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第6节 材料的利用与发展
考点一、材料与人类社会发展
材料的发展历程：石器→陶器→青铜器→钢铁→合成材料→新型材料。
人类对金属材料的使用不仅与金属的活动性有关，还与金属冶炼的难易程度有关。如人类最早使用的金属材料是铜，目前使用最多的金属材料是铁及铁的合金。虽然地壳中含量最多的金属元素是铝，但由于铝的金属活动性较强，冶炼具有一定的难度，因而铝的利用比铜和铁晚的多。
典例1：（2023九上·诸暨月考）杭州亚运会中采用了许多新材料。
①棒(垒)球场馆的膜顶采用了“聚四氟乙烯”材料，俗称“塑料王”，具有耐高温.耐腐蚀.柔韧性好等特点，相比传统建筑结构，更加轻盈.透光。
②亚运火炬“薪火”主体结构采用了铝合金旋压成型工艺，表面先后经历激光精雕和阳极氧化两道工艺淬炼。
（1）以上材料中“聚四氟乙烯”属于 (选填“有机化合物”或“无机化合物”)；
（2）火炬主体采用铝合金材料的优点是 (写出一点即可)。
【答案】（1）有机化合物（2）耐高温
【解析】（1）根据材料的分类来分析；
（2）根据铝合金的优点来分析。
【解答】（1）“聚四氟乙烯”是一种塑料，属于有机材料；
（2）火炬主体采用铝合金材料的优点是耐高温。
变式1：（2023九上·余姚期末）随着计算机的日益普及和不断更新，废电脑中材料的回收利用逐渐引起人们的重视。写出电脑配件中两种常用材料的类别（填“金属材料”“矿物质材料”“高分子材料”）：
材料 铜 塑料
类别
【答案】金属材料；高分子材料
【解析】金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料。矿物材料是指天然产出的具有一种或几种可资利用的物理化学性能或经过加工后达到以上条件的矿物。常见的高分子材料有：塑料，橡胶，纤维等。
【解答】金属铜属于常见的一种金属，是制作电器的重要材料，应属于常见的金属材料，而塑料则是使用很广的有机高分子合成材料。
变式2：在新中国成立70周年之际，2019年9月21日，第21届中国国际工业博览会圆满闭幕。太钢“手撕钢”捧回“中国国际工业博览会大奖”，彻底打破国外垄断。“手撕钢”是一款不锈钢箔材其厚度为0.02mm，仅有A4纸四分之一，用手轻轻一撕就能撕开，主要应用高端电子、军工核电等方面。
（1）“手撕钢”属于________（填“纯净物”或“混合物”）。
（2）“手撕钢”学名是“宽幅超薄精密不锈带钢”，由此可知“手撕钢”在物理性能方面具有良好的__________性
（3）为了保护金属资源，我们须学会防锈，下列介绍的实例只利用隔绝氧气来达到防锈的是______（填字母）
A.菜刀用完后擦干净存放 B.自行车三脚架涂漆
C.夏季停暖后暖气片内注满水防止内部生锈 D.用不锈钢制造炊具
【答案】（1）混合物（2）延展（3）B,C
【解析】（1）“手撕钢”属于合金，为混合物；
（2）“手撕钢”的学名是“宽幅超薄精密不锈带钢” ，超薄说明具有良好的延展性；
（3）菜刀用完后擦干净存放 ，是隔离水防锈，A不合题意； 自行车三脚架涂漆可隔离氧气防锈，B符合题意； 夏季停暖后暖气片内注满水，可防止铁与氧气接触使内部生锈 ，C符合题意； 用不锈钢制造炊具是改变内部结构防锈，D不合题意；
变式3：（2023九上·瑞安期中）金属材料的使用作为一个时代的标志，见证了人类文明发展的过程。历史上人类冶炼不同金属的大致年代如图所示：
（1）铜和金是人类使用较早的金属。2021年3月，三星堆遗址又出土了大量的青铜器和金器，其中部分青铜器和金器上，还有被人为敲击的痕迹。通过敲打可将青铜等金属材料打制成不同的形状，这是利用了金属的 性。
（2）我国的青铜文化历史悠久。西汉时期的湿法炼铜工艺就是利用铁和硫酸铜溶液反应制取铜，相关的化学反应方程式为 。
（3）铁器时代大约在公元前500年，至今铁仍是年产量最高的金属，但每年因腐蚀造成了巨大损失，写出一条防止铁生锈的措施 。
（4）铝的利用距今100多年，现在铝的年产量得到大幅度的提高。铝虽然较活泼，但抗腐蚀性能好，原因是 。
【答案】（1）延展
（2）Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
（3）刷漆
（4）铝的表面易生成一层致密的氧化铝保护膜，它阻止铝继续被空气氧化
【解析】（1）根据金属的延展性分析；
（2）根据铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜分析；
（3）根据隔离氧气和水可防止铁生锈分析；
（4）根据铝常温与氧气反应生成致密氧化铝膜分析。
【解答】（1）通过敲打可将青铜等金属材料打制成不同的形状，这是利用了金属的延展性。
（2）铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，反应方程式为Fe+CuSO4＝Cu+FeSO4 。
（3）铁制品刷漆.涂油等可隔离氧气和水，防止生锈。
（4）铝虽然较活泼，但抗腐蚀性能好， 是由于铝的表面易生成一层致密的氧化铝保护膜，它阻止铝继续被空气氧化。
故答案为：（1）延展；（2）Fe+CuSO4＝Cu+FeSO4 ；（3）刷漆 。（4）铝的表面易生成一层致密的氧化铝保护膜，它阻止铝继续被空气氧化 。
考点二、新型材料
新型材料：指新出现或正在发展中的、具有优异特性和功能并能满足技术进步所需的材料。
特点：具有优异特性和功能，与普通材料的性质差别很大。
当前，最引人注目的新型材料有：光电子信息材料、先进复合材料、超级陶瓷材料、新型金属材料新型高分子材料、超导材料、纳米材料等。
