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第02 讲 原电池、化学电源
目录
01
考情透视·目标导航
02 知识导图·思维引航...................................................................................................................
03 考点突破·考法探究....................................................................................................................
考点一 原电池的工作原理...........................................................................................................
知识点1 原电池的概念及构成条件.............................................................................................
知识点2 原电池的应用..............................................................................................................
考向1 原电池的工作原理.........................................................................................................
考向2 原电池电极判断及电极反应的书写.................................................................................
考向3 “盐桥”的作用与化学平衡的移动....................................................................................
考点二 化学电源...........................................................................................................................
知识点1 一次电池、二次电池电极反应式的书写......................................................................
知识点2 燃料电池...................................................................................................................
考向1 一次电池.......................................................................................................................
考向2 二次电池.......................................................................................................................
考向3 燃料电池.......................................................................................................................
04 真题练习·命题洞见....................................................................................................................
04 真题练习·命题洞见....................................................................................................................
考点要求
考题统计
考情分析
1
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原电池原理
综合应用
2024·江苏卷8 题，3 分；2024·北京卷3
题，3 分；2023 广东卷6 题，2 分；2023
山东卷11 题，4 分；2022 全国甲卷12
题，6 分；2022 山东卷13 题，4 分；
2021 广东卷9 题，2 分；2021 山东卷10
题，2 分；
电化学知识是中学化学中的重要基本概
念，也是近年来高考化学的持续热点，在复
杂、陌生、新颖的研究对象和真实问题情境
下，体现了对电化学知识基础性、综合性、
创新性和应用性的考查。近年高考中对电化
学的考查出现了新的变化，以装置图为载体
来考查电化学的相关知识，成为近年高考的
新亮点，考查的关键能力侧重于两个方面：
一是理解与辨析能力，要求学生能够从图示
电化学装置中提取有效信息，判断装置种
类、辨别电极名称等；二是分析与推理能
力，要求学生能够根据图示信息和电解池的
工作原理，分析电极反应的类型、电解质的
作用、离子的移动方向以及定量分析转移电
子的物质的量等。
新型二次电
池
2024·安徽卷11 题，3 分；2024·全国甲
卷6 题，3 分；2024·河北卷13 题，3
分；2023 辽宁卷11 题，3 分；2023 全国
甲卷10 题，6 分；2022 辽宁卷14 题，3
分；2022 福建卷9 题，4 分；2021 河北
卷9 题，3 分；2021 辽宁卷10 题，3
分；2021 浙江1 月选考22 题，2 分；
2021 浙江6 月选考22 题，2 分；2021 湖
南卷10 题，3 分；
燃料电池
2024·全国新课标卷6 题，3 分
复习目标：
1．理解原电池的构成、工作原理及应用，正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方
程式。
2．了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解燃料电池的应用。体会研制新型电池的重要性。
3．能够认识和书写新型化学电源的电极反应式。
考点一 原电池的工作原理
2
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知识点1 原电池的概念及构成条件
1．定义：把__________转化为__________的装置。
2．原电池的形成条件
（1）能自发进行的____________________。
（2）两个金属活动性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。
（3）形成__________，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电
解质溶液或熔融电解质中。
3．工作原理(以锌铜原电池为例)
【名师提醒】
1．根据内电路中的离子流向判断正、负极，在内电路中，阳离子由负极区流向正极区，阴离子由正
极区流向负极区。
2．盐桥主要作用就是构建闭合的内电路，但不影响反应的实质。盐桥内常为饱和氯化钾、硝酸钾等
溶液。
知识点2 原电池的应用
1．设计制作化学电源
2．比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性__________的金属，正极一般是活动性较
弱的金属(或非金属)。
3．加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率__________。
4．用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的__________而受到保护。
3
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考向1 原电池的工作原理
【例1】某小组利用下列装置进行电化学实验，下列实验操作及预期现象正确的是
