Задание 24 ЕГЭ по химии: качественные реакции — полный разбор

Что проверяет задание

Задание 24 проверяет умение соотносить вещество (или пару веществ) с характерным внешним признаком реакции или с реагентом, который позволяет это вещество распознать. По сути это задание на память и логику одновременно: нужно знать конкретные качественные реакции органической и неорганической химии и уметь применить их к конкретной ситуации — раствору, смеси, паре похожих веществ.

В основе задания лежит идея аналитической химии: у каждого класса веществ и у многих ионов есть «визитная карточка» — реакция с характерным, легко наблюдаемым эффектом (изменение цвета, выпадение осадка, выделение газа, появление запаха). Экзамен проверяет, насколько прочно эти карточки отложились в памяти и насколько верно применяются на практике.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Задание 24 — это задание на установление соответствия. Типовая формулировка: «Установите соответствие между названием вещества и признаком реакции, который наблюдается при взаимодействии вещества с... (реактивом)». Даны два столбца: слева — 4 вещества (или 4 пары веществ), справа — 5 признаков реакции (или 5 реагентов). Нужно подобрать к каждой букве (А, Б, В, Г) цифру.

Особенность формата: справа всегда на один вариант больше, чем нужно — это «лишний» элемент, который отсеивается логикой исключения. Ответ записывается в виде последовательности из четырёх цифр без пробелов, например: 1334.

За полностью верный ответ дают 2 балла, за одну ошибку — 1 балл, за две и более ошибки — 0 баллов. Частичное соответствие засчитывается, поэтому даже при сомнениях в одной позиции стоит дать ответ на все четыре — рискнуть выгоднее, чем оставить пустую клетку.

Что нужно знать

Качественные реакции неорганических ионов:

• $Ag^{+}$: с хлорид-ионом даёт белый осадок $AgCl\downarrow$, с бромидом — светло-жёлтый $AgBr\downarrow$, с иодидом — жёлтый $AgI\downarrow$.
• $Ba^{2+}$: с сульфат-ионом образует белый осадок $BaSO_4\downarrow$, нерастворимый в кислотах.
• $Cu^{2+}$: в щелочной среде с сульфидом даёт чёрный осадок $CuS\downarrow$; сам ион $Cu^{2+}$ окрашивает раствор в голубой цвет.
• $Fe^{3+}$: с роданидом калия $KSCN$ даёт кроваво-красное окрашивание $Fe(SCN)_3$.
• $Fe^{2+}$ и $Fe^{3+}$: с щёлочью дают осадки $Fe(OH)_2$ (белый, зеленеющий на воздухе) и $Fe(OH)_3$ (бурый).
• $NH_4^{+}$: при нагревании со щёлочью выделяется газ с резким запахом — аммиак $NH_3\uparrow$, вызывающий посинение влажной лакмусовой бумаги.
• $CO_3^{2-}$ и $SO_3^{2-}$: с кислотами выделяют газ (шипение) — $CO_2\uparrow$ или $SO_2\uparrow$.
• $S^{2-}$: с кислотами выделяет $H_2S\uparrow$ с запахом тухлых яиц; с солями тяжёлых металлов даёт чёрные осадки.
• $SO_4^{2-}$: осаждается $Ba^{2+}$.
• $PO_4^{3-}$: с раствором нитрата серебра даёт жёлтый осадок $Ag_3PO_4\downarrow$.
• Галогены как окислители: хлорная вода вытесняет более слабые галогены из их солей, что сопровождается появлением окраски (бурой для брома, фиолетовой/тёмной для иода).

Качественные реакции органических соединений:

• Свежеосаждённый $Cu(OH)_2$ — универсальный реагент нескольких классов:
• многоатомные спирты (глицерин, этиленгликоль) дают ярко-синий (васильковый) раствор комплекса при комнатной температуре;
• альдегиды при нагревании восстанавливают $Cu(OH)_2$ до красного осадка $Cu_2O\downarrow$ (реакция Троммера), при избытке — до жёлтого $CuOH$;
• карбоновые кислоты растворяют осадок, образуя голубой раствор соли меди;
• аммиак и амины образуют с ионом меди тёмно-синий комплекс $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$.
• Бромная вода обесцвечивается непредельными соединениями (алкенами, алкинами, диенами) за счёт реакции присоединения по кратной связи.
• Фенол и анилин с бромной водой дают белый осадок (трибромфенол, триброманилин) — реакция замещения в ароматическом кольце.
• Альдегиды дают реакцию «серебряного зеркала» с аммиачным раствором оксида серебра $[Ag(NH_3)_2]OH$: выпадает металлическое серебро.
• Крахмал с раствором иода даёт синее окрашивание.
• Белки: биуретовая реакция (с $CuSO_4$ и щёлочью — фиолетовое окрашивание), ксантопротеиновая реакция (с концентрированной $HNO_3$ — жёлтое окрашивание).

Методы решения

Метод 1. Сопоставление вещества с реагентом через класс соединения. Прежде чем искать признак, определи, к какому классу относится вещество — это сразу отсекает большинство неверных вариантов. Пример: если дан бутаналь и реагент $Cu(OH)_2$, класс «альдегид» сразу указывает на реакцию Троммера — красный осадок $Cu_2O$.

