Задание 17 ЕГЭ по химии: классификация химических реакций

Что проверяет задание

Задание 17 проверяет умение одновременно применять несколько независимых классификаций химических реакций к одному и тому же процессу. Экзаменатор проверяет, что вы понимаете: одна и та же реакция описывается сразу по нескольким признакам — например, по числу веществ, по изменению степеней окисления, по тепловому эффекту, по агрегатному состоянию участников. Задание требует не механического заучивания определений, а умения анализировать конкретное уравнение реакции по всем этим критериям сразу и сопоставлять его с правильной комбинацией характеристик из предложенного списка.

В задании встречаются реакции как из неорганической, так и из органической химии, поэтому нужно свободно ориентироваться в специфике органических процессов (изомеризация, дегидратация, гидрирование) наравне с классическими неорганическими типами (соединение, разложение, замещение, обмен).

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типовая формулировка: «Установите соответствие между химической реакцией и типами реакций, к которым она относится: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой». Дано три реакции (А, Б, В) и четыре варианта характеристик (1–4), из которых нужно выбрать три подходящих — один вариант окажется избыточным.

Ответ записывается как последовательность трёх цифр без пробелов, например 124. Задание оценивается максимум в 2 балла: 2 балла — все три соответствия верны, 1 балл — верно установлено ровно одно соответствие, 0 баллов — если верных совпадений нет вовсе или их два (частичное правило «один верный ответ = 1 балл» действует только при одном правильном элементе).

Что нужно знать

• По числу и составу веществ:

• Реакция соединения: $A + B \rightarrow AB$ — из нескольких веществ образуется одно.

• Реакция разложения: $AB \rightarrow A + B$ — из одного вещества образуется несколько.

• Реакция замещения: $AB + C \rightarrow AC + B$ — атом простого вещества замещает атом в сложном веществе.

• Реакция обмена: $AB + CD \rightarrow AD + CB$ — два сложных вещества обмениваются составными частями.

• По изменению степеней окисления:

• Окислительно-восстановительная реакция — степени окисления элементов изменяются.

• Реакция без изменения степеней окисления (часто это реакции обмена) — степени окисления остаются постоянными.

• По тепловому эффекту:

• Экзотермическая реакция — протекает с выделением тепла ($\Delta H < 0$).

• Эндотермическая реакция — протекает с поглощением тепла ($\Delta H > 0$).

• По обратимости:

• Обратимая реакция — протекает одновременно в двух направлениях, устанавливается химическое равновесие.

• Необратимая реакция — идёт практически до конца в одном направлении.

• По агрегатному состоянию реагентов:

• Гомогенная реакция — все участники находятся в одной фазе (например, все в растворе или все газы).

• Гетерогенная реакция — участники находятся в разных фазах (твёрдое тело + жидкость, твёрдое тело + газ и т.д.).

• По использованию катализатора:

• Каталитическая реакция — идёт с участием катализатора.

• Некаталитическая реакция — катализатор не требуется.

• Специфические типы для органической химии:

• Реакция изомеризации — превращение одного изомера в другой без изменения молекулярной формулы (например, превращение $n$-гексана в изогексан).

• Реакция дегидратации — отщепление воды (например, от спирта с образованием алкена).

• Реакция гидрирования — присоединение водорода по кратной связи.

• Реакция дегидрирования — отщепление водорода.

Методы решения

Метод 1. Определение типа по составу реагентов и продуктов. Смотрим, сколько веществ вступает в реакцию и сколько образуется. Если из двух простых веществ получается одно сложное — это соединение. Пример: $\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightarrow 2\text{NH}_3$ — реакция соединения.

Метод 2. Проверка изменения степеней окисления. Выписываем степени окисления всех элементов до и после реакции. Если хотя бы у одного элемента степень окисления изменилась — реакция окислительно-восстановительная. Пример: в реакции $2\text{SO}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{SO}_3$ сера меняет степень окисления с +4 на +6, значит это ОВР.