( )
A．X 和Y 与电流表连接，电子由Cu 极流向Zn 极
B．X 和Y 与电流表连接，将Zn 换成Fe 测得电流更大
C．X 和Y 分别与电源“－”、“＋”极相连，Cu 极质量减轻
D．X 和Y 分别与电源“－”、“＋”极相连，Zn 极质量减轻
【名师点睛】
1．判断电极名称的基本方法是看电极反应物的反应类型，若电极反应物失去电子，发生氧化反应则
为负极，反之为正极。
2．双液铜、锌原电池(带盐桥)与单液原电池相比，最大的优点是Zn 与氧化剂(Cu2＋)不直接接触，仅有
化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，放电时间长。
3．无论是原电池还是电解池，电子均不能通过电解质溶液，即电子不下水，离子不上线。
【变式训练】（2024·四川省大数据精准教学联盟高三第二次统一监测）通过测定下图电池的标准电动
势
(V)，可计算电池总反应的平衡常数
。已知：
，该电池z=1；盐桥中装有含KCl 饱
和溶液的琼脂，离子可在其中自由移动。下列说法错误的是( )
A．正极反应为AgCl+e-=Ag+Cl-
B．反应后，右侧烧杯中c(AgNO3)增大
C．每转移1mole-，两个电极的质量共减少143.5g
4
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D．若
，Ag+(aq)+ Cl-(aq)
AgCl(s)的平衡常数为
考向2 原电池电极判断及电极反应的书写
【例2】分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )
A．①②中Mg 作负极，③④中Fe 作负极
B．②中Mg 作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe 作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu 作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
【思维建模】
1．原电池电极判断
说明：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作
负极的固定思维。
2．电极反应的书写
（1）一般电极反应的书写
5
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（2）复杂电极反应的书写。复杂电极反应等于总反应减去较简单一极的电极反应。
考向3 “盐桥”的作用与化学平衡的移动
【例3】(2024· 浙江省宁波市高三下学期二模)利用下图电池装置可验证不同化合价铁元素的相关性质。
已知：电池装置中，盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率
(如下表)
应尽可能地相近；两烧杯中溶液体积相等。
离子
Li+
Na+
Ca2+
K+
HCO3
-
NO3
-
Cl-
SO4
2-
4.07
5.19
6.59
7.62
4.61
7.40
7.91
8.27
下列说法正确的是( )
A．根据上表数据，盐桥中应选择KNO3作为电解质
B．石墨电极上对应的电极反应式为：Fe2+-e-=Fe3+
C．反应一段时间后，当右池中c(Fe2+)：c(Fe3+)=3：2 时，左池中c(Fe2+)=0.15mol·L－1
D．盐桥中的阴离子进入石墨电极一侧溶液中
【思维建模】
1．把氧化剂、还原剂均为溶液状态的氧化还原反应设计成原电池时，必须使用盐桥才能实现氧化剂
与还原剂的分离，否则不会有明显的电流出现。
2．电子流向的分析方法：①改变条件，平衡移动；②平衡移动，电子转移；③电子转移，判断区域；
④根据区域，判断流向；⑤根据流向，判断电极。
【变式训练】控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－
2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列
6
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判断不正确的是 ( )
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原
C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
考点二 化学电源
知识点1 一次电池、二次电池电极反应式的书写
1．新型一次电池
Mg－H2O2电池
总反应：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O
正极
______________________________
负极
Mg－2e－===Mg2＋
Mg－AgCl 电池
总反应：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2
正极
______________________________
负极
Mg－2e－===Mg2＋
钠硫电池
总反应：2Na＋xS===Na2Sx
正极
______________________________
负极
2Na－2e－===2Na＋
锂－铜电池
总反应：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
正极
______________________________
负极
2Li－2e－===2Li＋
锂钒氧化物电池
总反应：xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8
正极
______________________________
负极
xLi－xe－===xLi＋
2．新型充电(可逆)电池
锌银
电池
总反应：Ag2O＋Zn＋H2O
2Ag＋Zn(OH)2
正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
负极：______________________________
7
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阳极：______________________________
阴极：Zn(OH)2＋2e－===Zn＋2OH－
镍
电
池
镍铁
电池
总反应：NiO2＋Fe＋2H2O
Fe(OH)2＋Ni(OH)2
正极：NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－
负极：______________________________
阳极：______________________________
阴极：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－
镍镉
电池
总反应：Cd＋2NiOOH＋2H2O
Cd(OH)2＋2Ni(OH)2
说明：参考镍铁电池自行书写。
高铁
电池
总反应：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O
3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH
正极：2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－
负极：______________________________
阳极：______________________________
阴极：3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－
锂离子
电池
总反应：Li1－xCoO2＋LixC6
LiCoO2＋C6(x<1)
正极：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
负极：______________________________
阳极：______________________________
阴极：xLi＋＋xe－＋C6===LixC6
钠
电
池
钠硫
蓄电
池
总反应：2Na2S2＋NaBr3
Na2S4＋3NaBr
正极：NaBr3＋2e－＋2Na＋===3NaBr
负极：______________________________
阳极：______________________________
阴极：Na2S4＋2Na＋＋2e－===2Na2S2
钠离
子电
池