纳米材料：指其基本颗粒在1 ~ 100纳米范围内的材料。如：纳米陶瓷、新型纳米油墨、纳米铅粉等。纳米材料在机械强度、磁、光、声、热等方面和普通材料都有很大的不同。如纳米陶瓷具有很好的韧性；新型纳米油墨的色调更浓，书写的字迹色泽更好；将纳米铅粉加入固体燃料中，会使火箭推进器的前进速度加快好几倍。
典例1：（2022九上·杭州期中）创造了10909m深潜新纪录的“奋斗者号”载人潜水器的外壳由钛合金制造。钛合金属于（ ）
A．金属材料 B．无机非金属材料 C．合成材料 D．有机物
【答案】A
【解析】根据金属材料包括金属及合金分析。
【解答】钛合金属于金属材料；
变式1：中国天才少年曹原以石墨烯为材料用实验揭开了超导奥秘，荣获2018年《自然》年度人物榜首。石墨烯和石墨、金刚石一样由碳元素组成，具有相似的化学性质，是目前导电性能最出色的材料。下面有关选项错误的是( )
A.石墨烯是一种单质 B.石墨有导电性，可制作电极
C.石墨烯具有稳定结构，不能燃烧 D.金刚石是自然界中最硬的物质，可作钻头
【答案】C
【解析】A、“石墨烯和石墨、金刚石一样由碳元素组成 ”表明石墨烯是一种元素组成的物质，就是单质，故A正确；
B、“目前导电性能最出色的材料”表明石墨烯能够导电，所以说石墨烯具有导电性可以制作电极，B正确；
C、而石墨烯与石墨金刚石具有相似的化学性质，所以说，它能够燃烧，C错误；
D、并且将是常识，金刚石是自然界中最硬的物质钻探机的钻头，D正确。
变式2：现代科技的发展，促使新型材料研究日益向微观层次深入，产生了纳米材料。纳米材料与普通材料相比，在机械强度、磁、光声、热等方面都有很大的不同。下列关于纳米材料的叙述，错误的是（ ）。
A．纳米材料是指其基本颗粒在0.01~1纳米范围内的材料
B．纳米陶瓷比普通陶瓷具有更好的韧性
C．用纳米油墨书写的字迹色泽更好
D．添加了纳米铅粉末的固体燃料会使火箭推进器的速度加快
【答案】A
【解析】根据纳米材料的定义及性能分析。
【解答】A、纳米材料是指三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能材料 ，符合题意；
B、纳米材料机械强度好，纳米陶瓷比普通陶瓷具有更好的韧性 ，不符合题意；
C、用纳米油墨书写的字迹色泽更好 ，不符合题意；
D、纳米材料 在机械强度、磁、光声、热等方面都有很大的不同 ，添加了纳米铅粉末的固体燃料会使火箭推进器的速度加快 ，不符合题意；
变式3：（2023九上·温岭期中）如图是一款变色眼镜，它的镜片内含有溴化银和氧化铜，颜色深浅会随光线强弱变化而变化。有关该眼镜的的组成成分的说法中错误的是（ ）
A．铜螺丝、钛合金都属于金属材料
B．塑料属于有机高分子合成材料
C．溴化银和氧化铜都属于氧化物
D．钛合金镜框具有良好的抗拉性能
【答案】C
【解析】A、根据金属及合金为金属材料分析；
B、根据塑料为有机合成材料分析；
C、根据氧化物是由两种元素组成其中一种为氧元素的化合物分析；
D、根据钛合金的性质分析。
【解答】A、铜螺丝、钛合金都属于金属材料 ，不符合题意；
B、塑料为合成材料，属于有机高分子合成材料 ，不符合题意；
C、溴化银不含氧元素，不属于氧化物 ，符合题意；
D、钛合金为形状记忆形合金，具有良好的抗拉性能 ，不符合题意；
故选C。
考点三、材料制造与环境保护
（一）实际生产和实验中选择某种物质的制备方法时，需考虑的因素有：
(1)科学性：制备过程中每步化学反应是否符合化学反应的规律；
(2)简便性：设计方案考虑实际设备情况，操作过程尽可能简便易行，如反应所需的条件和设备是否简单；
(3)经济性：所需原料是否易获取、成本是否低廉；
(4)安全性：操作过程是否存在安全隐患；
(5)环保性：生产过程是否会对环境造成污染。
（二）“绿色化学”
“绿色化学”又称为环境友好化学，它的主要特点如下：
(1)充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；
(2)在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废弃物向环境中的排放；
(3)提高原料的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”；
(4)生产出有利于环境保护社会安全和人体健康的环境友好产品。“绿色化学”给化学家提出了一项新的挑战，其核心就是要利用化学原理从源头上消除污染，国际上对此十分重视。1995 年，美国设立了“总统绿色化学挑战奖”，以表彰那些在“绿色化学”领域中做出杰出贡献的企业家和科学家。“绿色化学”将使化学工业改变面貌，为子孙后代造福。
（三）工业“三废”及处理
(1)工业“三废”是指废水、废渣和废气。
(2)处理方法
①“废气”处理一般是安装回收设备，将尘粒和一氧化碳、二氧化硫等物质除去，一氧化碳可以回收再利用，二氧化硫可利用与碱溶液反应而除去。
②“废渣”的处理一般是制水泥或其他材料，变废为宝，如含磷的废渣可转化为磷肥等。
③“废水”的处理是建立污水处理厂，将废水中的有害金属转化为沉淀，制成所需要的金属材料等，废水处理达标后再排放到河流中或循环利用。
在化学工业中,除了要及时处理好“三废”，还要努力提高原料的利用率，增加产品的产量，从根本上降低生产对环境造成的污染。
典例1：（2022·浙江模拟）2005年诺贝尔化学奖的成果与一种新的化学合成方法有关。新的合成过程更简单快捷，产生的副产品和有害废物更少，原子利用率更高，是“绿色化学”的典范。下列反应中，符合以上“绿色化学”概念的是（ ）
A.烧制生石灰：CaCO3=CaO+CO2↑ B.湿法炼铜：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