Метод 2. Метод исключения через «лишний» элемент. Так как вариантов ответа больше, чем задач, начни с самых очевидных пар, отметь их, а затем распредели оставшиеся варианты по остаточному принципу. Пример: если из пяти признаков реакции с бромной водой три однозначно определены (обесцвечивание для сернистого газа и формальдегида, осадок для анилина), четвёртый вариант для иодоводорода находится методом исключения — «появление тёмной окраски».

Метод 3. Анализ по донной кислотно-основной или окислительно-восстановительной природе. Многие качественные реакции — это либо реакции ионного обмена (с образованием осадка или газа), либо окислительно-восстановительные (с изменением окраски за счёт смены степени окисления). Определи тип реакции — это подскажет признак. Пример: иодоводород $HI$ с бромной водой — окислительно-восстановительная реакция, бром окисляет иодид до свободного иода, раствор темнеет.

Метод 4. Сравнение пар веществ через общий и различающийся ион. Когда нужно различить пару растворов, найди ион, который есть только у одного вещества из пары, и подбери реагент именно на этот ион. Пример: пара $NH_4Br$ и $NH_4NO_3$ — общий катион $NH_4^{+}$, различающийся анион — бромид; значит нужен реагент на бромид-ион (например, хлорная вода, которая вытесняет свободный бром).

Метод 5. Проверка через уравнение реакции. Если сомневаешься в признаке, мысленно (или на черновике) запиши уравнение реакции — это помогает увидеть, какой продукт образуется и какого он цвета/агрегатного состояния. Пример: для глицерина с $Cu(OH)_2$ полезно вспомнить структуру комплекса гликолята меди, чтобы не спутать цвет с реакцией альдегидов.

Алгоритм решения по шагам

1. Прочитай условие и определи общий реагент (или, если задание на различение пар, — набор возможных реагентов).
2. Для каждого вещества (буквы) определи его класс и характерные химические свойства.
3. Сопоставь свойства вещества с действием заданного реагента: вспомни конкретную качественную реакцию.
4. Если задание на различение смесей — найди ион или функциональную группу, которая отличает вещества пары, и подбери реагент именно на неё.
5. Отметь уже использованные варианты ответа, чтобы не повторить цифру, если условие подразумевает разные признаки (обычно в списке признаков может быть повтор, а в списке реагентов — тоже, это не запрещено).
6. Оставшуюся букву сопоставь с оставшимся по логике вариантом — часто последний ответ находится «от противного».
7. Проверь весь набор ответов на непротиворечивость: перечитай условие ещё раз и убедись, что каждая пара логически обоснована.
8. Запиши ответ подряд без пробелов в порядке А, Б, В, Г.

Разбор примеров

Пример 1. Установите соответствие между веществом и признаком реакции со свежеосаждённым $Cu(OH)_2$: А) серная кислота; Б) аммиак; В) глицерин; Г) бутаналь. Признаки: 1) голубой раствор; 2) бесцветный раствор; 3) тёмно-синий раствор; 4) красный осадок; 5) чёрный осадок.

Шаг 1. Определяем класс каждого вещества: А — сильная кислота, Б — слабое основание (в водном растворе), В — многоатомный спирт, Г — альдегид.

Шаг 2. Кислота реагирует с гидроксидом меди как с основанием: $Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O$. Соль меди(II) даёт характерный голубой раствор — признак 1. Значит А = 1.

Шаг 3. Аммиак с $Cu(OH)_2$ образует комплексное соединение — тетраамминкупрат: $Cu(OH)_2 + 4NH_3 \rightarrow [Cu(NH_3)_4](OH)_2$. Раствор приобретает интенсивную тёмно-синюю окраску — признак 3. Значит Б = 3.

Шаг 4. Глицерин как многоатомный спирт реагирует с $Cu(OH)_2$ при комнатной температуре, образуя ярко-синий (васильковый) раствор гликолята меди — это тоже признак 3 (тёмно-синий раствор, повтор варианта допустим). Значит В = 3.

Шаг 5. Бутаналь — альдегид, при нагревании с $Cu(OH)_2$ идёт реакция Троммера: $CH_3CH_2CH_2CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CH_3CH_2CH_2COOH + Cu_2O\downarrow + 2H_2O$. Выпадает красный осадок оксида меди(I) — признак 4. Значит Г = 4.

Итоговый ответ: 1334.

Пример 2. Соответствие между веществом и признаком реакции с бромной водой: А) сернистый газ; Б) формальдегид; В) иодоводород; Г) анилин. Признаки: 1) обесцвечивание раствора; 2) появление тёмной окраски; 3) белый хлопьевидный осадок; 4) жёлтый осадок; 5) видимых признаков нет.

Шаг 1. Сернистый газ $SO_2$ — восстановитель, окисляется бромом: $SO_2 + Br_2 + 2H_2O \rightarrow H_2SO_4 + 2HBr$. Бурая окраска брома исчезает — обесцвечивание, признак 1. А = 1.

