【SUPER】高中基礎化學(一)全課堂講義第二章

全文

(1)

1.明白原子的結構發展史――電子、原子核、質子、中子的發現。 2.知道原子核外的電子排列情形及電子的排列時遵循的原則。 3.了解門得列夫週期表與現今週期表的差異性。 4.知道元素性質的規律性、元素的分類與週期表關係。 1. 陰極射線的發現 (1)發現者:西元 1879 年,英國的克魯克斯(William Crookes, 1832~1919)發現陰極射線。 (2)細節說明 ① 克魯克斯在高電壓、低氣壓的放電管中發現陰極射線,因為射線由陰極產生,故科學家 將此射線稱為陰極射線(cathode ray)。 ② 真空放電管內氣壓與現象 氣壓 現象 電流 1 atm 沒變化 無 102~103atm 管內填入不同氣體呈現不同顏色光 大電流 106atm 色光消失,陰極對面玻璃呈現淡綠光。陽極置不同物質呈現不同波長 X 光。 小電流 ③ 陰極射線性質 A.沿直線前進,如同光線被障礙物阻擋產生陰影。 B.在電場磁場中產生偏折,由偏折方向知此射線帶負電。 C.具有質量,可產生動能,使放電管內小輪子旋轉。

元素構造與元素週期表

2

原子結構

2-1

電子的發現

1

(2)

2. 電子的發現 (1)發現者:西元 1897 年,英國的湯姆森(J. Thomson, 1856~1940)( 1906 年諾貝爾物理獎 得主)發現陰極射線即為電子(electron),並測定電子的荷質比。 (2)細節說明 ① 湯姆森發現無論放電管中的氣體種類及陰極材料為何,產生射線性質均相同。 ② 從陰極射線實驗結果推定電子為原子所含的基本粒子,打破道耳頓的原子不能分割之 傳統概念。 ③ 確定電子的荷質比 ( q m) 11 1.759 10   coul/kg 3. 電子的帶電量測定 (1)測定者:西元 1909 年,美國的密立坎(R. Millikan, 1868~1953)測定電子的帶電量。  西元1923 年,密立坎是諾貝爾物理獎得主。 (2)細節說明 ① 密立坎從「油滴實驗」(實驗裝置如右圖), 測得並歸納出油滴上所帶的電量均為1.6021019庫侖之正整數倍。因此確定電子的單位 電荷(e)為 1.6021019庫侖。 ② 配合湯姆森求得之電子的荷質比,可推算出 電子的質量為9.1071031公斤。 19 11 1.602 10 coul 1.759 10 q m m      coul/kg; 31 9.107 10 m kg。 (甲)拉塞福的 α 粒子散射實驗 (乙)侖琴的 X-射線實驗 (丙)密立坎的油滴實驗 (丁)湯姆 森的陰極射線實驗 甲、乙、丙、丁四種實驗,哪幾種實驗的結果組合後可以決定電子質量(需依發生年代先後 排列)? (A)甲乙丙丁 (B)甲丙丁 (C)丙丁 (D)丁丙 (E)甲丙。 了解電子的電量及質量測量由來。 (D) 西元1897 年湯姆森之陰極射線實驗測出電子之荷質比;西元 1909 年密立坎之油滴 實驗測出電子之帶電量,由此二實驗可決定出電子質量。 首先精確決定電子電荷大小的是下列哪一個實驗? (A)夫然克-赫茲實驗 (B)湯姆森荷質 比實驗 (C)密立坎油滴實驗 (D)拉塞福粒子散射實驗 (E)密立坎光電效應實驗。 :(C) 老師講解1 學生演練1

(3)

下列何種粒子具有最大的荷質比(取絕對值)?(He = 4,Na = 23,Mg = 24.3) (A)陰極射 線 (B)質子 (C)粒子 (D)Na+ (E)Mg2 了解荷質比的意義。 (A) 陰極射線(即為電子)的質量最小,荷質比最大。 (A) 1 96500 1 1840 q m   (B) 1 96500 1 q m   (C)(He )2 2 96500 4 q m  (D) 1 96500 23 q m   (E) 2 96500 24.3 q m   下列何種粒子具有最小的荷質比(取絕對值)? (A)陰極射線 (B)質子 (C)中子  (D)Li (E)Be2 :(C) 1.核原子模型的建立 (1)發現者:西元 1911 年,紐西蘭的拉塞福(E. Rutherford, 1871~1937)發現原子核。  西元1908 年,拉塞福是諾貝爾化學獎得主。 (2)細節說明 ① 湯姆森從陰極射線的實驗推論電子為原子內所含之基本粒子, 並提出「葡萄乾布丁」原子模型(如右圖),認為原子是一個 密度均勻且帶正電的球體,而帶負電的電子則隨意嵌入該球 體中。 老師講解2 學生演練2

拉塞福原子模型

(4)

2 西元 1911 年,湯姆森的學生拉塞福利用由鐳放射出的 α 粒 子進行撞擊金箔的實驗(如下圖),推測若湯姆森的原子模 型是正確的,α 粒子應會沿著原入射方向穿過金箔,不會出 現大角度的偏折。但結果卻與拉塞福期待的不同,雖然大多 數的α 粒子直接穿過金箔,但少數的 α 粒子卻發生偏折,且 其中極少數的α 粒子甚至以接近 180°的角度偏折,拉塞福因 此建立如右圖所示的「核原子模型」:原子是由帶正電的原 子核,與環繞此核作旋轉運動並帶負電的電子組成。 ③ 原子是直徑約 1010m (1 Å)的粒子,在其中央部分由直徑約 10-15~10-14m 的原子核組 成。 有關拉塞福原子核存在的實驗,下列敘述何者正確? (A)拉塞福以陰極射線撞擊金屬箔 (B)他發現絕大部分用來撞擊的粒子,皆直穿金屬箔,只有少數有大的散射角被偏折 (C) 他的實驗顯示湯姆森原子模型(西瓜模型)與實驗結果不符 (D)拉塞福證實原子核是帶 正電荷,並且是原子絕大部分質量集中所在 (E)拉塞福發現了中子的存在。 了解拉塞福進行α 粒子撞擊金箔的實驗,因此建立「核原子模型」的過程。 (B)(C)(D) (A)拉塞福以 α 粒子撞擊金屬箔 (E)拉塞福發現了原子核的存在 核原子模型之成立係以下列何實驗證實? (A)放電管實驗 (B)油滴實驗 (C)法拉第電解 實驗 (D)α 粒子被金屬箔片散射 (E)光電效應。 :(D) 老師講解3 學生演練3