C.制氢氧化铜：CuSO4+2NaOH =Cu(OH)2↓+Na2SO4 D.利用纯碱制碳酸氢钠：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3
【答案】D
【解析】根据题中信息“新的合成过程更简单快捷，产生的副产品和有害废物更少，原子利用率更高，是“绿色化学”的典范。”可对选项进行判断。
A．烧制生石灰：CaCO3==CaO+CO2↑，过程中要消耗大量能量，产生的二氧化碳会引起温室效应，不符合“绿色化学”概念，A错误；
B．湿法炼铜：Fe+CuSO4==FeSO4+Cu，产生了大量的副产品FeSO4不符合“绿色化学”概念，B错误；
C．制氢氧化铜：CuSO4+2NaOH ==Cu(OH)2↓+Na2SO4，产生了大量的副产品Cu(OH)2不符合“绿色化学”概念，C错误；
D．利用纯碱制碳酸氢钠：Na2CO3+CO2+H2O==2NaHCO3，产物就一种我们需要的碳酸氢钠，原子利用率高，无副产品和有害废物产生，符合“绿色化学”概念，D正确。
变式1：根据“绿色化学”的思想，某化学家设计了下列化学反应步骤：
该方案的重要目的是为了制备（ ）
A.HBr B.CaO C.H2 D.Hg
【答案】C
【解析】绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学或清洁化学，是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子，所以每一个反应的生成物只要能是其它反应的反应物则就可循环使用。
①的两种产物分别可为②③提供产物，反应②的生成物溴化汞可为③提供反应物，氢气未被重新利用，反应③的生成物可用于④①的反应物，反应④中的生成物汞可用于反应②，氧气没有被重新使用，故在整个的反应中最后剩余的物质是氢气与氧气，故结合四个选项可得该方案的重要目的是为了制备氢气。
变式2：垃圾的分类回收再利用越来越受社会的关注。下图是某工厂处理含铜垃圾的生产流程：
（1）根据相关现象可知加入的A单质是
（2）若在回收含铜垃圾中发现混有金属铝，它 （填“会”或“不会”）出现在最终得到的红色粉末中。
【答案】（1）铁或Fe（2）不会
【解析】根据铜与氧气反应生成氧化铜，氧化铜与硫酸反应生成硫酸铜，铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，铁不能与硫酸铝反应分析。
（1）蓝色溶液中含有硫酸铜，加入A单质得到浇绿色溶液和红色沉淀物，则A为铁，与铜盐反应生成硫酸亚铁和铜。
（2）因铁的活动性小于铝， 若在回收含铜垃圾中发现混有金属铝，铝与硫酸反应生成硫酸铝，铁不能与硫酸铝反应，所以铝不会出现在最终得到的红色粉末中。
变式3：（2021·嘉兴模拟）在“绿色化学工艺”中，最好是反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子的利用率为100%．在用C3H4（丙炔）合成C5H8O2（2﹣甲基丙烯酸甲酯）的过程中，
（1）丙炔中各原子的质量分数比为________．
（2）欲使原子的利用率达到最高，在催化剂作用下还需要其他的反应物，可能是以下的________
①CO和CH3OH ②CO2和H2O ③H2和CO ④CH3OH和H2
【答案】（1）9：1 （2）AC
【解析】（1）根据化合物中元素的质量分数比的计算方法分析；（2）由题意知，绿色化学即环境友好型化学，其理想状态是反应中原子全部转化为欲制得的产物，即原子的利用率为100%，根据这一观点，要把一个C3H4分子变成一个C5H8O2分子，还必须增加2个C原子、4个H原子、2个O原子，即原料中C、H、O的原子个数比为1：2：1，以此来解答．
【解答】（1）丙炔中碳元素和氢元素的质量分数比=（12×3）：（1×4）=9：1；故答案为：9：1；（2）由题意知，绿色化学即环境友好型化学，其理想状态是反应中原子全部转化为欲制得的产物，即原子的利用率为100%，根据这一观点，要把一个C3H4分子变成一个C5H8O2分子，还必须增加2个C原子、4个H原子、2个O原子，即原料中C、H、O的原子个数比为1：2：1； A．CO和CH3OH，这两种物质如果按照分子个数比1：1组合，则很容易使C、H、O的原子个数比达到1：2：1，故A正确； B．C02和H2O，其中两种物质里三种原子不论怎样组合也都不能使C、H、O的原子个数比为1：2：1，故B错误； C．H2和CO，其中如果按照分子个数比1：1组合，则很容易使C、H、O的原子个数比达到1：2：1，故C正确； D．CH3OH和H2 ， 其中两种物质分子里三种原子不论怎样组合都不能使C、H、O的原子个数比为1：2：1，故D错误．
1．（2024九上·金东期末）垃圾分类，从我做起。下列可回收垃圾属于金属材料的是（ ）
A．旧报纸 B．塑料瓶 C．玻璃瓶 D．铝制易拉罐
【答案】D
【解析】金属材料一般是指工业应用中的纯金属或合金。自然界中大约有70多种纯金属，其中常见的有铁、铜、铝、锡、镍、金、银、铅、锌等等。而合金常指两种或两种以上的金属或金属与非金属结合而成，且具有金属特性的材料。
【解答】A、旧报纸属于纸张，不属于金属材料，不符合题意；
B、塑料瓶是用塑料制成的，塑料属于三大合成材料，不符合题意；
C、玻璃瓶是用玻璃制成的，玻璃的主要成分是硅酸盐，属于无机非金属材料，不符合题意；
D、铝制易拉罐是用铝合金，属于金属材料，符合题意；
故答案为：D。
2．（2023九上·绍兴期中）创造了10909m深潜新纪录的“奋斗者号”载人潜水器的外壳由钛合金制造。钛合金属于（ ）
A．金属材料 B．无机非金属材料
C．合成材料 D．有机物
【答案】A
【解析】根据金属材料包括金属及合金分析。
【解答】钛合金属于金属材料；
故选A。
