Взаимосвязь различных классов неорганических веществ
Тема кодификатора ОГЭ: Химические свойства простых веществ. Химические свойства оксидов, кислот, оснований, амфотерных гидроксидов и солей.
1. О задании 10
Задание 10 — одно из самых комплексных заданий ОГЭ по химии. В нём проверяется знание химических свойств всех классов неорганических веществ. Формат задания: даны три вещества (обозначены буквами А, Б, В) и несколько рядов реагентов (обозначены цифрами). Нужно подобрать для каждого вещества ряд, в котором с ним реагируют оба реагента.
2. Простые вещества
Металлы
- С неметаллами: образуют бинарные соединения (оксиды, галогениды, сульфиды и т.д.).
Пример: 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃ - С кислотами: металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, вытесняют водород из кислот (кроме HNO₃ и концентрированной H₂SO₄).
Пример: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑ - С растворами солей: более активный металл вытесняет менее активный.
Пример: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu - С водой: щелочные и щелочноземельные металлы реагируют при н.у. с образованием щелочи и водорода; металлы средней активности — при нагревании (образуется оксид и водород).
- Амфотерные металлы (Zn, Al, Be): уникальны тем, что реагируют и с кислотами, и со щелочами (с образованием комплексных солей в растворе).
Пример: Zn + 2NaOH + 2H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂↑
Неметаллы
- С металлами: (см. выше).
- С кислородом: большинство неметаллов горят, образуя кислотные или несолеобразующие оксиды.
Пример: S + O₂ → SO₂ (но галогены с O₂ напрямую не реагируют!) - С водородом: образование летучих водородных соединений.
Пример: N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ - Более активные галогены (F, Cl, Br) вытесняют менее активные (I) из растворов их солей.
3. Оксиды
| Класс оксида | С чем реагирует? | С чем НЕ реагирует? |
|---|---|---|
| Основный (CuO, Na₂O, CaO) |
• Кислоты (CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O) • Кислотные оксиды (CaO + CO₂ → CaCO₃) • Вода (только оксиды активных металлов: Na₂O + H₂O → 2NaOH) |
• Основания • Основные оксиды |
| Кислотный (SO₃, CO₂, P₂O₅) |
• Основания/щелочи (CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O) • Основные оксиды • Вода (кроме SiO₂! SO₃ + H₂O → H₂SO₄) |
• Кислоты (искл: ОВР с HNO₃, конц. H₂SO₄) • Кислотные оксиды |
| Амфотерный (ZnO, Al₂O₃, BeO) |
• Кислоты (ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O) • Щелочи (Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2Na[Al(OH)₄]) • Кислотные и основные оксиды при сплавлении |
• Вода (никогда не реагируют!) |
4. Кислоты и основания
Кислоты
Сильные и слабые кислоты реагируют с:
- Металлами (до водорода в ряду активности).
- Основными и амфотерными оксидами.
- Основаниями и амфотерными гидроксидами (реакция нейтрализации).
- Солями — если в результате образуется осадок или выделяется газ (более сильная кислота вытесняет более слабую).
Пример: 2HCl + Na₂CO₃ → 2NaCl + H₂O + CO₂↑
Основания (Щелочи и нерастворимые)
- Все основания реагируют с кислотами.
- Щелочи (растворимые) реагируют с кислотными оксидами, амфотерными оксидами и гидроксидами, а также с растворимыми солями (если выпадает осадок или газ).
Пример: 2NaOH + CuSO₄ → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ - Нерастворимые основания реагируют только с сильными кислотами и разлагаются при нагревании на оксид и воду.
Пример: Cu(OH)₂ (t°) → CuO + H₂O
Амфотерные гидроксиды (Zn(OH)₂, Al(OH)₃, Be(OH)₂)
Их главная фишка — двуличие. Они реагируют как с сильными кислотами, так и со щелочами. При нагревании разлагаются на оксид и воду.
5. Соли
Для реакций между солями или солью и другим веществом (кроме металлов) важно, чтобы исходные вещества были растворимы, а в продуктах образовался осадок, газ или вода.
- С металлами: более активный металл вытесняет менее активный из раствора соли. (Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu)
- С кислотами: если образуется осадок или выделяется газ. (AgNO₃ + HCl → AgCl↓ + HNO₃)
- Со щелочами: если выпадает осадок. (FeCl₃ + 3KOH → Fe(OH)₃↓ + 3KCl)
- С другими солями: обе соли должны быть растворимы, а в продуктах — осадок. (BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl)
6. Алгоритм решения и лайфхаки
Шаг 1: Определите класс каждого из веществ (А, Б, В).
Шаг 2: Помните, что «подобное не реагирует с подобным». Например, если вещество А — это кислота, смело вычеркивайте из вариантов ответа ряды, где есть другие кислоты или кислотные оксиды.
Шаг 3: Для солей обязательно используйте Таблицу растворимости. Если соль нерастворима, она не будет вступать в реакции ионного обмена со щелочами и другими солями.
Шаг 4: Обращайте внимание на «амфотерные ловушки». Цинк и алюминий (и их оксиды/гидроксиды) реагируют со щелочами!
7. Разбор типовых заданий
Пример 1: Базовые классы неорганики
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из которых оно может вступать в реакцию: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
А) Al₂O₃
Б) CuCl₂ (р-р)
В) SO₂
1) H₂O, HCl
2) AgNO₃, Fe
3) KOH, H₂SO₄
4) NaOH, O₂
А) Al₂O₃ — амфотерный оксид. Он не реагирует с водой (вариант 1 отпадает). Зато он способен реагировать и с кислотами, и со щелочами. Ищем ряд с кислотой и щелочью — это вариант 3 (KOH и H₂SO₄). Ответ для А — 3.
Б) CuCl₂ (р-р) — растворимая соль. Смотрим реагенты:
- 1) с водой не реагирует, с HCl не дает осадка/газа.
- 2) с AgNO₃ даст осадок AgCl↓, с железом (Fe) произойдет вытеснение меди, так как Fe активнее Cu. Подходит!
Ответ для Б — 2.
В) SO₂ — кислотный оксид, в котором сера находится в промежуточной степени окисления (+4). Кислотный оксид реагирует со щелочами (NaOH). Так как сера +4 может повысить степень окисления, SO₂ способен реагировать с кислородом (до SO₃). Вариант 4 подходит идеально. Ответ для В — 4.
Итоговый ответ: 324
Пример 2: Простые вещества и соли
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из которых оно может вступать в реакцию.
А) Zn
Б) NaOH (р-р)
В) CaCO₃
1) HCl, CO₂
2) HCl, CuCl₂
3) Cu, K₂SO₄
4) HCl, HNO₃
А) Zn — амфотерный металл средней активности. Реагирует с кислотами, с солями менее активных металлов и со щелочами. В варианте 2 есть HCl (выделится H₂) и CuCl₂ (Zn вытеснит Cu). Подходит! Ответ для А — 2.
Б) NaOH (р-р) — щелочь (сильное основание). Реагирует с кислотами (HCl) и кислотными оксидами (CO₂). Вариант 1 идеально подходит (NaOH + HCl → NaCl + H₂O; 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O). Ответ для Б — 1.
В) CaCO₃ — нерастворимая соль (мел, мрамор). Нерастворимые соли не реагируют со щелочами и другими солями. Но они растворяются в сильных кислотах с выделением углекислого газа. Смотрим вариант 4: HCl и HNO₃ — обе кислоты сильные, с обеими произойдет реакция (CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O). Ответ для В — 4.
Итоговый ответ: 214