(5)

1. 質子的發現 (1)發現者:西元 1919 年,拉塞福發現質子(proton)。 (2)細節說明 ① 拉塞福以 α 粒子撞擊氮原子核而發現質子 14 4 17 1 7N 2He 8O H(p)1     。 ② 質子的帶電量與電子的帶電量相等,但電性相反。 ③ 質子的質量約為電子的 1837 倍。 2. 中子的發現 (1)發現者:西元 1932 年,英國的查兌克(J. Chadwick, 1891~1974)發現中子(neutron)。 1935 年,查兌克是諾貝爾物理獎得主。 (2)細節說明:查兌克使用鐳所放出的 α 粒子撞擊鈹原子核而發現中子。 9 4Be + 4 2He → 12 6C + 10n 3. 原子的基本結構 4. 原子符號標示法 (1)A ZX (2)以 H 為例,原子符號的標示法。 元素符號 原子序 質量數 質子數 電子數 中子數 A ZX Z A Z Z A Z 1 1H 1 1 1 1 0 2 1 H 1 2 1 1 1 3 1H 1 3 1 1 2 (3)AZXn或 A ZXn:X 原子得到或失去 n 個電子時,則分別成為帶有電荷的 Xn陰離子或 Xn 陽離子。 5. 同位素 (1)定義:原子序相同而質量數不同的原子互稱為同位素。 (2)比較 相同處 原子序(質子數、核電荷數)、中性原子的電子數、化性。 相異處 質量、質量數、中子數、核反應性、物性。 (3)平均原子量:M  M Xi i(第一種同位素原子量自然界含量百分比 + 第二種同位素原 子量自然界含量百分比 + ……)。

原子核的組成與原子序

3

(6)

(4)氫與氧的同位素及其在自然界中的含量。 元素 同位素 名稱 質子數 電子數 中子數 自然界的含量 (%) 氫 1 1H ㄆㄧㄝˇ 氕 1 1 0 99.985 2 1H ㄉㄠ 氘 1 1 1 0.015 3 1H ㄔㄨㄢ 氚 1 1 2 極微量 氧 16 8O 氧-16 8 8 8 99.762 17 8O 氧-17 8 8 9 0.038 18 8O 氧-18 8 8 10 0.200 甲、乙、丙、丁四種原子所含的質子數、電子數與中子數分別如 右表所示,試問哪兩者為同位素? (A)甲、乙 (B)甲、丙  (C)乙、丙 (D)丙、丁 (E)乙、丁。   【龍騰版課本例題2-2】 原子序(或質子數)相同但質量數(或中子數)不同的原子稱為同位素。 (A) (A)甲、乙質子數均為 17,但中子數不同,故兩者互為同位素。 甲、乙、丙、丁四種原子所含的質量數、電子數與中子數 分別如右表所示,試問哪兩者不為同位素? (A)甲、乙  (B)甲、丙 (C)乙、丙 (D)丙、丁 (E)乙、丁。 :(D)(E) XO42-中有 59 個電子,則55X 之中子數為多少個? (A)26 (B)28 (C)30 (D)32 (E)34。 知道質量數、質子數、電子數、中子數之關係。 (C) 假設X 有電子數 a 個    a 8 4 2 59 a 25 55X 之中子數55 25 30 元素 甲 乙 丙 丁 質子數 17 17 18 19 電子數 17 17 18 19 中子數 18 20 18 20 元素 甲 乙 丙 丁 質量數 39 40 41 40 電子數 19 19 19 20 中子數 20 21 22 20 老師講解4 學生演練4 老師講解5

(7)

質量數39 的鉀原子,已知其原子序為 19。則鉀原子形成的最穩定離子,其質子數、中子數、 電子數各為何? :19、20、18

基礎題

*( BCD ) 1. 有關陰極射線的敘述,哪些是正確的? (A)陰極射線由陽極發出,往陰極加速飛行 (B)陰極射線會受到電場的吸引而向正極偏轉 (C)陰極射線會受到磁場的影響,飛行 路徑產生變化 (D)不論使用何種金屬當陰極,所產生射線的性質均相同 (E)陰極射 線具有粒子的性質,可由陰極射線管的實驗測得此粒子的質量。 ( E ) 2. 拉塞福在 1919 年以 α 粒子(42He2)撞擊氮原子核( 14 7N),產生核反應。若該反應產生的 兩種粒子,有一個為質子,則另一粒子為何? (A)中子 (B)α 粒子 (C)電子 (D)126 C (E)178O。 *( ABCD ) 3.有關科學家與其重大科學發現或理論,下列哪個選項的組合是正確的? 選項 (A) (B) (C) (D) (E) 科學家 道耳頓 湯姆森 拉塞福 密立坎 查兌克 發表的內容 提倡原子學說 發現電子(1897 年) 提 出 核 原 子 之 原子結構的模型 測出電子之帶電量 發現質子 ( D ) 4. 一個 CO32-所含之質子數、中子數及電子數分別為何?(C:原子序 = 6,質量數 = 12 ; O : 原 子 序 = 8 , 質 量 數 = 16 )   (A)30 , 30 , 30   (B)28 , 30 , 30 (C)30,30,28 (D)30,30,32 (E)32,32,32。 *( ABE ) 5.16O 與18O 有相同的 (A)電子數 (B)化學性質 (C)中子數 (D)質量 (E)質子數。 ( A ) 6. 如果銅元素的原子量是 63.5,那麼自然界中銅的同位素6329Cu 和6529Cu 之原子個數比為 (A)3:1 (B)1:3 (C)4:1 (D)1:4 (E)1:1。 *( BE ) 7. 有關原子的敘述,下列何者正確? (A)原子直徑約為 1015m (B)原子質量幾乎集中 於原子核,但原子核體積甚小 (C)原子變成帶正電的陽離子是因原子獲得質子 (D) 原子內,質子數 = 電子數 = 中子數 (E)質子質量與中子質量接近。 (見書末簡答) 8. 天然的鈾元素有23892U、23592 U 及23492 U 三種同位素,其含量依次為 99.275%、0.720%及 0.005%,則個別所含之質子數、電子數及中子數為何? 【龍騰版課本練習 2-1】 *( AC ) 9. 比較11H 與12H 兩種同位素,下列敘述何者正確? (A)兩者的電子數相同 (B)兩者有 相同的物理性質 (C)兩者的質子數相同 (D)兩者的質量數相同 (E)兩者的中子數相 同。 【龍騰版課本練習 2-2】