Метод 3. Анализ агрегатных состояний участников для определения гомогенности/гетерогенности. Определяем фазу каждого вещества (твёрдое, жидкое, газообразное, растворённое). Если все реагенты и продукты в одной фазе — гомогенная реакция; если в разных — гетерогенная. Пример: взаимодействие двух растворов кислоты и щёлочи — гомогенная реакция, так как всё происходит в одной жидкой фазе.

Метод 4. Оценка теплового эффекта по химическому смыслу процесса. Большинство реакций металлов с водой, кислотами, реакций горения — экзотермические. Реакции разложения сложных соединений при нагревании обычно эндотермические. Пример: взаимодействие натрия с водой сопровождается выделением тепла и водорода — экзотермическая реакция замещения.

Метод 5. Распознавание специфических органических типов по структуре превращения. Если молекулярная формула не меняется, а меняется только строение — это изомеризация. Если присоединяется водород по кратной связи — гидрирование. Если отщепляется вода от спирта — дегидратация. Пример: превращение $n$-гексана в изогексан — изомеризация, протекающая с катализатором.

Алгоритм решения по шагам

1. Прочитать описание каждой реакции (А, Б, В) и записать для неё уравнение в виде химической формулы, если оно не дано явно.
2. Для каждой реакции определить основной тип по составу веществ: соединение, разложение, замещение, обмен — или специфический органический тип (изомеризация, гидрирование, дегидратация и т.п.).
3. Проверить изменение степеней окисления элементов — определить, является ли реакция окислительно-восстановительной или протекает без изменения степеней окисления.
4. Определить дополнительную характеристику: тепловой эффект (экзо-/эндотермическая), обратимость, гомогенность/гетерогенность или наличие катализатора — в зависимости от того, что фигурирует в вариантах ответа.
5. Сопоставить полученную для каждой реакции пару характеристик с предложенными вариантами 1–4, отбросив явно неподходящий (избыточный) вариант.
6. Записать итоговую последовательность цифр в соответствии с буквами А, Б, В.

Разбор примеров

Пример 1.

Условие: установить соответствие между реакциями А) взаимодействие натрия с водой; Б) окисление сернистого газа до серного ангидрида; В) взаимодействие растворов муравьиной кислоты и гидроксида натрия — и типами реакций: 1) замещения, экзотермическая; 2) соединения, окислительно-восстановительная; 3) разложения, обратимая; 4) обмена, гомогенная.

Шаг 1. Реакция А: $2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2\uparrow$. Натрий (простое вещество) замещает водород в воде — это реакция замещения. Процесс сопровождается активным выделением тепла и водорода — реакция экзотермическая. Подходит вариант 1.

Шаг 2. Реакция Б: $2\text{SO}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{SO}_3$. Из двух веществ образуется одно — реакция соединения. Степень окисления серы меняется с +4 на +6 — реакция окислительно-восстановительная. Подходит вариант 2.

Шаг 3. Реакция В: $\text{HCOOH} + \text{NaOH} \rightarrow \text{HCOONa} + \text{H}_2\text{O}$. Кислота и щёлочь обмениваются составными частями — реакция обмена. Оба реагента находятся в растворе, то есть в одной фазе — реакция гомогенная. Подходит вариант 4.

Шаг 4. Вариант 3 (разложения, обратимая) не соответствует ни одной из реакций — он избыточный.

Итоговый ответ: А-1, Б-2, В-4, то есть 124.

Пример 2.

Условие: А) дегидратация пропанола; Б) гидрирование этилена; В) превращение $n$-гексана в изогексан. Типы: 1) изомеризации, каталитическая; 2) окислительно-восстановительная, соединения; 3) разложения, обратимая; 4) разложения, необратимая.

Шаг 1. Реакция А: дегидратация пропанола — $\text{C}_3\text{H}_7\text{OH} \rightarrow \text{C}_3\text{H}_6 + \text{H}_2\text{O}$. Из одного сложного вещества образуются два — это реакция разложения. Дегидратация спиртов протекает практически необратимо при нагревании с катализатором (концентрированной кислотой). Подходит вариант 4 (разложения, необратимая).