3．（2023九上·萧山期中）以下建兰文创产品所用的材料，属于有机合成材料的是（ ）
①书包的尼龙外表②水笔的塑料笔杆
③水杯的不锈钢杯体④文化衫的纯棉面料
A．①② B．①③ C．②④ D．③④
【答案】A
【解析】根据合成材料包括塑料、合成纤维、合成橡胶分析。
【解答】书包的尼龙外表 、水笔的塑料笔杆所用材料为有机合成材料， 水杯的不锈钢杯体所用材料为金属材料， 文化衫的纯棉面料所用材料为天然材料。
故答案为：A。
4．研究发现石墨烯有许多奇特的性质：密度小、硬度大、柔软、可回收，有优良的导电性、导热性及抗拉伸能力，它有可能会代替现有的硅材料。根据石墨烯的特性，下列材料不能用石墨烯来制造的是（ ）。
A．优良的绝缘材料 B．新型半导体材料
C．超轻型飞机材料 D．新型防弹衣材料
【答案】A
【解析】根据石墨烯密度小、硬度大、柔软、可回收，有优良的导电性、导热性及抗拉伸能力分析。
【解答】A、石墨烯有优良的导电性，不能用作绝缘材料 ，符合题意；
B、石墨烯有优良导电性，可作新型半导体材料，不符合题意；
C 、石墨烯密度小、硬度大、柔软、抗拉伸能力强，可作超轻型飞机材料，不符合题意；
D、石墨烯密度小、硬度大、柔软、抗拉伸能力强，可作新型防弹衣材料 ，不符合题意；
故选A。
5．（2023九上·金华期末）下列冬奥会比赛用品的材料不属于合成材料的是（ ）
A．冰壶壶体—— 花岗石
B．滑雪板基础材料 聚乙烯
C．护目镜镜片 聚碳酸酯
D．冰 球 合成橡胶
【答案】A
【解析】根据合成材料包括塑料、合成纤维、合成橡胶分析。
【解答】花岗石属于无机非金属材料；
6.（2021·金华模拟）绿色化学也称环境友好化学，就是利用化学原理，实现从生产源头减少或消除对环境的污染。某科学小组的同学欲利用单质铜制备硫酸铜，设计了如下甲、乙两个制备实验方案：
甲：Cu CuO CuSO4
乙：Cu CuSO4[已知：Cu+2H2SO4（浓） CuSO4+SO2↑+2H2O]
下列有关甲、乙实验方案的评价合理的是（ ）
A.铜的活动性排在H前，所以能和浓硫酸发生反应
B.铜和氧气反应属于化合反应，铜和浓硫酸反应属于置换反应
C.取等质量的铜，理论上通过两种不同方案制取的硫酸铜质量不相等
D.甲方案不会产生污染性气体，乙方案产生SO2不符合绿色化学理念
【答案】D
【解析】A、铜的活动性排在H后，不符合题意；
B、铜和氧气反应属于化合反应，铜和浓硫酸反应生成物有三种物质，且没有单质，不属于置换反应 ，不符合题意；
C、由反应前后元素质量不变可知，取等质量的铜，理论上通过两种不同方案制取的硫酸铜质量相等 ，不符合题意；
D、甲方案不会产生污染性气体，乙方案产生SO2不符合绿色化学理念 ，符合题意；
7．（2023九上·浦江）“共享电瓶车”作为一种新的交通工具，方便市民出行，深受人们的喜爱。请回答下列问题。
（1）如图为共享电瓶车结构图，其中属于有机合成材料的是 （填字母序号）。
（2）共享电瓶车上选用铝制螺母，虽然铝的化学性质活泼但不易生锈，原因是 。
【答案】（1）bc
（2）铝在空气中易于氧气反应生成了致密的氧化铝保护膜，阻止进一步反应。
【解析】（1）根据有机合成材料包括塑料、合成橡胶、合成纤维分析；
（2）根据铝的化学性质分析。
【解答】（1）图示中橡胶轮胎、塑料车筐所用材料为有机合成材料，铝合金支架、不锈钢车圈、铝制螺母所用材料都是金属材料。
（2） 铝的化学性质活泼但不易生锈是由于 铝在空气中易于氧气反应生成了致密的氧化铝保护膜，阻止进一步反应。
故答案为：（1）bc；（2） 铝在空气中易于氧气反应生成了致密的氧化铝保护膜，阻止进一步反应。
8．（2023九上·义乌月考）社会发展让人们出行更加方便，汽车逐渐走进寻常百姓家。回答问题：
（1）如下图汽车的部件中主要由有机合成材料制成的是 。
（2）汽车表面的烤漆不仅美观，还能起到 的作用。
【答案】（1）轮胎、塑料保险杠（2）防止金属锈蚀
【解析】（1）根据有机合成材料包括塑料、合成纤维、合成橡胶分析；
（2）根据 汽车表面的烤漆可隔离氧气和水防止生锈分析。
【解答】（1） 轮胎、塑料保险杠所用材料为有机合成材料，铝合金轮毂、铜架车门所用材料为金属材料。
（2） 汽车表面的烤漆不仅美观，还能起到隔离氧气和水，防止金属锈蚀的作用。
故答案为：（1） 轮胎、塑料保险杠 ；（2） 防止金属锈蚀 。
9．（2023九上·温州月考）最近，一款名为“萝卜刀”的玩具(如图所示)爆红网络。很多小学生、中学生都会购买玩耍。有的成人也玩，还称其为解压玩具。萝卜刀从最开始的A款为合成塑料款，后期出现的B款为铝合金款。
（1）两款不同的“萝卜刀”的主要成分为有机合成材料的是 款。(填“A”或“B”)
（2）假设一把“萝卜刀”的重力为0.5N，小科同学将一把“萝卜刀”从粗糙的砂纸上匀速推过10cm，“萝卜刀”受到的摩擦力为0.1N，请问小科水平推“萝卜刀”时对其所做的功为 。
【答案】（1）A （2）0.01J
【解析】（1）根据合成材料为塑料、合成纤维、合成橡胶分析；
（2）根据W＝Fs分析。
【解答】（1） A款为合成塑料款，后期出现的B款为铝合金款，两款不同的“萝卜刀”的主要成分为有机合成材料的是A，B为金属材料。
（2）萝卜刀在水平方向做匀速直线运动，受到拉力也摩擦力是一对平衡力，则平推“萝卜刀”时对其所做的功为Fs＝0.1N×0.1m=0.01J。
故答案为：（1）A；（2）0.01J。
10．新型材料是指那些 或 中的、具有 并能满足技术进步所需的材料。当前，最引人注目的新型材料有： 材料、先进复合材料、 材料、 材料、新型高分子材料、 材料等。
【答案】新出现；正在发展；优异特性和功能；光电子信息；超级陶瓷；新型金属；超导
【解析】根据新型材料的定义及类别分析。