進階題

( A ) 10. 從密立坎油滴實驗中,觀察到油滴的電量有下列五種:4.32 10 93.84 10 9 9 2.88 10  、1.44 10 99.60 10 10e.s.u.(靜電單位)。若另一油滴電量為8.16 10 9 e.s.u.,則該油滴最少附有多少個電子? (A)17 (B)12 (C)6 (D)4 (E)2。 ( B ) 11. 某金屬之密度為 2.0 g/cm3,構成原子核的物質密度為2.0 10 15g/cm3,若其原子半徑 為 1010m,則原子核半徑大約為多少公尺? (A)1017 (B)1015 (C)1013 (D)1011 (E)109

大考題

( D ) 12. 老師在上了「物質的形成」單元後, 針對構成物質的微粒(原子、分子、離子),要求 甲、乙、丙、丁四位學生討論有關「微粒」的問題。四位學生的主要論點簡記如下。試判斷 四位學生的論點,何者正確? (A)甲 (B)乙 (C)丙 (D)丁 (E)甲乙丙。 【99 學測】 甲:如果兩種微粒均由同一種元素所構成,則這兩種微粒所含的總質子數一定相同。

2-1

基礎觀念掃描

學生演練5

(8)

乙:如果兩種微粒所含的總質子數相同,則這兩種微粒都屬於同一種元素。 丙:各種微粒所含的總質子數一定與其總電子數相同。

丁:因為所討論的微粒是指原子、分子或離子,因此甲、乙、丙三人的論點都不正確。

( D ) 13. 某氮氧化合物的一分子中含有 38 個電子。試問該氮氧化合物是下列哪一選項?

(9)

殼層(shell) (1)電子在原子核外依能量大小不同而分布在不同的殼層。 (2) 殼 層 由 內 而 外 依 次 稱 為 K 、 L 、 M 、 N…… 等 殼 層 , 亦 可 用 正 整 數 n 值 (1、2、3、4……)表示。 (3)電子填入愈靠近原子核的殼層,能量愈低、愈安定;相反的,電子填入離原子 核愈遠的殼層,能量愈高。 能階(energy level) 每一殼層皆有其特定的能量,稱為能階。 電子躍遷與吸光放光 (1)電子從低能階躍遷至高能階時需吸收能量。 (2)電子從較高能階躍遷至較低能階時則以輻射的形式放出能量。 (3)輻射的波長在大約 400~700 奈米的範圍為可見光,如氖燈就是氖原子中的電子 先吸收能量躍遷至高能階,然後電子從高能階躍遷至低能階時可以輻射出紅色 光。 下列各電子殼層,何者與原子核的距離最近? (A)K (B)L (C)M (D)N (E)O 層。 了解殼層由內而外依次稱為K、L、M、N……等,亦可用正整數 n 值(1、2、3、4……)表 示。 (A) K 為最內層,與原子核最近。 下列各電子殼層,何者所具有的能量最高? (A)K (B)L (C)M (D)N (E)O 層。 :(E) 1. 原子核外的電子排列 (1)電子組態(electron configuration):電子在原子核外分布的情形。 (2)電子排列規則 ① 每一殼層可容納的電子個數不一,但最多可容納 2n2個電子。 ② 電子從最接近原子核且能階最低的殼層(K 層,n = 1)開始填起,待填滿後,再依序 填入能階較高的殼層。 2. 原子中之不同殼層所能容納最多的電子個數 殼層 K 層 L 層 M 層 N 層 n 值 1 2 3 4 可容納電子數 2 1 2 2 2 2 28 2 3 2 18 2 4 232

能階的概念

1

原子中電子的排列

2-2

老師講解1 學生演練1

原子序

1 ~ 18 元素之原子的電子排列

2

(10)

3. 原子序 1~18 之元素的電子排列 原子序17 的 Cl,其電子組態在 M 層中有幾個電子? (A)1 (B)5 (C)7 (D)9 (E)17。 了解原子核外電子的排列情形(電子組態)。 (C) Cl 之電子排列(K , L , M)為(2 , 8 , 7) ∴ M 層有 7 個電子 主殼層N 層最多可容納的電子數為 (A)32 (B)50 (C)18 (D)16 (E)8。 :(A) 1. 價殼層與價電子 價殼層(valence shell) 距原子核最遠或最外層填有電子的殼層。 價電子(valence electron) 及其特性 (1)在價殼層上的電子稱為價電子。 (2)價電子在化學反應中較容易轉移,因此價電子數與該原子的化性關係密切。 老師講解2 學生演練2

價殼層與價電子

3

(11)

2. 原子序 1~18 之元素的電子由內層到外層依序排列與價電子數 週期 原子 K 層電子數 (n = 1) L 層電子數 (n = 2) M 層電子數 (n = 3) N 層電子數 (n = 4) 價電子數 第一週期 (共 2 種元素) 1H 1 1 2He 2 2 第二週期 (共 8 種元素) 3Li 2 1 1 4Be 2 2 2 5B 2 3 3 6C 2 4 4 7N 2 5 5 8O 2 6 6 9F 2 7 7 10Ne 2 8 8 第三週期 (共 8 種元素) 11Na 2 8 1 1 12Mg 2 8 2 2 13Al 2 8 3 3 14Si 2 8 4 4 15P 2 8 5 5 16S 2 8 6 6 17Cl 2 8 7 7 18Ar 2 8 8 8 寫出元素11Na 及16S 的電子排列及價電子個數。 【龍騰版課本例題 2-3】 了解價電子數的意義。 11Na:(1) 2 , 8 , 1 (2)1 個; 16S:(1) 2 , 8 , 6 (2)6 個 11Na 的電子排列為 2 , 8 , 1,表示價殼層上有 1 個電子,所以其價電子數為 1 個。 16S 的電子排列為 2 , 8 , 6,表示價殼層上有 6 個電子,所以其價電子數為 6 個。 17Cl 的價電子數為 (A)2 (B)4 (C)5 (D)7 (E)8。 :(D) 老師講解3 學生演練3

(12)

