维生素A分子最多可与________ mol Br2发生加成反应。
(3)下列物质在一定条件下能与维生素A发生反应的是________(填字母)。
A.乙酸 B.氢氧化钠溶液
C.酸性KMnO4溶液 D.溴的四氯化碳溶液
(4)下列物质中与乙醇互为同系物的是________(填字母,下同),属于乙醇的同分异构体的是________。
A.CH3COOH B.甲醇
C.甲醚(CH3—O—CH3) D.HO—CH2CH2—OH
(5)53 g二甘醇与足量的金属钠反应产生标准状况下H2的体积为________。
答案:(1)10 (2)5 (3)ACD (4)B C (5)11.2 L
解析:(1)由维生素A的结构简式可知1个维生素A分子中不饱和碳原子数目为10。
(2)由维生素A的结构简式可知1 mol维生素A分子最多可与5 mol Br2发生加成反应。
(3)维生素A中有羟基,可以和乙酸发生酯化反应,A正确;根据维生素A的结构简式可知不能和氢氧化钠溶液反应,B错误;维生素A中有碳碳双键,可以被酸性KMnO4溶液氧化,C正确;维生素A中有碳碳双键,可以和溴发生加成反应,D正确。
(4)乙醇中含有1个羟基,根据同系物的定义可知,与乙醇互为同系物的是甲醇,故选B;乙醇的分子式为C2H6O,根据同分异构体的定义可知,属于乙醇的同分异构体的是甲醚,故选C。
(5)根据二甘醇可知1个二甘醇和钠反应可以生成1个氢气分子,故n(H2)=n(二甘醇)==0.5 mol,其体积为V=0.5 mol×22.4 L·mol-1=11.2 L。
题组B 能力提升练
1.下列关于有机物CH2=CHCH2OH的说法中,正确的是( )
A.能使溴水褪色
B.含氧官能团的名称为羧基
C.与乙醇互为同系物
D.在核磁共振氢谱图中有3组吸收峰
答案:A
解析:A.由该有机物的结构简式可知,含有碳碳双键,故能使溴水褪色,A正确;B.含氧官能团的名称为羟基,B错误;C.同系物是指结构相似(即官能团的种类和数目分别相同),组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质,故该有机物与乙醇不互为同系物,C错误;D.该有机物中含有4种不同环境的氢原子,故在核磁共振氢谱图中有4组吸收峰,D错误。
2.用如图所示装置检验乙烯时不需要除杂的是( )
选项
乙烯的制备
试剂X
试剂Y
A
CH3CH2Br与NaOH的乙醇溶液共热
H2O
酸性KMnO4溶液
B
CH3CH2Br与NaOH的乙醇溶液共热
H2O
Br2的CCl4溶液
C
CH3CH2OH与浓硫酸共热至170 ℃
NaOH溶液
酸性KMnO4溶液
D
CH3CH2OH与浓硫酸共热至170 ℃
NaOH溶液
Br2的水溶液
答案:B
解析:发生消去反应生成乙烯,乙醇能被酸性高锰酸钾溶液氧化,则需要加水除杂,否则干扰乙烯的检验,故A不选;发生消去反应生成乙烯,乙醇与Br2的CCl4溶液不反应,乙烯与Br2的CCl4溶液反应,则不需要除杂,不影响乙烯检验,故B选;发生消去反应生成乙烯,乙醇能被酸性高锰酸钾溶液氧化,则需要NaOH溶液除杂,否则干扰乙烯的检验,故C不选;发生消去反应生成乙烯,乙醇与溴水不反应,但可能混有二氧化硫,二氧化硫、乙烯均与溴水发生反应,则需要除杂,否则干扰乙烯的检验,故D不选。
3.下列关于异丙醇[CH3CH(OH)CH3]和乙醇的说法错误的是( )
A.异丙醇和乙醇互为同系物
B.异丙醇和乙醇分子中均有三种不同化学环境的氢原子
C.异丙醇和乙醇均可由烯烃与水反应获得