【解答】新型材料是指那些新出现或正在发展中的、具有优异特性和功能并能满足技术进步所需的材料。当前，最引人注目的新型材料有： 光电子信息材料、超级陶瓷材料、新型金属材料、超导材料等。
故答案为：新出现；正在发展； 优异特性和功能 ；光电子信息；超级陶瓷；新型金属；超导。
11.（2022·浙江模拟）实验室采用还原法制备新型材料纳米级铁粉，其流程如图所示：
（1）纳米级铁粉在空气中易燃烧，其生成物的名称为________。
（2）实验中通入N2的目的是________。
（3）Ⅱ中反应的化学方程式为________。
【答案】（1）四氧化三铁
（2）防止铁粉与空气中的氧气接触自燃
（3）H2+FeCl2Fe+2HCl
【解析】本题考查了金属铁的有关性质，完成此题，可以结合题干提供的信息和已学的铁的有关性质进行解答。（1）根据纳米级Fe粉在空气中自燃生成四氧化三铁进行分析；（2）根据题干可知，生成纳米级Fe粉是由氢气高温还原氯化亚铁得到的，以及在高温下生成的铁易被氧气氧化，故需要使用保护气；（3）根据在高温的条件下，H2与FeCl2反应，可生成纳米铁粉和氯化氢气体解答。
【解答】（1）纳米级Fe粉在空气中自燃生成四氧化三铁，化学方程式为：3Fe+2O2═Fe3O4；
（2）在高温条件下生成的铁易被氧气氧化，故需要使用保护气，防止铁粉与空气中的氧气接触自燃；
（3）在高温的条件下，H2与FeCl2反应，可生成纳米铁粉和氯化氢气体，反应的方程式为：H2+FeCl2Fe+2HCl；
12.（2021九上·东阳月考）氮化铝(AlN)是一种新型材料。某氮化铝样品中含有碳或氧化铝杂质。已知氮化铝和NaOH溶液能反应，其反应方程式为：
①AlN+NaOH+H2O═NaAlO2+NH3↑②氧化铝也能与氢氧化钠溶液反应而全部溶解，但不生成气体。
现用如图所示中的一些装置来进行相关实验,根据反应中所生成氨气的体积来测定样品中的氮化铝的质量分数,并根据实验现象来确定杂质的成分(实验中导管体积忽略不计).
（1）实验操作为：
a、往锥形瓶中放入适量的AlN样品;
b、打开分液漏斗的活塞往锥形瓶中加入过量的浓NaOH;
c、检验装置气密性;d、测定收集到水的体积。正确的操作顺序为________(用a、b、c、d字母表示).
（2）广口瓶中的试剂x宜选用 (填写序号).
A.稀硫酸 B.酒精溶液 C.植物油 D.水
（3）若广口瓶内的液体没有装满(上方留有少量空间),则实验测得NH3体积将________(选填“偏大”、“偏小”或“无影响”).
【答案】（1）c、a、b、d （2）C （3）无影响
【解析】（1）由实验目的可知，该实验是通过加入氢氧化钠溶液后发生反应，利用生成氨气的体积来测定 样品中的氮化铝的质量分数 ，所以要先检查装置气密性，再装入样品，然后加入氢氧化钠溶液，最后测定收集的水的体积，即是氨气的体积；
（2）因氨气溶解于水，为使氨气与水隔离，可加入不溶于水且密度比水小的植物油；
（3）因该实验是利用氨气进入广口瓶，然后排出广口瓶中的水，进入多少氨气，便会排出多少水，所以若广口瓶内的液体没有装满不影响测得NH3体积；
13.（2021·杭州模拟）低碳经济是一种以低能耗和高效能等为主要特征、排放较少的温室气体并获得较大产出的新经济发展模式。
（1）温室气主要是指________（填物质的化学式）
（2）化石燃料燃烧时会产生SO2气体，SO2气体的大量排放引起的一大环境问题是________。
（3）下列做法中不符合低碳经济理念的是________（填序号）
①改造或淘汰高能耗、高污染产业 ②大力发展火力发电 ③研制和开发新能源
（4）“绿色化学”的特点之一是在化工生产中尽可能实现“零排放”。CO2和H2可以按不同比例反应，生成下列有机物。用CO2和H2反应，只生成一种产物并且能实现“零排放”，这种产物是 （填序号）
A.乙醇（C2H6O） B.乙酸 （C2H4O2）
C.甲酸（CH2O2） D.丙酮（C3H6O）
【答案】（1）CO2 （2）酸雨 （3）② （4）C
【解析】（1）温室效应是由于大气里温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的；
（2）二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫与水反应会生成稀硫酸，也就是酸雨；
（3）凡是大量消耗化石能源的都不属于低碳经济；
（4）根据“二氧化碳和氢气反应，只生成一种产物”可判断所生成的有机物中C、O元素的原子个数比应与CO2中C、O元素的原子个数相同为1：2。
【解答】（1）温室气主要是指二氧化碳，化学式为：CO2；
（2）化石燃料燃烧时会产生SO2气体，SO2气体的大量排放引起的一大环境问题是酸雨；
（3）①改造或淘汰高能耗、高污染产业，可以减少化石能源的使用，故①正确不合题意；
②大力发展火力发电，会增大对煤的消耗，故②错误符合题意；
③研制和开发新能源，可以减少化石能源的消耗，故③正确不合题意。
故选②。
（4）用CO2和H2反应，只生成一种产物并且能实现“零排放”，也就是反应物中的原子全部转化成一种物质，根据反应前后原子个数不变可得反应后碳原子和氧原子个数比仍为1：2，因此只能是甲酸（CH2O2），故选C。
14．（2023九上·舟山开学考）第24届冬季奥林匹克运动会于2022年春在我国顺利举办，本届奥运会践行了“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的理念。使用了大量的新技术新材料，给全世界观众展示了一场无与伦比“体育盛宴”。
（1）为减少空气阻力本届冬奥会速滑竞赛服使用了蜂窝样式的聚氨酯材料［化学式为（C10H5N2O2C6H14O3）n]聚氨酯是一种 （选填“金属”或“有机合成”）材料，聚氨酯中氢元素与氧元素的质量比为