基礎題

( A ) 1. 下列各電子殼層,何者所具有的能量最低? (A)K (B)L (C)M (D)N (E)O 層。 ( C ) 2. 教學上有時會用電子點式來表示原子結構。下列選項中的阿拉伯數字代表質子數、「+」 代表原子核所帶的正電荷、「 」代表核外電子,則哪一項沒有錯誤且代表離子? (A)   (B)     (C)     (D)       (E)             。 ( A ) 3. 主殼層 K 層最多可容納的電子數為 (A)2 (B)8 (C)18 (D)32 (E)50。 ( D ) 4. 有關鈉原子之電子組態的敘述,何者錯誤?(Z = 11) (A)其 K 層有 2 個電子 (B)其 L 層有8 個電子 (C)其 M 層有 1 個電子 (D)其 N 層有 1 個電子 (E)電子排列到 M 層。 *( ACE ) 5. 下列元素的電子排列方式何者正確? (A)13Al:2 , 8 , 3 (B)18Ar:2 , 8 , 2 , 6

(C)9F:2 , 7 (D)14Si:2 , 8 , 3 (E)2He:2。 【龍騰版課本練習2-3】 ( B ) 6. 元素 Mg 的原子序為 12,其價電子數為 (A)1 (B)2 (C)3 (D)4 (E)5。

( A ) 7. 已知 Al 的原子序為 13,質量數為 27,則下列何者錯誤? (A)Al 有 13 個質子,13 個 中子 (B)Al3 的電子數和

10Ne 一樣 (C)Al 原子核外的電子排列依次為 2、8、3 (D)Al 的價電子數為 3 (E)Al 的 K 層有 2 個電子。

*( CE ) 8. 何者的價電子數與其他者不同? (A)1H (B)3Li (C)14Si (D)11Na (E)18Ar。 *( ABE ) 9. 下列哪些元素的最外層電子數為 2? (A)2He (B)4Be (C)17Cl (D)18Ar (E)20

Ca。 *( BCE ) 10. 下列各項有關原子之敘述,何者正確? (A)所有原子均含有中子 (B)原子直徑約為 1010m,而原子核直徑約為 1015m (C)原子核外的電子排列方式與該原子的化性關 係密切 (D)若原子核內含有質子和中子,則質子帶正電,中子帶負電 (E)原子變成 帶正電的陽離子是因原子失去電子。

進階題

( B ) 11. 已知某元素之中子數為 12,質量數為 23,則由該原子所形成的最安定離子,其原子 核外的電子總數為若干個? (A)9 (B)10 (C)11 (D)12 (E)13。

*( ABE ) 12. 下列各原子或離子中,哪些具有相同的電子數?  (A)16S2 (B)18Ar (C)11Na (D)14Si (E)17Cl。

大考題

( B ) 13. 臭氧分子(O3)內共有幾個價電子? (A) 16 (B) 18 (C) 20 (D) 22 (E) 24。   【99 學測】

2-2

2-2

基礎觀念掃描

(13)

1. 原子序 1~18 之元素與其價電子數的關係圖 2. 元素化學性質與價電子數的相關性 (1)有惰性氣體電子組態的原子較穩定:原子藉由得失電子而達到與鄰近之惰性氣體相同的 電子組態時,會變得穩定。例如: ① Li 容易失去 1 個電子,形成與 He(價殼層中有 2 個電子)相同的電子組態(Li)。 ② F 容易得到 1 個電子,形成與 Ne(價殼層中有 8 個電子)相同的電子組態(F)。 (2)隨價電子數增加,元素的金屬性漸減;非金屬性漸增。 ① 不論是從 Li 到 F 或是從 Na 到 Cl,元素呈現從活潑金屬遞變到非金屬的趨勢。 ② 元素由金屬遞變到非金屬的趨勢與價電子數的關係表。 (3)隨價電子數的增加,失去電子的傾向逐漸減弱,接受電子的傾向逐漸增強(惰性氣體除 外,因其無得失電子的傾向)。例如: ① 失去電子的傾向:Na > Mg > Al ② 得到電子的傾向:Cl > S > P

元素性質的規律性及元素週期表

2-3

化學性質與價電子

1

(14)

(4)價電子數相同的元素,其化學性質相似。例如: ① 鋰和鈉的相似性 價電子數 皆 1 個 形成 + 1 價陽離子 都很容易失去價電子形成帶一個正電荷的 Li+ 和 Na+ 元素狀態 在自然界中均無元素態存在。 元素與水反應 Li 和 Na 都可與水化合產生氫氣及鹼性的氫氧化物,且 Na 和水的反應比 Li 和 水的反應劇烈。 2 Li + 2 H2O → H2 + 2 LiOH 2 Na + 2 H2O → H2 + 2 NaOH 氧化物及氫氧化物 水溶液酸鹼性 氧化物及氫氧化物溶於水後溶液皆呈鹼性。 Li2O + H2O → 2 LiOH Na2O + H2O → 2 NaOH ② 氟和氯的相似性 價電子數 皆 7 個 形成 1 價陰離子 A. B. 元素接受電子的傾向,自然界中 F都很容易得到電子形成帶一個負電荷的 F- 和 Cl-。 2最大。 與氫氣反應 氟在暗室中就可與氫氣化合產生氟化氫,而氯在照光或加熱的條件下也能與 氫氣化合產生氯化氫。 H2 + F2 → 2HF H2 + Cl2 → 2HCl 水溶液酸鹼性 元素及氧化物皆可溶於水,其水溶液呈酸性。 2F2 + 2H2O → 4HF + O2 Cl2 + H2O → HCl + HClO 下列何種元素的電子排列,最外層的電子數與147N 相同? (A)1224Mg (B) 27 13Al (C) 28 14Si (D)31 15P (E)1939K。 同族元素價電子數相同。 (D) 14 7N 與1531P 同為第 15 族元素,價電子數相同(均為 5 個)。

何者的價電子數與其他元素不同? (A) 1H (B) 3Li (C) 14Si (D) 11Na (E) 19K。 :(C)

老師講解1

(15)

下列敘述,何者錯誤? (A)鋰和鈉都很容易失去價電子形成 + 1 價陽離子 (B)Li 和 Na 都 可與水化合產生氫氣及鹼性的氫氧化物 (C)氧化鈉及氫氧化鈉溶於水後溶液皆呈酸性 (D)氟和氯都很容易得到電子形成帶一個負電荷的 F 和 Cl  (E)氯可溶於水,其水溶液呈 鹼性。 了解價電子數相同的元素化學性質相似,及鹼金族及鹵素的通性。 (C)(E) (C)鹼金族氧化物溶於水呈鹼性