D.异丙醇和乙醇灭活病毒的原理与双氧水相同
答案:D
解析:A.异丙醇和乙醇都是饱和一元醇,结构相似,且分子组成相差一个—CH2—,故二者互为同系物,故A正确;B.异丙醇的结构简式为(CH3)2CHOH,乙醇的结构简式为CH3CH2OH,二者分子中均有三种不同化学环境的氢原子,故B正确;C.异丙醇可由丙烯和水加成得到,乙醇可由乙烯和水加成得到,故C正确;D.异丙醇和乙醇灭活病毒的原理是醇类有很强的渗透作用,容易渗透到细菌体内,从而溶解并破坏细菌的细胞结构,双氧水灭活病毒的原理是利用双氧水的强氧化性,二者原理不相同,故D错误。
4.工业上乙醚可用于制造无烟火药,实验室可用乙醇和浓硫酸反应合成乙醚,装置设计如图(部分装置略):
(1)写出实验室制备乙醚的化学方程式:______________________________________。
(2)仪器a是_____________(写名称);仪器b应更换为下列的______(填标号)。
A.干燥管 B.直形冷凝管 C.玻璃管 D.安全瓶
(3)实验操作的正确排序为a→_____________ →f(填标号),取出乙醚立即密闭保存。
a.安装实验仪器 b.加入12 mL浓硫酸和少量乙醇的混合物 c.检查装置气密性
d.熄灭酒精灯 e.通冷却水并加热三颈烧瓶 f.拆除装置
g.控制滴加乙醇速率与馏出液速率相等
(4)反应温度不超过145 ℃,其原因是_________________________________。 实验过程中,尾接管必须接至室外,其原因是____________________________。
答案:(1)2C2H5OHC2H5OC2H5+H2O (2)分液漏斗 B (3)cbegd (4)可能会生成副产物乙烯 乙醚在空气中遇热易爆炸
解析:(1)实验室制备乙醚的反应为在浓硫酸作用下,乙醇加热到140 ℃发生分子间脱水反应生成乙醚和水,反应的化学方程式为2C2H5OHC2H5OC2H5
+H2O。(2)由实验装置图可知,仪器a为分液漏斗,仪器b为球形冷凝管,球形冷凝管冷凝时积液,实验时应更换为直形冷凝管。(3)制备乙醚的操作顺序为安装实验仪器、检查装置气密性、向三颈烧瓶中添加试剂、通冷却水并加热三颈烧瓶、控制乙醇的滴速与乙醚的馏出液速率相等、熄灭酒精灯停止反应、拆除装置、取出乙醚立即密闭保存,则正确的顺序为a→c→b→e→g→d→f。(4)当反应温度超过145 ℃时,在浓硫酸作用下,乙醇会发生分子内脱水反应生成乙烯和水,为防止乙烯生成,影响乙醚的产率,实验时反应温度不能超过145 ℃;由题意可知,乙醚易挥发,在空气中遇热易发生爆炸,为防止出现实验事故,冷凝收集时尾接管必须接至室外并进行尾气处理。
题组C 培优拔尖练
1.溴乙烷是有机合成的重要原料,实验室中可由乙醇与氢溴酸反应制备,路线如下。
下列说法错误的是( )
A.浓硫酸的浓度过大,会使粗产品略显橙色
B.用5% Na2CO3溶液洗涤分液时,有机相在分液漏斗的下层
C.无水MgSO4的作用是除去有机相中残存的少量水
D.蒸馏除去残余反应物乙醇时,乙醇先蒸馏出体系
答案:D
解析:浓硫酸浓度过大,可能会将部分Br-氧化成Br2,因为溴单质易溶于有机溶剂中显橙色,所以上述过程中会使粗产品略显橙色,A正确;由于溴乙烷的密度比水大,故分液时,有机相在下层,B正确;无水MgSO4有一定的吸水能力,可以用来除去有机相中残留的少量水,C正确;由于乙醇存在分子间氢键,其沸点比溴乙烷高,所以先蒸馏出的是溴乙烷,D错误。
