Задание 25 ЕГЭ по химии: лаборатория, металлургия, экология, полимеры

Что проверяет задание

Задание 25 проверяет умение соотносить теоретические знания о химических процессах, лабораторном оборудовании, промышленных технологиях и материалах с их практическим применением. В отличие от расчётных задач, здесь не нужно ничего вычислять — требуется установить логическую связь между понятиями из разных областей химии: лабораторная практика, металлургия, экология, повседневная жизнь и полимерная химия.

Задание построено по принципу соответствия: даётся два столбца — например, «процесс» и «название», «прибор» и «назначение», «вещество» и «область применения». Нужно правильно сопоставить каждую позицию левого столбца с одной из позиций правого. Это задание проверяет не глубину расчётных навыков, а широту и точность фактических знаний по прикладной химии.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка: «Установите соответствие между... и... : к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой». В левом столбце обычно четыре позиции (А, Б, В, Г), в правом — пять вариантов, один из которых лишний (дистрактор).

Ответ записывается в виде последовательности из четырёх цифр без пробелов, каждая цифра соответствует букве в порядке А, Б, В, Г. За полностью верный ответ даётся 2 балла, за одну ошибку — 1 балл, за две и более ошибки — 0 баллов. Это задание базового или повышенного уровня сложности, время на его выполнение обычно не превышает 2–3 минут при хорошем знании теории.

Что нужно знать

• Лабораторная посуда и её назначение: пипетка — отбор точного объёма жидкости; бюретка — титрование (точное дозирование раствора по каплям); мерная колба — приготовление раствора точной концентрации; делительная воронка — разделение несмешивающихся жидкостей; колба Вюрца — перегонка (составная часть перегонного аппарата с отводной трубкой); воронка для фильтрования — отделение осадка от раствора.
• Методы разделения смесей: фильтрование — отделение нерастворимого твёрдого вещества от жидкости; выпаривание/кристаллизация — выделение растворённого твёрдого вещества; перегонка (дистилляция) — разделение смеси жидкостей с разными температурами кипения; фракционная перегонка — разделение смеси нескольких жидкостей, близких по свойствам (например, нефти); делительная воронка — разделение несмешивающихся жидкостей по плотности; действие магнитом — отделение железа и его сплавов от немагнитных веществ; отстаивание — разделение по разной плотности при длительном покое.
• Основные химические процессы нефтепереработки: крекинг — термическое или каталитическое расщепление крупных молекул углеводородов на более мелкие ($C_{16}H_{34} \rightarrow C_8H_{18} + C_8H_{16}$); риформинг — превращение алканов и циклоалканов в ароматические углеводороды для повышения октанового числа; гидрирование (гидрогенизация) — присоединение водорода к кратным связям ($CH_2{=}CH_2 + H_2 \rightarrow CH_3{-}CH_3$); гидратация — присоединение воды к непредельным соединениям ($CH_2{=}CH_2 + H_2O \rightarrow C_2H_5OH$); коксование каменного угля — нагревание без доступа воздуха с получением кокса, каменноугольной смолы и газа.
• Металлургические процессы: пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высокой температуре (например, доменный процесс: $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$); гидрометаллургия — извлечение металла из руды через промежуточный раствор соли; электрометаллургия — получение металлов электролизом расплавов или растворов (например, алюминий из расплава $Al_2O_3$ в криолите).
• Загрязнение окружающей среды: кислотные дожди связаны с оксидами серы и азота ($SO_2$, $SO_3$, $NO_x$); парниковый эффект — с накоплением $CO_2$ и метана; разрушение озонового слоя — с фреонами (хлорфторуглеродами); смог — с выбросами оксидов азота и углеводородов при солнечном свете.
• Полимеры: реакция полимеризации — соединение мономеров без выделения побочных продуктов (полиэтилен, полипропилен, каучук); реакция поликонденсации — соединение мономеров с выделением низкомолекулярного продукта, чаще воды (нейлон, лавсан, фенолформальдегидные смолы); термопласты размягчаются при нагревании обратимо, реактопласты — необратимо разлагаются.
• Применение веществ в быту, медицине и сельском хозяйстве: пищевая сода $NaHCO_3$ — в кулинарии и медицине как антацид; перманганат калия $KMnO_4$ — антисептик; аммиачная селитра $NH_4NO_3$ — азотное удобрение; хлорид натрия — консервант и электролит.

Методы решения

Метод 1. Сопоставление по ключевому слову-маркеру. В формулировке процесса часто есть слово, однозначно указывающее на явление. Например, «присоединение водорода» — это всегда гидрирование, а «присоединение воды» — гидратация. Мини-пример: если в условии написано «превращение тяжёлых углеводородов в лёгкие путём разложения», сразу вспоминаем — это крекинг, а не риформинг (риформинг меняет структуру, а не расщепляет цепь).