2Li 2H O 2 H22LiOH;2Na 2H O 2 H22NaOH

(E)氯溶於水呈酸性Cl2H O2 HCl HClO

下列氧化物水溶液呈酸性者為何? (A)Na2O (B)NO2 (C)P4O10 (D)SrO (E)Fe2O3。 :(B)(C) 1. 科學家嘗試將元素做有系統的分類及規律性排列,因而發明了元素週期表。 2. 週期表發展 (1)門得列夫週期表(見下表,發表於 1872 年):西元 1869 年,俄國人門得列夫(D. Mendeleev, 1834~1907)將當時已知的 63 種元素按照原子量大小排列,並將化學性質相近 的元素歸納成同一組,進而發表元素週期性之論文,因此被公認為「週期表之父」。主要貢 獻如下: ① 提出元素的週期律。 ② 預測當時尚未發現的元素及其特性:門得列夫根據所提出之週期表的規律性及週期表 的空位,預測尚未被發現的元素及其性質,後來科學家在1874、1879、1885 年分別發現 門得列夫預測的鎵(Ga)、鈧(Sc)、鍺(Ge)等元素。 ③ 更正測量錯誤的原子量:當時認為鈾的原子量為 120,門氏指出,他的週期表中原子量 119 的錫與 122 的銻之間沒有鈾的可能,他認為鈾的原子量應為 240。而銦的原子量也 並非當時的公認值76,而是 114。 老師講解1 學生演練2

週期表的發展

2

(16)

-表示該位置應有尚未發現的元素存在 ?表示原子量的數據可能有誤   (2)西元 1913 年,英國人莫斯利(H. Moseley, 1887~1915)觀測由元素所放射出的 X 射線特有 頻率,故提出以原子序(原子核內的質子數)代替原子量來排列週期表。 有關週期表的發展史敘述,何者正確? (A)門得列夫所使用的週期表是依元素的原子序 排列所得 (B)門得列夫將物理性質相近的元素歸納成同一組而發表元素週期性 (C)門得 列夫的週期表更正測量錯誤的原子量 (D)門得列夫的週期表預測當時尚未發現的元素及 其特性 (E)莫斯利觀測由元素所放射出的 X 射線的特有頻率,提出以質子數來排列週期表 了解週期表發展史。 (C)(D)(E) (A)門得列夫所使用的週期表是依元素的原子量排列所得。 (B)門得列夫將化學性質相近的元素歸納成同一組而發表元素週期性。 門得列夫所使用的週期表,是依照元素的何種量值排列所得? (A)原子序 (B)原子量  (C)質量數 (D)中子數 (E)電子數。 :(B) 老師講解3 學生演練3

(17)

1. 新、舊週期表 (1)舊週期表

① 又名門得列夫週期表,為元素原子量之週期函數。

② 缺點:一些元素的原子量大小順序與現今週期表原子序順序相反。 例如原子量大小:18Ar > 19K;27Co > 28Ni;52Te > 53I;90Th > 91Pa。

(2)新週期表 ① 元素原子序的週期函數。 ② 週期(period)或(橫)列 A.現共有七週期。 B.同一列元素的性質呈週期性變化,金屬性由左至右遞減,非金屬性則逐漸增加。 第n 週期(第 n 列) 該週期所含元素個數 一 2 個  H, He(原子序 1~2)

二 8 個  Li, Be, B, C, N, O, F, Ne(原子序 3~10) 三 8 個  Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar(原子序 11~18)

四 18 個  K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As,Se, Br, Kr(原子序 19~36)

n 週期(第 n 列) 元素外層電子數 五 18 個(原子序 37~54) 六 32 個(原子序 55~86) 七 32 個(未完成,原子序 87~118) ③ 族(group、family)或(縱)行 A.共 18 族,同族的元素物理性質不同,但具有類似的化學性質。 B.早期分法每族的名稱是以羅馬數字加上 A 或 B 表示:共分有 8 個 A 族(IA~VIIIA)及 8 個 B 族(IB~VIIIB)。 C.最近 IUPAC 已建議捨棄舊有 A、B 用法,而將元素週期表由左至右的 18 縱行依序命 名為1~18 族。

現代週期表導覽

3

老師講解4

(18)

有關週期表的敘述,下列何者正確? (A)現共有七個橫列(七週期) (B)最近 IUPAC 將 元素週期表由左至右的18 縱行依序命名為 1~18 族 (C)同族的元素物理性質不同,但具 有類似的化學性質 (D)第二週期的元素最外層電子位在 M 層 (E)第 N 層最多可填滿 8 個 電子。 了解週期表的排列規則及意義與電子填入規則。 (A)(B)(C) (D)第二週期的元素最外層電子位在 L 層 (E)第 N 層(n = 4)最多可填滿2 4 2 32個電子 現有之週期表中,第幾週期所含元素最多? (A)二 (B)三 (C)五 (D)六 (E)七。 :(D) 1. 依導電性分類 分類 導電性 溫度對導電度影響 週期表位置 金屬元素 極易導電 隨 溫 度 升 高, 導 電 度 下 降 (溫度上升會增加金屬陽離 子在晶體中之活動,進而妨 礙自由電子之前進。) 位於週期表的左側及中央部 分,約占元素總數的3 4。 非金屬元素 極差,但少許物質 除 外 , 例 如 : 石 墨。 不導電 非金屬元素位於週期表的右 側(H 例外) 類金屬(metalloid), 又稱半金屬(semimetal) 介於金屬與非金屬 之間。 隨溫度升高,導電度增加, 可以 成 為 製 造 半 導 體的 材 料。 介於金屬與非金屬之間。包括 硼(5B)、矽(14Si)、鍺(32Ge)、砷 (33As)、銻(51Sb)、碲(52Te)等元 素,在週期表中呈階梯狀的 排列。 學生演練4

元素的分類

4

(19)