2.莲花清瘟胶囊(或颗粒)是治疗新冠肺炎有效的中药,含有多种药物成分,广藿香醇是其中一种,其结构如图所示(分子式为C15H26O)。下列关于广藿香醇的叙述正确的是( )
A.属于环己醇的同系物
B.存在酚类或芳香醇类的同分异构体
C.能发生酯化反应,也容易被催化氧化生成酮
D.分子中含有六元环和甲基的数目均为4
答案:D
解析:A.环己醇、广藿香醇的分子式分别为C6H12O、C15H26O,分子组成相差C9H14,不是同系物,A错误;B.广藿香醇的不饱和度为3,不能形成酚类或芳香醇类(苯环的不饱和度为4)的同分异构体,B错误;C.与羟基相连的碳原子没有结合氢原子,不能被催化氧化生成酮,C错误;D.观察广藿香醇的分子结构,含有六元环和甲基的数目均为4,D正确。
3.芳樟醇是世界上用量最大的香料,结构如图。有关芳樟醇的说法正确的是( )
A.与乙醇互为同系物
B.与1 mol溴单质加成,产物有1种
C.发生消去反应,生成两种含有“C=C—C=C”结构的产物
D.在铜催化下,被O2氧化成分子式为C10H16O的产物
答案:C
解析:A.结构中含羟基和碳碳双键,与乙醇结构不相似,组成上也不符合“差几个CH2”,不互为同系物,A错误;B.所含2个碳碳双键之间差好几个碳原子,不属于共轭二烯烃,2个碳碳双键不等同,故与1 mol溴单质加成,产物有2种, B错误;C.羟基所连的碳原子相连的碳有3种(即β-C有3种)、β-H有3种,发生消去反应,其中一种产物含有“C=C =C”结构不稳定,生成两种含有“C=C—C=C”结构的产物,C正确;D.羟基所连的碳原子上没有氢原子,不能发生催化氧化反应,D错误。
4.人类利用太阳能已有3000多年的历史,太阳能科技突飞猛进。塑晶学名为新戊二醇(NPG),它和液晶相似,塑晶在恒温44℃时,白天吸收太阳能而贮存热能,晚上则放出白天贮存的热能。已知:NPG的结构式如图,有关NPG说法错误的是( )
A.NPG与乙二醇互为同系物
B.NPG可命名为∶2,2二甲基1,3丙二醇
C.NPG一定条件下能发生消去反应
D.研究确定NPG的结构,需经重结晶提纯并干燥、元素定量分析确定分子、相对分子质量测定和波谱分析确定结构
答案:C
解析:NPG中连接2个-CH2OH的碳上没有H,不能发生消去反应,C选项错误。
5.苏合香醇可以用作食用香精,其结构简式如图所示:
(1)苏合香醇的分子式为________。
(2)下列物质不能与苏合香醇发生反应的是________(选填序号)。
a.金属钠 b.HBr c.Na2CO3溶液 d.乙酸
(3)苏合香醇在铜作催化剂时发生氧化反应的化学方程式为_______________________________。
(4)苏合香醇发生消去反应的化学方程式为_____________________________。
答案:(1)C8H10O (2)c
(3)2+O22+2H2O
(4)+H2O
解析:(1)苏合香醇的分子式为C8H10O;(2)由—OH和苯环的性质可知,能发生取代、加成、氧化、消去反应,而不能发生水解、加聚反应,a.—OH与金属钠发生取代反应,故正确;b.—OH与HBr发生取代反应,故正确;c.与Na2CO3溶液不反应;d.与乙酸发生酯化反应,故正确;(3)苏合香醇在铜作催化剂时发生氧化反应的化学方程式为2+O22+2H2O;(4)苏合香醇发生消去反应的化学方程式为+H2O。
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