Шаг 2. Формальдегид $HCHO$ тоже восстановитель, окисляется бромной водой до муравьиной кислоты: $HCHO + Br_2 + H_2O \rightarrow HCOOH + 2HBr$. Раствор также обесцвечивается — признак 1. Б = 1.

Шаг 3. Иодоводород $HI$ реагирует с бромом окислительно-восстановительно: $2HI + Br_2 \rightarrow I_2 + 2HBr$. Выделяющийся свободный иод придаёт раствору тёмную (бурую) окраску — признак 2. В = 2.

Шаг 4. Анилин — ароматический амин, легко вступает в реакцию замещения с бромной водой по кольцу, активированному аминогруппой: образуется 2,4,6-триброманилин, выпадающий в виде белого осадка. Признак 3. Г = 3.

Итоговый ответ: 1123.

Пример 3. Установите соответствие между парой веществ и реагентом, позволяющим различить их растворы: А) $KCl$, $HCl$; Б) $NH_4Br$, $NH_4NO_3$; В) $KOH$, $K_2S$; Г) $NH_4NO_3$, $KNO_3$. Реагенты: 1) фенолфталеин; 2) $Na_2CO_3$; 3) хлорная вода; 4) $NaOH$; 5) $Ag$ (металл).

Шаг 1. Пара $KCl$ и $HCl$: различие в наличии свободного катиона водорода. Карбонат натрия с $HCl$ вызывает бурное выделение газа (вскипание): $Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$, а с $KCl$ реакции нет. Это наглядный и однозначный признак — реагент 2 подходит. А = 2.

Шаг 2. Пара $NH_4Br$ и $NH_4NO_3$: общий катион аммония, различие — в анионе (бромид против нитрата). Хлорная вода окисляет бромид-ион до свободного брома: $2NH_4Br + Cl_2 \rightarrow 2NH_4Cl + Br_2$, при этом раствор окрашивается в жёлто-бурый цвет, а с нитратом реакции нет. Реагент — хлорная вода, вариант 3. Б = 3.

Шаг 3. Пара $KOH$ и $K_2S$: щёлочь и сульфид калия. Хлорная вода окисляет сульфид-ион до свободной серы (помутнение раствора, выпадение осадка): $K_2S + Cl_2 \rightarrow 2KCl + S\downarrow$, а с $KOH$ хлорная вода реагирует иначе, без образования характерного осадка в тех же условиях наблюдения. Значит различие тоже видно с хлорной водой — вариант 3. В = 3.

Шаг 4. Пара $NH_4NO_3$ и $KNO_3$: общий анион нитрат, различие — катион аммония. При добавлении щёлочи $NaOH$ и нагревании из соли аммония выделяется газообразный аммиак с характерным резким запахом: $NH_4NO_3 + NaOH \xrightarrow{t} NaNO_3 + NH_3\uparrow + H_2O$, с $KNO_3$ реакции нет. Реагент — $NaOH$, вариант 4. Г = 4.

Итоговый ответ: 2334.

Типичные ошибки и ловушки

• Путают реакцию альдегидов с $Cu(OH)_2$ (красный осадок при нагревании) с реакцией многоатомных спиртов (синий раствор без нагревания) — важно помнить условия проведения реакции, а не только реагент.
• Забывают, что бромная вода обесцвечивается не только непредельными соединениями, но и восстановителями (сернистый газ, альдегиды, иодоводород) за счёт окислительно-восстановительных, а не аддитивных процессов.
• Не учитывают, что признак «появление тёмной окраски» и «обесцвечивание» — принципиально разные исходы одной и той же по типу реакции (в зависимости от того, что происходит с самим бромом и с продуктом окисления).
• При различении пар веществ выбирают реагент, который реагирует с обоими веществами пары одинаково — тогда различить их невозможно, и такой вариант неверен.
• Забывают про «лишний» вариант в списке ответов и пытаются искусственно подогнать под него одну из букв.
• Путают цвета осадков и растворов солей: например, путают жёлтый осадок $AgI$ с бледно-жёлтым $AgBr$ и белым $AgCl$.
• Не проверяют, является ли реакция качественной именно для указанного иона/группы, а не для похожего по формуле вещества.

Как готовиться

Составь таблицу-шпаргалку по каждому классу неорганических ионов (катионы металлов, анионы кислотных остатков) и органических функциональных групп (спирты, альдегиды, кислоты, фенолы, амины, углеводы, белки), указав для каждого: реагент, наблюдаемый эффект, уравнение реакции. Такая таблица помогает не запоминать разрозненные факты, а видеть систему.

Регулярно решай тренировочные варианты именно на задание 24, отдельно фиксируя те пары «вещество — признак», которые вызвали затруднение. Повторяй их через несколько дней, чтобы закрепить в долговременной памяти.

При разборе своих ошибок всегда записывай полное уравнение реакции — это тренирует понимание химизма процесса, а не механическое запоминание. Так проще будет распознать признак реакции даже для вещества, которое раньше не встречалось в такой формулировке.

Обрати особое внимание на реакции с несколькими возможными исходами в зависимости от условий (концентрация реагента, нагревание, избыток или недостаток) — именно такие случаи чаще всего используются составителями заданий как ловушки.