2. 依週期表位置的類型分類 分類 週期表位置 元素種類 性質 主族元素 ( 又 稱 典 型元素) ⅠA ~ Ⅷ A 族 ( 第 1、2、13、14、1 5、 16 、 17 及 18 族 ) 元 素 , 分 布 於 週 期 表的兩側。 包括金屬、類 金屬及非金屬 元素 (1)典型元素的價電子數與所屬族數相同(氦除外)。 (2)其化性與價電子數有密切關係。 過渡元素 週 期 表 中 的 Ⅰ B ~ Ⅷ B 族(第 3~12 族)元素 均為金屬元素 (1)在常溫下除汞為液體外,其餘元素皆為固體。 (2)可和其他金屬元素形成合金。 (3)化合物常有顏色,化學性質多樣化。 鑭 系 與 錒 系元素 ( 內 過 渡 元 素 ; 又 稱 為 稀 土 元素) 位 於 週 期 表 底 部 成 兩 系 列存在 (1)鑭系元素: 第六週期元 素從鈰 (58Ce)~鎦 (71Lu)14 個 元素,與鑭 (57La)統稱為 鑭系元素。 (2)錒系元素: 第七週期從 釷(90Th)~ 鐒(103Lr)的 14 個元素與 錒(89Ac)統 稱為錒系元 素。 (1)此兩系列元素的化性分別與鑭及錒相似。 (2)多數錒系元素為人工製備,具有放射性。 (原子序大於 82(Pb)的元素均有放射性) 族數 別名 價電子數 特性 ⅠA 族 (第 1 族) 鹼金屬 (氫除 外) 1 相當活潑的金屬元素 ⅡA 族 (第 2 族) 鹼土金屬 2 金 屬 元 素 活 性 次 於 第 1族 ⅥA 族 (第 16 族) 氧族 6 除 了 釙 之 外 都 是 非 金 屬,其活性僅次於鹵素。 ⅦA 族 (第 17 族) 鹵素 7 相當活潑的非金屬元素 ⅧA 族 (第 18 族) 惰性氣體 (鈍氣) 8 ( 氦 除 外,He 價電 子數為 2) 包括氦(2He)、氖(10Ne)、氬 (18Ar) 、 氪 (36Kr) 、 氙 (54Xe)、氡(86Rn),在自然 界中均以單原子的形式 存在,皆為無色氣體, 化學性質極不活潑,但 是化學家已合成氬、氪、 氙、氡的化合物。

(20)

3. 週期表之應用 (1)了解各元素物性及化性的趨勢。 (2)可預測尚未發現的元素及特性。 ① 門得列夫在 1864~1869 曾預測當時尚未發現鎵(Ga)、鈧(Sc)、鍺(Ge)的元素及其特性。 2 今日可根據新週期表預測尚未發現的超鈾元素。例如第七列元素的最右一個元素,原 子序應為118,其性質與惰性氣體的氡相似,而且是放射性元素。 下圖為現行之週期表的一部分,表中已標示甲~癸十個元素的代號,試以表中的代號及其 所代表的正確元素符號回答下列問題: (1)常溫下易與水起劇烈反應產生無色氣體的金屬元素為何? (2)門得列夫根據所提出之週期表的規律性及週期表的空位,預測尚未發現之元素的存在及 性質,他所預測的「類鋁」元素為何? (3)第四週期的惰性氣體為何? (4)何者屬於類金屬,為半導體的材料? 【龍騰版課本例題 2-4】 知道週期表中元素的分布情形及其性質 (1)甲(Na)及丙(K);(2)戊(Ga);(3)癸(Kr);(4)己(Si) (1)常溫下易與水起劇烈反應產生氫氣的元素為鹼金屬及鹼土金屬中的鈣、鍶及鋇等, 故為甲(Na)及丙(K)。 (2)「類鋁」表示性質與鋁相似,又同族元素化性相似,與鋁同族為戊,戊為 Ga。 (3)第四週期的惰性氣體為癸(Kr)。 老師講解5

(21)

下列有關元素週期性質及週期表的敘述,何者錯誤? (A)現在的週期表是依各元素原子序 從小到大的順序排列 (B)就導電性,元素大體可分為金屬、類金屬及非金屬三大類 (C)週 期表左下方的元素是氧化物在水中呈鹼性的金屬 (D)類金屬的化學性質介於金屬與非金屬 之間,所以列在週期表中央,統稱B 族 (E)鑭系元素屬於第五週期元素。 :(D)(E) 理論上我們可以預測在鹼金屬中,Fr(原子序 87)之下應可找到第八列的鹼金屬,其原子 序應為 (A)105 (B)109 (C)119 (D)122 (E)124。 知道週期表每一週期的原子序差。 (C) 第1 族元素原子序差異: 1H2 3Li8 11Na8 19K1837Rb1855Cs3287Fr32 119?

下列何組元素具有相似的化性? (A)4X,20Y (B)5X,15Y (C)7X,17Y (D)1X,17Y 

(E)2X,9Y。 :(A)

學生演練5

老師講解6

(22)

基礎題

( A ) 1. 元素之週期律:由 Li 到 Ar 的各元素之價電子數與原子序間之關係圖為哪一個? (縱軸代表各元素之價電子數;橫軸代表原子序 ): (A)  (B)  (C)  (D)  (E) *( CE ) 2. 下列有關價電子的敘述何者不正確? (A)在原子的最外能量層 (B)所具有的能量最 高 (C)距原子核最近 (D)可以決定元素的化學特性 (E)同一族元素的價電子數相同。 *( BDE ) 3. 有關元素的週期性,何者正確? (A)鹼土金屬易失去電子形成 + 1 或 + 2 價離子 (B)過渡元素皆為金屬 (C)鑭系與錒系元素含金屬元素和非金屬元素 (D)鹼金屬化學 活性隨原子序增加而增大 (E)鹵素化學活性隨原子序增加而變小。 *( BCD ) 4. 有關新、舊週期表的敘述,下列何者正確? (A)門得列夫將當時已知元素按照原子序 的大小排列,並將化學性質相近的元素歸納成同一組而發表元素週期性 (B)門得列 夫提出元素的週期律 (C)門得列夫預測當時尚未發現的元素及其特性 (D)門得列夫 更正測量錯誤的原子量 (E)莫斯利觀測由元素所放射出的X射線特有頻率,提出以 原子量代替原子序來排列週期表。 *( BD ) 5. 有關週期表的敘述,下列何者正確? (A)現共有六個橫列(六週期) (B)早期分法 ⅤA 族即為現在 IUPAC 分法的第 15 族 (C)同族的元素化學性質不同,但具有類似 的物理性質 (D)第四週期的元素最外層電子位在 N 層 (E)第 M 層價殼層最多可填滿 8 個電子。 *( ABC ) 6. 在同一族中,元素之原子序增加 (A)原子量必增加 (B)原子電子數增加 (C)原子金 屬性增加 (D)原子更缺乏金屬性 (E)最外層之電子數增加。 *( BDE ) 7. 主族元素中,在同一週期的元素之原子序增加,其 (A)原子量必增加 (B)原子電子 數增加 (C)原子金屬性增加 (D)原子更缺乏金屬性 (E)最外層之電子數增加。 ( C ) 8. 下圖是按元素特性而區分的週期表,下列敘述何者錯誤?  (A)丙區域為過渡金屬元 素 (B)大部分非金屬元素分布在戊區 (C)類金屬元素分布在丙丁區域之間 (D)己區 為惰性氣體元素 (E)戊區同一週期元素隨原子序增加金屬性減少,非金屬性增加。