（2）冬奥会使用氢氧燃料电池为动力的汽车，图甲是利用铁酸锌（ZnFe2O4)循环制氢气的流程图，下列说法正确的是 （选填序号）
A．ZnFe2O4的Fe化合价是+2
B．该流程中可以循环使用的物质只有ZnFe2O4
C．ZnFe2O4是 一种氧化物
D．该循环制氢的过程中需要不断补充 H2O
（3）本届冬奥会共有水陆两栖、防疫、餐饮和物流等五大类20多种机器人参与，如图乙为某型消毒机器人以40W的功率在水平地面上以0.4m/s的速度匀速前进10s，求该机器人行进过程中受到地面对它的阻力。
【答案】（1）有机合成；31.4％
（2）D
（3）
【解析】（1）有机合成材料包括合成塑料、合成橡胶和合成纤维。元素的质量之比等于相对原子质量与个数的乘积之比。
（2）①在化学式中，正负化合价的代数和为零；
②既是生成物，又是反应物的物质，就是可以循环使用的物质；
③只由两种元素组成，其中一种为氧元素的化合物叫氧化物；
④根据质量守恒定律的知识判断。
（3）首先根据W=Pt计算该机器人做的功，再根据公式计算机器人受到的牵引力，最后根据二力平衡的知识计算机器人受到地面的阻力。
【解答】（1）聚氨酯材料属于合成纤维的一种，因此它属于有机合成材料。
根据化学式 （C10H5N2O2C6H14O3）n 可知，
聚氨酯中氢元素和氧元素的质量之比为：（1×19）：（16×5）=19：80；
（2）A.ZnFe2O4中Zn的化合价为+2，O的化合价为-2，根据正负化合价代数和为零得到：（+2）+2x+（-2）×4=0，解得：x=+3，即的Fe化合价是+3，故A错误；
B.该流程中ZnFe2O4和Fe3O4二者既是反应物，又是生成物，即二者都是可以循环使用的物质，故B错误；
C.ZnFe2O4由三种元素组成，肯定不是氧化物，故C错误；
D.氢气来源于水，因此该循环制氢的过程中需要不断补充 H2O，故D正确。
思维导图
典例分析
举一反三
典例分析
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第6节 材料的利用与发展
考点一、材料与人类社会发展
材料的发展历程：石器→陶器→青铜器→钢铁→合成材料→新型材料。
人类对金属材料的使用不仅与金属的活动性有关，还与金属冶炼的难易程度有关。如人类最早使用的金属材料是铜，目前使用最多的金属材料是铁及铁的合金。虽然地壳中含量最多的金属元素是铝，但由于铝的金属活动性较强，冶炼具有一定的难度，因而铝的利用比铜和铁晚的多。
典例1：（2023九上·诸暨月考）杭州亚运会中采用了许多新材料。
①棒(垒)球场馆的膜顶采用了“聚四氟乙烯”材料，俗称“塑料王”，具有耐高温.耐腐蚀.柔韧性好等特点，相比传统建筑结构，更加轻盈.透光。
②亚运火炬“薪火”主体结构采用了铝合金旋压成型工艺，表面先后经历激光精雕和阳极氧化两道工艺淬炼。
（1）以上材料中“聚四氟乙烯”属于 (选填“有机化合物”或“无机化合物”)；
（2）火炬主体采用铝合金材料的优点是 (写出一点即可)。
变式1：（2023九上·余姚期末）随着计算机的日益普及和不断更新，废电脑中材料的回收利用逐渐引起人们的重视。写出电脑配件中两种常用材料的类别（填“金属材料”“矿物质材料”“高分子材料”）：
材料 铜 塑料
类别
变式2：在新中国成立70周年之际，2019年9月21日，第21届中国国际工业博览会圆满闭幕。太钢“手撕钢”捧回“中国国际工业博览会大奖”，彻底打破国外垄断。“手撕钢”是一款不锈钢箔材其厚度为0.02mm，仅有A4纸四分之一，用手轻轻一撕就能撕开，主要应用高端电子、军工核电等方面。
（1）“手撕钢”属于________（填“纯净物”或“混合物”）。
（2）“手撕钢”学名是“宽幅超薄精密不锈带钢”，由此可知“手撕钢”在物理性能方面具有良好的__________性
（3）为了保护金属资源，我们须学会防锈，下列介绍的实例只利用隔绝氧气来达到防锈的是______（填字母）
A.菜刀用完后擦干净存放 B.自行车三脚架涂漆
C.夏季停暖后暖气片内注满水防止内部生锈 D.用不锈钢制造炊具
变式3：（2023九上·瑞安期中）金属材料的使用作为一个时代的标志，见证了人类文明发展的过程。历史上人类冶炼不同金属的大致年代如图所示：
（1）铜和金是人类使用较早的金属。2021年3月，三星堆遗址又出土了大量的青铜器和金器，其中部分青铜器和金器上，还有被人为敲击的痕迹。通过敲打可将青铜等金属材料打制成不同的形状，这是利用了金属的 性。
（2）我国的青铜文化历史悠久。西汉时期的湿法炼铜工艺就是利用铁和硫酸铜溶液反应制取铜，相关的化学反应方程式为 。
（3）铁器时代大约在公元前500年，至今铁仍是年产量最高的金属，但每年因腐蚀造成了巨大损失，写出一条防止铁生锈的措施 。
（4）铝的利用距今100多年，现在铝的年产量得到大幅度的提高。铝虽然较活泼，但抗腐蚀性能好，原因是 。
考点二、新型材料
新型材料：指新出现或正在发展中的、具有优异特性和功能并能满足技术进步所需的材料。
特点：具有优异特性和功能，与普通材料的性质差别很大。
当前，最引人注目的新型材料有：光电子信息材料、先进复合材料、超级陶瓷材料、新型金属材料新型高分子材料、超导材料、纳米材料等。
纳米材料：指其基本颗粒在1 ~ 100纳米范围内的材料。如：纳米陶瓷、新型纳米油墨、纳米铅粉等。纳米材料在机械强度、磁、光、声、热等方面和普通材料都有很大的不同。如纳米陶瓷具有很好的韧性；新型纳米油墨的色调更浓，书写的字迹色泽更好；将纳米铅粉加入固体燃料中，会使火箭推进器的前进速度加快好几倍。
典例1：（2022九上·杭州期中）创造了10909m深潜新纪录的“奋斗者号”载人潜水器的外壳由钛合金制造。钛合金属于（ ）