Метод 2. Ассоциация прибора с типовой лабораторной операцией. Каждый прибор лаборатории закреплён за одной классической операцией из школьного курса. Бюретка — только титрование, пипетка — только отбор определённого объёма, делительная воронка — только разделение жидкостей. Мини-пример: «прибор для точного дозирования раствора по каплям при определении концентрации» — это бюретка, а не пипетка, так как пипетка отбирает фиксированный объём, а бюретка позволяет точно фиксировать объём, слитый по каплям.

Метод 3. Анализ физических свойств смеси для выбора способа разделения. Нужно определить: смесь жидкостей или жидкость с твёрдым веществом; смешиваются ли компоненты; отличаются ли по плотности, магнитным свойствам или температуре кипения. Мини-пример: смесь воды и растительного масла (не смешиваются, разная плотность) — делительная воронка; смесь речного песка и воды — фильтрование.

Метод 4. Классификация по типу химической реакции получения полимера. Если в мономере есть кратная связь (алкен, диен) и полимер получают без побочных продуктов — это полимеризация. Если реакция идёт между функциональными группами (кислота и спирт, диамин и дикислота) с выделением воды — это поликонденсация. Мини-пример: получение капрона из капролактама — поликонденсация (или полимеризация циклического мономера с раскрытием цикла, в зависимости от формулировки), получение полиэтилена из этилена — полимеризация.

Метод 5. Привязка загрязнителя к конкретному экологическому эффекту. Каждому виду загрязнения соответствует определённый газ или вещество: $SO_2$ и $NO_2$ — кислотные дожди, $CO_2$ и $CH_4$ — парниковый эффект, фреоны — разрушение озонового слоя. Мини-пример: «выброс диоксида серы промышленными предприятиями приводит к...» — образованию кислотных дождей через $SO_2 + H_2O \rightarrow H_2SO_3$, а затем окислению до $H_2SO_4$.

Алгоритм решения по шагам

1. Прочитать оба столбца целиком, прежде чем сопоставлять первую позицию — это позволяет заметить общий контекст задания (лаборатория, металлургия, экология или полимеры).
2. Определить тему задания по формулировкам: если упоминаются приборы — это лабораторная посуда; если реакции с углеводородами — нефтепереработка; если вещества и явления окружающей среды — экология.
3. Для каждой буквы левого столбца найти ключевое слово или признак, однозначно указывающий на процесс или объект (например, «присоединение», «разложение», «магнит», «несмешивающиеся»).
4. Сопоставить найденный признак с определением из правого столбца, исключая уже использованные варианты (обычно каждая цифра используется один раз, но в правом столбце на один вариант больше — это лишний элемент).
5. Проверить логическую согласованность всей цепочки: не осталось ли повторяющихся цифр там, где это не предусмотрено условием, и соответствует ли смысл каждой пары.
6. Записать ответ в виде четырёх цифр подряд без пробелов и разделителей в порядке А, Б, В, Г.
7. Перепроверить наиболее сомнительную пару последней — часто ошибка допускается именно в одной позиции, а остальные определяются легко.

Разбор примеров

Пример 1. Условие: установить соответствие между процессом и его названием. Процессы: А) присоединение воды к непредельным соединениям; Б) присоединение водорода к непредельным соединениям с получением предельных соединений; В) термическое или каталитическое разложение тяжёлых углеводородов; Г) переработка каменного угля. Названия: 1) гидратация; 2) гидрирование; 3) крекинг; 4) коксование; 5) деазотирование.

Шаг 1. Разбираем позицию А: «присоединение воды» — это реакция гидратации, общая формула $C_nH_{2n} + H_2O \rightarrow C_nH_{2n+1}OH$. Значит, А соответствует 1.

Шаг 2. Позиция Б: «присоединение водорода к непредельным соединениям» — это гидрирование, например, $CH_2{=}CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3{-}CH_3$. Значит, Б соответствует 2.

Шаг 3. Позиция В: «термическое или каталитическое разложение тяжёлых углеводородов» — классическое определение крекинга, применяемого для получения бензиновых фракций из тяжёлой нефти: $C_{16}H_{34} \rightarrow C_8H_{18} + C_8H_{16}$. Значит, В соответствует 3.

Шаг 4. Позиция Г: «переработка каменного угля» без доступа воздуха при высокой температуре — это коксование, в результате которого получают кокс, каменноугольную смолу и коксовый газ. Значит, Г соответствует 4.

Вариант 5 (деазотирование) остаётся неиспользованным — это лишний элемент, что подтверждает правильность распределения остальных четырёх пар.

Итоговый ответ: 1234.

Пример 2. Условие: установить соответствие между лабораторной ёмкостью и её назначением. Ёмкости: А) пипетка; Б) бюретка; В) делительная воронка; Г) колба Вюрца. Назначения: 1) составная часть прибора для перегонки; 2) разделение не смешивающихся жидкостей; 3) разбавление растворов кислот; 4) отбор раствора определённого объёма; 5) титрование.

Шаг 1. Пипетка (А) предназначена для точного отбора определённого объёма жидкости или раствора — это соответствует пункту 4.

Шаг 2. Бюретка (Б) — узкий градуированный сосуд с краном, используемый для точного дозирования раствора по каплям при титровании, что соответствует пункту 5.