2-3

基礎觀念掃描

(23)

9.參考週期表,以元素符號回答下列問題: (1)第四週期的鹵素為何?   Br    (2)第五週期中最活潑的金屬為何?   Rb    (3)原子序為 16 的元素為何?   S    【龍騰版課本練習2-4】

進階題

( B ) 10. 下列有關週期表及元素性質的敘述,何者正確?  (A)現行之週期表是依元素的原子 量大小順序從小到大排列 (B)元素可依導電性大致分為金屬、類金屬及非金屬三大類 (C)週期表左下方的元素是在水中呈酸性的非金屬 (D)類金屬的化學性質介於金屬與 非金屬之間,所以列在週期表的中央,統稱為B 族元素 (E)一般而言,元素在週期 表中的位置愈左或愈上方,其金屬性愈明顯。      【龍騰版課本練習 2-5】 11.試參照下圖週期表回答問題(以甲~癸代號回答): (1)第 14 族的元素為   壬    。 (2)屬於類金屬為   己    。 (3)價電子數 6 個者為   丙    。 (4)典型元素中唯一價電子數與所屬族數(幾 A 族)不同為  癸  。 (5)元素乙的原子序應為     118 。 12.依據下列部分週期表,回答問題:(以 A、B、C、D、E、F、G、H 為元素符號之代號回答) 行 週期 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A 3 “A” Mg Al Si “B” “C” “D” “E” 4 “F” “G” “H” (1)最容易放出電子之元素為    F    。 (2)哪些元素之氧化物溶於水生成鹼性溶液?   A 、 F、 G    。 (3)哪些元素之氧化物溶於水生成酸性溶液?   B 、 C 、 D    。 (4)最活潑的非金屬元素,代表元素為    D    。 (5)惰性氣體為    E 、H    。

大考題

( C ) 13. 下列有關元素與週期表的敘述,何者正確? (A)溴離子與惰性氣體氬的電子組態相 同 (B)同位素的中子數相同,所以化學反應性相同 (C)週期表中,原子序 24 和 42 的元素屬於同一族 (D)現今通用週期表中的元素,是依據原子量由小至大排列。【93 指考】

(24)

( E ) 14. 下圖為列出第二與第三週期元素的簡略週期表,下列三個敘述分別符合所列出的哪一 個元素? (1)甲元素的含氧酸為工業上最重要的酸之一。此酸根與鋇離子所形成的鹽類在水中的 溶解度低,且X 射線的穿透性也低,廣泛用作胃部檢查的造影劑。 (2)廣泛被用於先進材料中的乙元素,其晶體中摻雜微量不純物可做半導體材料,乙 元素的氧化物可做光纖通信用的玻璃纖維。 (3)汽車排氣中多含有丙元素的氧化物,是都市空氣汙染的原因之一。丙元素與氫氣所 形成化合物的水溶液呈酸性。 【90 學測】 選項 (A) (B) (C) (D) (E) (F) 甲元素 N N P P S S 乙元素 Si B C B Si C 丙元素 S Si N C N Si

(25)

◎化學元素週期表的前三週期如下表所示。已知原子序1-18的元素,其第一主層原子軌域可填入2個 電子,第二主層原子軌域可填入8個電子,第三主層原子軌域可填入8個電子。甲與乙為下列週期 表中的兩元素。甲原子的最外兩主層的電子數均為2,乙原子為地殼中主要的元素之一,其最外主 層電子數是次外主層電子數的3倍。       【101學 測】       根據上文所述,並參考所附之週期表,回答下列1~2題: ( D ) 1. 下列何者為甲元素? (A)Li (B)Na (C)C (D)Be (E)Mg。 ( E ) 2. 已知由甲、乙兩元素所構成的化合物,在常溫常壓時為固體。下列敘述何者正確? (A)元素乙屬於鹵素族 (B)元素乙的電子數為 4 (C)元素甲與乙組成的化合物為 MgO (D)元素甲與乙組成的化合物為 2 MgCl2 (E)元素甲與乙組成的化合物屬於離子化合物 ( C ) 3. 下列關於84Po(質量數 210)原子及88Ra(質量數 226)原子的敘述,何者正確? (A)21084Po 和 226 88Ra 兩種原子核中的中子數相差 16 (B)21084Po 和22688Ra 兩種原子核中的質子數相 差 16 (C)21084Po 和 226 88Ra 兩種原子中的電子數相差 4 (D)釙和鐳兩個元素,在自然界 都不存在 (E)釙和鐳的放射性都是源自其原子核釋出 X 光。   【101 學測】 ◎下圖為甲、乙、丙三種不同元素原子的電子排列示意圖。圖中「●」代表原子核,「○」代表核外電子。 請回答4~6題。 ( E ) 4. 下列何者最有可能是由甲、乙與丙三種元素所組成的穩定化合物? (A) Mg(OH)2

(B) MgOH (C) AlOH (D) Al(OH)2 (E)Al(OH)3。

( E ) 5. 甲與乙所組成的最穩定化合物,在常溫常壓時,具有下列何種性質?  (A)良導電性

(B)酸性 (C)鹼性 (D)可溶於汽油 (E)可溶於酒精。

( A ) 6. 僅由丙元素組成的純物質與鹽酸或氫氧化鈉溶液(濃度約 3M)反應後,可以分離出

的產物為下列何者? (A)氫氣 (B)氧氣 (C)氫氧根離子 (D)一價的丙離子 (E)二 價的丙離子。

(26)