A．金属材料 B．无机非金属材料 C．合成材料 D．有机物
变式1：中国天才少年曹原以石墨烯为材料用实验揭开了超导奥秘，荣获2018年《自然》年度人物榜首。石墨烯和石墨、金刚石一样由碳元素组成，具有相似的化学性质，是目前导电性能最出色的材料。下面有关选项错误的是( )
A.石墨烯是一种单质 B.石墨有导电性，可制作电极
C.石墨烯具有稳定结构，不能燃烧 D.金刚石是自然界中最硬的物质，可作钻头
变式2：现代科技的发展，促使新型材料研究日益向微观层次深入，产生了纳米材料。纳米材料与普通材料相比，在机械强度、磁、光声、热等方面都有很大的不同。下列关于纳米材料的叙述，错误的是（ ）。
A．纳米材料是指其基本颗粒在0.01~1纳米范围内的材料
B．纳米陶瓷比普通陶瓷具有更好的韧性
C．用纳米油墨书写的字迹色泽更好
D．添加了纳米铅粉末的固体燃料会使火箭推进器的速度加快
变式3：（2023九上·温岭期中）如图是一款变色眼镜，它的镜片内含有溴化银和氧化铜，颜色深浅会随光线强弱变化而变化。有关该眼镜的的组成成分的说法中错误的是（ ）
A．铜螺丝、钛合金都属于金属材料
B．塑料属于有机高分子合成材料
C．溴化银和氧化铜都属于氧化物
D．钛合金镜框具有良好的抗拉性能
考点三、材料制造与环境保护
（一）实际生产和实验中选择某种物质的制备方法时，需考虑的因素有：
(1)科学性：制备过程中每步化学反应是否符合化学反应的规律；
(2)简便性：设计方案考虑实际设备情况，操作过程尽可能简便易行，如反应所需的条件和设备是否简单；
(3)经济性：所需原料是否易获取、成本是否低廉；
(4)安全性：操作过程是否存在安全隐患；
(5)环保性：生产过程是否会对环境造成污染。
（二）“绿色化学”
“绿色化学”又称为环境友好化学，它的主要特点如下：
(1)充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；
(2)在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废弃物向环境中的排放；
(3)提高原料的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”；
(4)生产出有利于环境保护社会安全和人体健康的环境友好产品。“绿色化学”给化学家提出了一项新的挑战，其核心就是要利用化学原理从源头上消除污染，国际上对此十分重视。1995 年，美国设立了“总统绿色化学挑战奖”，以表彰那些在“绿色化学”领域中做出杰出贡献的企业家和科学家。“绿色化学”将使化学工业改变面貌，为子孙后代造福。
（三）工业“三废”及处理
(1)工业“三废”是指废水、废渣和废气。
(2)处理方法
①“废气”处理一般是安装回收设备，将尘粒和一氧化碳、二氧化硫等物质除去，一氧化碳可以回收再利用，二氧化硫可利用与碱溶液反应而除去。
②“废渣”的处理一般是制水泥或其他材料，变废为宝，如含磷的废渣可转化为磷肥等。
③“废水”的处理是建立污水处理厂，将废水中的有害金属转化为沉淀，制成所需要的金属材料等，废水处理达标后再排放到河流中或循环利用。
在化学工业中,除了要及时处理好“三废”，还要努力提高原料的利用率，增加产品的产量，从根本上降低生产对环境造成的污染。
典例1：（2022·浙江模拟）2005年诺贝尔化学奖的成果与一种新的化学合成方法有关。新的合成过程更简单快捷，产生的副产品和有害废物更少，原子利用率更高，是“绿色化学”的典范。下列反应中，符合以上“绿色化学”概念的是（ ）
A.烧制生石灰：CaCO3=CaO+CO2↑ B.湿法炼铜：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
C.制氢氧化铜：CuSO4+2NaOH =Cu(OH)2↓+Na2SO4 D.利用纯碱制碳酸氢钠：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3
变式1：根据“绿色化学”的思想，某化学家设计了下列化学反应步骤：
该方案的重要目的是为了制备（ ）
A.HBr B.CaO C.H2 D.Hg
变式2：垃圾的分类回收再利用越来越受社会的关注。下图是某工厂处理含铜垃圾的生产流程：
（1）根据相关现象可知加入的A单质是
（2）若在回收含铜垃圾中发现混有金属铝，它 （填“会”或“不会”）出现在最终得到的红色粉末中。
变式3：（2021·嘉兴模拟）在“绿色化学工艺”中，最好是反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子的利用率为100%．在用C3H4（丙炔）合成C5H8O2（2﹣甲基丙烯酸甲酯）的过程中，
（1）丙炔中各原子的质量分数比为________．
（2）欲使原子的利用率达到最高，在催化剂作用下还需要其他的反应物，可能是以下的________
①CO和CH3OH ②CO2和H2O ③H2和CO ④CH3OH和H2
1．（2024九上·金东期末）垃圾分类，从我做起。下列可回收垃圾属于金属材料的是（ ）
A．旧报纸 B．塑料瓶 C．玻璃瓶 D．铝制易拉罐
2．（2023九上·绍兴期中）创造了10909m深潜新纪录的“奋斗者号”载人潜水器的外壳由钛合金制造。钛合金属于（ ）
A．金属材料 B．无机非金属材料
C．合成材料 D．有机物
3．（2023九上·萧山期中）以下建兰文创产品所用的材料，属于有机合成材料的是（ ）
①书包的尼龙外表②水笔的塑料笔杆
③水杯的不锈钢杯体④文化衫的纯棉面料
A．①② B．①③ C．②④ D．③④
4．研究发现石墨烯有许多奇特的性质：密度小、硬度大、柔软、可回收，有优良的导电性、导热性及抗拉伸能力，它有可能会代替现有的硅材料。根据石墨烯的特性，下列材料不能用石墨烯来制造的是（ ）。