Шаг 3. Делительная воронка (В) применяется для разделения двух несмешивающихся жидкостей разной плотности (например, воды и органического растворителя) — это пункт 2.

Шаг 4. Колба Вюрца (Г) — специальная колба с боковым отводом, являющаяся составной частью установки для перегонки жидкостей — это пункт 1.

Вариант 3 (разбавление кислот) не используется — это лишний элемент, так как для разбавления кислот обычно применяют мерный цилиндр или мерную колбу, а не перечисленную здесь посуду.

Итоговый ответ: 4521.

Пример 3. Условие: установить соответствие между смесью и способом её разделения. Смеси: А) воды и октана; Б) воды и карбоната кальция; В) железа и меди; Г) гексана и бензола. Способы: 1) фракционная перегонка; 2) с помощью делительной воронки; 3) с помощью магнита; 4) фильтрование; 5) перемешивание.

Шаг 1. Вода и октан (А) — это две несмешивающиеся жидкости с разной плотностью (октан легче воды и не растворяется в ней), поэтому их разделяют делительной воронкой — пункт 2.

Шаг 2. Вода и карбонат кальция (Б) — смесь жидкости и нерастворимого твёрдого вещества ($CaCO_3$ практически не растворяется в воде), поэтому применяется фильтрование — пункт 4.

Шаг 3. Железо и медь (В) — смесь двух твёрдых веществ, при этом железо обладает магнитными свойствами, а медь — нет, поэтому разделение проводят с помощью магнита — пункт 3.

Шаг 4. Гексан и бензол (Г) — обе жидкости смешиваются друг с другом (родственные органические растворители), но имеют разные температуры кипения (гексан кипит при 69 °C, бензол — при 80 °C), поэтому их разделяют фракционной перегонкой — пункт 1.

Вариант 5 (перемешивание) не используется — это лишний элемент, так как перемешивание применяется для получения смеси, а не для её разделения.

Итоговый ответ: 2431.

Типичные ошибки и ловушки

• Путаница между похожими по звучанию терминами: гидрирование (присоединение водорода) и гидратация (присоединение воды) — их легко перепутать при беглом чтении, нужно чётко фиксировать, какой элемент присоединяется.
• Ошибочное отнесение крекинга к процессам с участием катализатора без разложения молекулы — важно помнить, что крекинг обязательно связан с расщеплением крупной молекулы на более мелкие, а не с изменением структуры без разрыва цепи (это риформинг).
• Путаница между пипеткой и бюреткой: пипетка отбирает фиксированный заранее известный объём, бюретка позволяет отмерять произвольный объём по каплям в процессе титрования.
• Неверный выбор способа разделения для смесей жидкостей: если жидкости не смешиваются — делительная воронка; если смешиваются, но кипят при разных температурах — перегонка (простая или фракционная в зависимости от числа компонентов и близости температур кипения).
• Забывание о лишнем элементе в правом столбце: часто ученики пытаются задействовать все пять вариантов ответа, хотя один из них заведомо не подходит ни к одной позиции — это нормально и предусмотрено структурой задания.
• Механическое заучивание пар без понимания сути процесса: при небольшом изменении формулировки (например, замена «непредельных» на «предельных») правильный ответ может смениться, поэтому важно понимать физико-химический смысл, а не запоминать готовые цепочки цифр.
• Ошибки при переносе ответа: важно записывать цифры строго в порядке А-Б-В-Г, а не в порядке, в котором были найдены соответствия.

Как готовиться

Эффективная подготовка к заданию 25 строится на систематизации фактов, а не на решении однотипных задач. Полезно завести отдельный конспект-таблицу по четырём блокам: лабораторное оборудование и его функции, промышленные и металлургические процессы с формулами реакций, экологические проблемы и связанные с ними вещества, классификация полимеров по способу получения и свойствам.

Для лабораторной посуды стоит нарисовать или найти изображения приборов и подписать назначение каждого — зрительная память здесь работает лучше текстового запоминания. Для металлургии и нефтепереработки полезно выписать основные процессы (крекинг, риформинг, коксование, гидрирование, гидратация, пиро-, гидро- и электрометаллургия) вместе с характерными уравнениями реакций, чтобы формулы служили опорой для запоминания смысла процесса.

По теме экологии стоит составить таблицу «загрязнитель — эффект — источник», куда войдут кислотные дожди, парниковый эффект, разрушение озонового слоя и смог, с указанием конкретных химических веществ, ответственных за каждое явление.

При изучении полимеров важно чётко разграничивать полимеризацию и поликонденсацию, приводя на каждый тип реакции по два-три классических примера (полиэтилен, полипропилена, каучуки — полимеризация; лавсан, найлон, белки — поликонденсация), а также помнить о делении на термопласты и реактопласты.

После изучения теории необходимо решить как можно больше заданий формата 25 из разных источников — тренировочных вариантов и сборников, чтобы отработать скорость сопоставления и научиться быстро находить ключевые слова-маркеры в формулировках. Регулярное повторение составленных таблиц перед экзаменом закрепит фактические знания и снизит риск ошибок из-за спешки при чтении условия.