( E ) 7. 氪與鉛的核熔合反應過程為: (1)高能的86 36Kr 離子轟擊 208 82Pb 靶,氪核與鉛核熔合,放出 1 個中子,形成新元素 X。 (2) 120 微秒後,X 元素的原子核分裂出 1 個氦原子核,而衰變成另一種新元素 Y。 (3) 600 微秒後又再釋放出一個氦原子核,形成另一種新元素 Z。 下列有關此核熔合反應的敘述, 何者錯誤? (A)氪核與鉛核熔合產生 X 之核反應式 為8636Kr +20882Pb →10n+ 293 118X (B) X → Y 之核反應式為 293 118X → 4 2He + 289 116Y (C) Y → Z 之核反應式為 116289Y → 42He + 114285Z (D)元素 Z 原子核之中子數 171 (E)元素 Y 原 子核之中子數為 116。 【99 學測】 ◎某元素有兩種同位素。一種為105X,質量為 10.0129 amu,占 19.91%;另一種為 11 5X,質量為 11.0093 amu,占 80.09%。根據以上資料,回答 8~9 題。 【97 學測】 ( D ) 8. 元素 X 的原子量是下列哪一個?(取到二位小數) (A)5.00 (B)10.01 (C)10.50 (D)10.81 (E)11.01。 ( C ) 9. X 原子最外層有幾個電子? (A)1 (B)2 (C)3 (D)4 (E)5。 ( B ) 10. 釙 210 是一種放射性元素,在 19 世紀末由居里夫人所發現。自然界的釙含量非常低, 少量的釙可由鉍的核反應產生,其反應式為20983 Bi + X → 21084Po + Y,下列有關此核反 應的敘述,何者正確? (A)X 是電子,Y 是質子 (B)X 是中子,Y 是電子 (C)X 是

中子,Y 是質子 (D)X 是電子,Y 是中子。 【97 指考研究試題】 *( AEF ) 11. 甲、乙、丙、丁為原子或離子,其所含的質子、中子與電 子的數目如右表。試單就其數據,判斷下列的敘述,哪 些正確? (A)甲、乙為同位素 (B)乙、丙為同位素 (C) 甲、乙、丙為同位素 (D)乙、丁為離子 (E)丙、丁為同位 素 (F)丙為離子。        【96 學測】 ( C ) 12. 原子量為 1 的氫原子含有哪些基本粒子? (A)電子、中子 (B)質子、中子  (C)質子、電子 (D)質子、中子、電子。 【94 學測】 ( D ) 13. 溴的原子序為 35,已知溴存在兩個同位素,其百分率幾近相同,而溴的原子量為 80,則溴的兩個同位素中的中子數分別為何? (A)43 和 45 (B)79 和 81 (C)42 和 44 (D)44 和 46 (E)45 和 47。 【94 學測】 ( E ) 14. 利用中子來撞擊重原子核,使重核發生分裂,產生兩個較小的核與中子,並放出巨大 的能量。這種產生核能的方式稱為核分裂,例如用中子撞擊鈾原子核,可用下列的核 反應式來表示:23592U + 1 0n → 141 56Ba + 92 wKr + xzyn + 能量 下列哪一個選項中的兩個數字,正確表示上式中的w 與 x? (A)34 與 5 (B)35 與 4 (C)35 與 5 (D)36 與 2 (E)36 與 3。 【93 學測】 註:式中 Kr 是與 He、Ne 同屬於週期表的第 18 族(8A 族)元素。 ( B ) 16. X2+ 與 Y都具有18 個電子及 20 個中子,下列有關 X、Y 兩元素的敘述,何者正確? (A)X 之質量數為 38 (B)3517Cl 為 Y 之同位素 (C)X2+ 和 Y 為同素異形體 (D)X 和 Y 具有相同的質子數。 【92 學測】 甲 乙 丙 丁 質子數 2 2 3 3 中子數 1 2 3 4 電子數 2 2 2 3

(27)

( E ) 16. 原子理論的發展故事是一連串早期的實驗,用來幫助「看無法看到的物質,了解不易 了解的事」。有關這些故事中的科學家與其重大科學發現或理論,下列哪個選項的組 合是錯誤的? 【92 指考】 選項 (A) (B) (C) (D) (E) 科學家 道耳頓 湯姆森 拉塞福 波耳 門得列夫 發表的內容 提倡原子學說 (1897 年)發現電子 提出原子結構 的模型 建立量子化的 氫原子模型 提出原子序的 意義 ( A ) 17. 湯姆森從真空放電的實驗中發現了電子。下列有關湯姆森實驗裝置的圖形,何者不正 確? (A)      (B)      (C)     ( B ) 18. 下列有關元素週期性質及週期表的敘述,何者正確?  (A)現在的週期表是依各元素 原子量從小到大的順序排列 (B)就導電性,元素大體可分為金屬、類金屬及非金屬三 大類 (C)週期表左下方的元素是氧化物在水中呈酸性的非金屬 (D)類金屬的化學性 質介於金屬與非金屬之間,所以列在週期表中央,統稱B 族。 ( D ) 19. 如果以原子為組成物質的單元,則直徑為 0.1 mm 的一粒細砂含有的原子數目約為多 少?(選最接近的數量級) (A)106 (B)109 (C)1013 (D)1017 ( C ) 20. 下列何者含有最多之價電子數? (A)Na (B)B (C)N (D)Al (E)Si。 【90 雄中】 *( DE ) 21. 碘離子(I-)含 54 個電子及 74 個中子,則碘的下列性質何者正確?  (A)原子序 55 (B)核電荷數 54 (C)質量數 120 (D)質量數 127 (E)原子序 53。 【90 中女中】 *( AB ) 22. 下列何者為同位素? (A)126甲 (B)136乙 (C)137丙 (D)168丁 (E)199戊。 *( CD ) 23. 有關次原子粒子(電子、中子、質子)的敘述,哪些正確? (A)電子最早被發現,而 質子最晚被發現 (B)三種粒子在電場和磁場中皆會有偏折現象產生 (C)質量大小次 序為中子 > 質子 > 電子 (D)同位素的化學性質主要取決於各該原子外圍的電子數目 (E)原子核皆由質子與中子所組成。

物質的

分離與

純化

數據

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參考文獻

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