总反应：Na1－mCoO2＋NamCn
NaCoO2＋Cn
正极：Na1－mCoO2＋me－＋mNa＋===NaCoO2
负极：______________________________
阳极：______________________________
阴极：mNa＋＋Cn＋me－===NamCn
全钒液
流电池
总反应：VO＋2H＋＋V2＋
V3＋＋VO2＋＋H2O
正极：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
负极：______________________________
阳极：______________________________
阴极：V3＋＋e－===V2＋
【方法技巧】
化学电源电极反应的书写、、书写电极反应时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然
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后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。
(1)拆分法。①写出原电池的总反应；②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、
负极，并依据质量守恒、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应。
(2)加减法。①写出总反应；②写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)；③利用总反应与写出的
一极反应相减，即得另一个电极的反应。
知识点2 燃料电池
燃料电池(以CH3OH 燃料电池为例，体会不同介质对电极反应的影响)
质子交换膜
(酸性)
H＋
总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正极
____________________
负极
CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
碱性燃料电池
OH－
总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O
正极
____________________
负极
CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
固态氧化物燃
料电池
O2－
总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正极
____________________
负极
CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O
【名师点晴】
1．燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。
2．书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，溶液的酸碱性对电极反应和总反应都会产生
影响。
考向1 一次电池
【例1】(2024·江苏卷，8)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O= ZnO+2MnOOH，电池构造示意
图如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．电池工作时，MnO2发生氧化反应
B．电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动
C．环境温度过低，不利于电池放电
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D．反应中每生成1mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×10-23
【变式训练】(2024·北京市西城区高三一模)我国科学家设计可同时实现H2制备和海水淡化的新型电池，
装置示意图如图。
下列说法不正确的是( )
A．电极a 是正极
B．电极b 的反应式：N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O
C．每生成1molN2，有2molNaCl 发生迁移
D．离子交换膜c、d 分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜
考向2 二次电池
【例2】(2024·安徽卷，11)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn-
TCPP (局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn 为电极，以ZnSO4和KI 混合液为电解质溶
液。下列说法错误的是( )
A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B．电池总反应为：I3
-+Zn
Zn2++3I-
C．充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D 放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol 电子
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【思维建模】
思维模型
解题模型
例：xMg＋Mo3S4
MgxMo3S4
【变式训练】(2024·安徽省马鞍山市高三第二次教学质量检测)磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了
良好的循环稳定性，具有较长的使用寿命，放电时的反应为：LixC6+Li1-xFePO4= 6C+LiFePO4。图1 为某磷
酸铁锂电池的切面，图2 为LiFePO4晶胞充放电时Li+脱出和嵌入的示意图。其中O 围绕Fe 和P 分别形成
正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。下列说法不正确的是( )
A．放电时，负极反应： LixC6- xe- = xLi++6C
B．(a)过程中1mol 晶胞转移的电子数为
NA
C．(b)代表放电过程， Li+脱离石墨，经电解质嵌入正极
D．充电时的阳极反应： LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+
考向3 燃料电池
【例3】(2024·全国新课标卷，6)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO 催化消耗
血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电
池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)
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电池工作时，下列叙述错误的是
A．电池总反应为2C6H12O6+O2=2C6H12O7
B．b 电极上CuO 通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
C．消耗18mg 葡萄糖，理论上a 电极有0.4mmol 电子流入
D．两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a
【方法技巧】
(1)注意介质是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气(或其他氧化剂)。
(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
(4)零价法秒杀负极反应的书写。若负极有机物燃料为CxHyOz，产物中C 元素为+4 价的CO3
2-或HCO3
-
，则转移电子数为C 数×4+H 数×1+O 数×(-2)，若有机阴离子在负极反应(如CH3COO-)，转移电子数则为C
数×4+H 数×1+O 数×(-2)+电荷数。
【变式训练】(2024·浙江省Z20 名校联盟高三联考)一种三室微生物燃料电池的工作原理如图所示，该
电池能同时去除有机物、脱氮形成无害气体和水。下列说法不正确的是( )