A．优良的绝缘材料 B．新型半导体材料
C．超轻型飞机材料 D．新型防弹衣材料
5．（2023九上·金华期末）下列冬奥会比赛用品的材料不属于合成材料的是（ ）
A．冰壶壶体—— 花岗石
B．滑雪板基础材料 聚乙烯
C．护目镜镜片 聚碳酸酯
D．冰 球 合成橡胶
6.（2021·金华模拟）绿色化学也称环境友好化学，就是利用化学原理，实现从生产源头减少或消除对环境的污染。某科学小组的同学欲利用单质铜制备硫酸铜，设计了如下甲、乙两个制备实验方案：
甲：Cu CuO CuSO4
乙：Cu CuSO4[已知：Cu+2H2SO4（浓） CuSO4+SO2↑+2H2O]
下列有关甲、乙实验方案的评价合理的是（ ）
A.铜的活动性排在H前，所以能和浓硫酸发生反应
B.铜和氧气反应属于化合反应，铜和浓硫酸反应属于置换反应
C.取等质量的铜，理论上通过两种不同方案制取的硫酸铜质量不相等
D.甲方案不会产生污染性气体，乙方案产生SO2不符合绿色化学理念
7．（2023九上·浦江）“共享电瓶车”作为一种新的交通工具，方便市民出行，深受人们的喜爱。请回答下列问题。
（1）如图为共享电瓶车结构图，其中属于有机合成材料的是 （填字母序号）。
（2）共享电瓶车上选用铝制螺母，虽然铝的化学性质活泼但不易生锈，原因是 。
8．（2023九上·义乌月考）社会发展让人们出行更加方便，汽车逐渐走进寻常百姓家。回答问题：
（1）如下图汽车的部件中主要由有机合成材料制成的是 。
（2）汽车表面的烤漆不仅美观，还能起到 的作用。
9．（2023九上·温州月考）最近，一款名为“萝卜刀”的玩具(如图所示)爆红网络。很多小学生、中学生都会购买玩耍。有的成人也玩，还称其为解压玩具。萝卜刀从最开始的A款为合成塑料款，后期出现的B款为铝合金款。
（1）两款不同的“萝卜刀”的主要成分为有机合成材料的是 款。(填“A”或“B”)
（2）假设一把“萝卜刀”的重力为0.5N，小科同学将一把“萝卜刀”从粗糙的砂纸上匀速推过10cm，“萝卜刀”受到的摩擦力为0.1N，请问小科水平推“萝卜刀”时对其所做的功为 。
10．新型材料是指那些 或 中的、具有 并能满足技术进步所需的材料。当前，最引人注目的新型材料有： 材料、先进复合材料、 材料、 材料、新型高分子材料、 材料等。
11.（2022·浙江模拟）实验室采用还原法制备新型材料纳米级铁粉，其流程如图所示：
（1）纳米级铁粉在空气中易燃烧，其生成物的名称为________。
（2）实验中通入N2的目的是________。
（3）Ⅱ中反应的化学方程式为________。
12.（2021九上·东阳月考）氮化铝(AlN)是一种新型材料。某氮化铝样品中含有碳或氧化铝杂质。已知氮化铝和NaOH溶液能反应，其反应方程式为：
①AlN+NaOH+H2O═NaAlO2+NH3↑②氧化铝也能与氢氧化钠溶液反应而全部溶解，但不生成气体。
现用如图所示中的一些装置来进行相关实验,根据反应中所生成氨气的体积来测定样品中的氮化铝的质量分数,并根据实验现象来确定杂质的成分(实验中导管体积忽略不计).
（1）实验操作为：
a、往锥形瓶中放入适量的AlN样品;
b、打开分液漏斗的活塞往锥形瓶中加入过量的浓NaOH;
c、检验装置气密性;d、测定收集到水的体积。正确的操作顺序为________(用a、b、c、d字母表示).
（2）广口瓶中的试剂x宜选用 (填写序号).
A.稀硫酸 B.酒精溶液 C.植物油 D.水
（3）若广口瓶内的液体没有装满(上方留有少量空间),则实验测得NH3体积将________(选填“偏大”、“偏小”或“无影响”).
13.（2021·杭州模拟）低碳经济是一种以低能耗和高效能等为主要特征、排放较少的温室气体并获得较大产出的新经济发展模式。
（1）温室气主要是指________（填物质的化学式）
（2）化石燃料燃烧时会产生SO2气体，SO2气体的大量排放引起的一大环境问题是________。
（3）下列做法中不符合低碳经济理念的是________（填序号）
①改造或淘汰高能耗、高污染产业 ②大力发展火力发电 ③研制和开发新能源
（4）“绿色化学”的特点之一是在化工生产中尽可能实现“零排放”。CO2和H2可以按不同比例反应，生成下列有机物。用CO2和H2反应，只生成一种产物并且能实现“零排放”，这种产物是 （填序号）
A.乙醇（C2H6O） B.乙酸 （C2H4O2）
C.甲酸（CH2O2） D.丙酮（C3H6O）
14．（2023九上·舟山开学考）第24届冬季奥林匹克运动会于2022年春在我国顺利举办，本届奥运会践行了“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的理念。使用了大量的新技术新材料，给全世界观众展示了一场无与伦比“体育盛宴”。
（1）为减少空气阻力本届冬奥会速滑竞赛服使用了蜂窝样式的聚氨酯材料［化学式为（C10H5N2O2C6H14O3）n]聚氨酯是一种 （选填“金属”或“有机合成”）材料，聚氨酯中氢元素与氧元素的质量比为
（2）冬奥会使用氢氧燃料电池为动力的汽车，图甲是利用铁酸锌（ZnFe2O4)循环制氢气的流程图，下列说法正确的是 （选填序号）
A．ZnFe2O4的Fe化合价是+2 B．该流程中可以循环使用的物质只有ZnFe2O4
C．ZnFe2O4是 一种氧化物 D．该循环制氢的过程中需要不断补充 H2O
（3）本届冬奥会共有水陆两栖、防疫、餐饮和物流等五大类20多种机器人参与，如图乙为某型消毒机器人以40W的功率在水平地面上以0.4m/s的速度匀速前进10s，求该机器人行进过程中受到地面对它的阻力。
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