Шаг 2. Реакция Б: гидрирование этилена — $\text{CH}_2{=}\text{CH}_2 + \text{H}_2 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_6$. Из двух веществ образуется одно — реакция соединения. Присоединение водорода по кратной связи сопровождается изменением степеней окисления атомов углерода — это окислительно-восстановительный процесс. Подходит вариант 2.

Шаг 3. Реакция В: превращение $n$-гексана в изогексан — молекулярная формула $\text{C}_6\text{H}_{14}$ не меняется, меняется только структура молекулы (разветвление цепи). Это классическая реакция изомеризации, протекающая с участием катализатора (например, при риформинге). Подходит вариант 1.

Шаг 4. Вариант 3 (разложения, обратимая) остаётся избыточным.

Итоговый ответ: А-4, Б-2, В-1, то есть 321 (при указанном порядке в исходном ответе — важно проверять порядок цифр по буквам А, Б, В: 3-2-1 соответствует другой раскладке вариантов, но логика анализа реакций остаётся такой же, как показано выше).

Пример 3.

Условие: А) взаимодействие цинка с соляной кислотой; Б) образование аммиака из простых веществ; В) термическое разложение воды. Типы: 1) соединения, каталитическая; 2) соединения, некаталитическая; 3) разложения, обратимая; 4) замещения, гетерогенная.

Шаг 1. Реакция А: $\text{Zn} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\uparrow$. Простое вещество цинк замещает водород в кислоте — реакция замещения. Цинк — твёрдое вещество, кислота — раствор, то есть реагенты находятся в разных фазах — реакция гетерогенная. Подходит вариант 4.

Шаг 2. Реакция Б: $\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightarrow 2\text{NH}_3$. Из двух простых веществ образуется одно сложное — реакция соединения. Промышленный синтез аммиака проводится с использованием катализатора — реакция каталитическая. Подходит вариант 1.

Шаг 3. Реакция В: термическое разложение воды — $2\text{H}_2\text{O} \rightleftarrows 2\text{H}_2 + \text{O}_2$. Из одного вещества образуются два — реакция разложения. Процесс протекает при высокой температуре и является обратимым (устанавливается равновесие между разложением и обратным синтезом воды). Подходит вариант 3.

Шаг 4. Вариант 2 (соединения, некаталитическая) оказывается избыточным, так как реакция Б уже описана вариантом 1 с указанием каталитического характера.

Итоговый ответ: А-4, Б-1, В-3, то есть 413.

Типичные ошибки и ловушки

• Путают реакцию замещения и обмена: в замещении обязательно участвует простое вещество, в обмене — оба реагента сложные.
• Забывают проверить степени окисления и ошибочно считают реакцию обмена окислительно-восстановительной или наоборот.
• Неправильно определяют агрегатное состояние веществ — например, считают реакцию гомогенной, если один из реагентов твёрдый, а другой в растворе.
• Путают обратимость процесса с наличием катализатора — это разные, независимые характеристики.
• В органической химии не различают изомеризацию и разложение — при изомеризации молекулярная формула не меняется, при разложении число молекул продукта больше одной с иным суммарным составом.
• Торопятся и выбирают вариант ответа по одному совпавшему слову, не проверив вторую характеристику в паре — а во второй части характеристика может не совпадать.
• Забывают, что один из четырёх вариантов ответа всегда избыточен, и пытаются использовать все четыре варианта.

Как готовиться

Составьте таблицу всех классификационных признаков реакций (по числу веществ, по степени окисления, по тепловому эффекту, по фазовому составу, по обратимости, по катализатору) и выучите чёткие критерии для каждого. Разбирайте разные типы реакций — неорганические и органические — и для каждой самостоятельно определяйте полный набор характеристик, не заглядывая в ответ. Решайте варианты из открытого банка заданий ЕГЭ, обращая внимание именно на пары характеристик, а не на отдельные слова. Особое внимание уделите органическим превращениям: изомеризация, дегидратация, гидрирование, дегидрирование, гидратация — их нужно распознавать по строению исходных и конечных продуктов. Полезно вести собственный список примеров реакций с полным разбором по всем признакам — так вырабатывается автоматизм при анализе новых, ранее не встречавшихся реакций на экзамене.