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A．X、Y 交换膜均为质子交换膜
B．电极室C 中溶液经灭菌后通入电极室A
C．b 电极反应式：
D．电极室C 中仅发生还原反应
1．(2024·北京卷，3，3 分)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法
正确的是( )
A．石墨作电池的负极材料
B．电池工作时，NH4
+向负极方向移动
C．MnO2发生氧化反应
D．锌筒发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋
2．(2024·全国甲卷，6，3 分)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn 可充电电池(如图所示)。电池工
作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH 和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是( )
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A．充电时，Zn2+向阳极方向迁移
B．充电时，会发生反应Zn+2MnO2=ZnMn2O4
C．放电时，正极反应有MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-
D．放电时，Zn 电极质量减少0.65g，MnO2电极生成了0.020molMnOOH
3．(2024·河北卷，13，3 分)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池，以Mg(TFSI)2为
电解质，电解液中加入1，3-丙二胺(
)以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了
MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2+的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。
下列说法错误的是( )
A．放电时，电池总反应为Mg+2CO2= MgC2O4
B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C．充电时，电子由Mg 电极流向阳极，Mg2+向阴极迁移
D．放电时，每转移1mol 电子，理论上可转化1mol CO2
4．(2023•广东卷，6)负载有
和
的活性炭，可选择性去除
实现废酸的纯化，其工作原理如图。
下列说法正确的是( )
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A．Ag 作原电池正极
B．电子由Ag 经活性炭流向Pt
C．Pt 表面发生的电极反应：O2+2H2O+4e-= 4OH-
D．每消耗标准状况下11.2L 的O2，最多去除1mol Cl-
5．(2023•辽宁省选择性考试，11)某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧
通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：Pb+SO4
2-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+
6．(2023•全国乙卷，12)室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-
硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸
作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：
S8+e-→
S
，
S
+e-→S
，2Na++
S
+2(1-
)e-
→Na2Sx
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下列叙述错误的是( )
A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na++
S8+2e-→Na2Sx
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
7．(2022•全国甲卷，10)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH 溶液中，Zn2+以
Zn(OH) 4
2-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是( )
A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO4
2-通过隔膜向Ⅱ区迁移
C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O
D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH) 4
2-+Mn2++2H2O
8．(2022•福建卷，9)一种化学“自充电”的锌-有机物电池，电解质为KOH 和Zn(CH3COO)2水溶液。
将电池暴露于空气中，某电极无需外接电源即能实现化学自充电，该电极充放电原理如下图所示。下列说
法正确的是( )
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A．化学自充电时，c(OH―)增大
B．化学自充电时，电能转化为化学能
C．化学自充电时，锌电极反应式：Zn2++2e-=Zn
D．放电时，外电路通过
电子，正极材料损耗
9．(2022•广东选择性考试，16)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型
氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a 的反应为：NaTi2(PO4)3+2Na++2e-= Na3Ti2(PO4)3。下列说法
正确的是( )
A．充电时电极b 是阴极
B．放电时NaCl 溶液的pH 减小
C．放电时NaCl 溶液的浓度增大
D．每生成1molCl2，电极a 质量理论上增加23g
10．(2021•辽宁选择性考试，10)如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正
确的是( )
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A．放电时，M 电极反应为
B．放电时，Li+由M 电极向N 电极移动
C．充电时，M 电极的质量减小
D．充电时，N 电极反应为Li3Bi+3e-=3Li++Bi
11．(2021•浙江1 月选考，22)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K1、K2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K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
B．断开K1、合上K2，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KOH 浓度不变
D．镍镉二次电池的总反应式：Cd+ 2NiOOH+2H2O
Ca(OH)2+2Ni(OH)2
12．(2021•湖南选择性考试，10)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源
储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
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下列说法错误的是( )
A．放电时，N 极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C．充电时，M 极的电极反应式为Zn2++2e-═Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
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