Задание 5 ЕГЭ по химии: классификация и номенклатура неорганических веществ

Что проверяет задание

Задание 5 проверяет умение соотносить название неорганического вещества с его формулой и правильно определять, к какому классу оно относится: оксид (основный, кислотный, амфотерный, несолеобразующий), кислота (одноосновная, двухосновная, трёхосновная; сильная или слабая), основание (щёлочь или нерастворимое основание) либо амфотерный гидроксид. По сути это проверка номенклатуры неорганической химии и знания периодических закономерностей изменения свойств элементов в зависимости от степени окисления.

Особенность задания в том, что информация может быть дана словами (названиями по международной или русской номенклатуре) либо формулами, а иногда — вперемешку. Значит, нужно уверенно переводить названия в формулы и обратно, не путая гидроксиды неметаллов (которые на самом деле кислоты) с гидроксидами металлов (основаниями или амфотерными соединениями).

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка: дан список из 9 названий (или формул) веществ, пронумерованных от 1 до 9. Нужно распределить их по трём категориям, обозначенным буквами А, Б, В (например: одноосновная кислота, трёхосновная кислота, основный гидроксид), и записать номера подходящих веществ под каждой буквой. Ответ записывается тремя цифрами без пробелов, в порядке А-Б-В.

Задание оценивается максимум в 2 балла: полностью верный ответ — 2 балла, если допущена одна ошибка (неверно указана одна буква из трёх) — 1 балл, если ошибок больше — 0 баллов. Никаких развёрнутых пояснений не требуется, достаточно верной комбинации цифр, но получить её без понимания химии практически невозможно — угадать три цифры из девяти вариантов почти нереально.

Что нужно знать

• Классы неорганических веществ: оксиды, основания, кислоты, амфотерные гидроксиды, соли.
• Оксид — соединение элемента с кислородом в степени окисления $-2$; общая формула $\text{Э}_x\text{O}_y$.
• Основные оксиды образуют типичные металлы в низких степенях окисления: $\text{Li}_2\text{O}$, $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{CaO}$, $\text{SrO}$, $\text{BaO}$, $\text{FeO}$ (степень окисления $+2$ у большинства переходных металлов, кроме исключений).
• Кислотные оксиды образуют неметаллы и металлы в высоких степенях окисления: $\text{SO}_3$, $\text{CO}_2$, $\text{N}_2\text{O}_5$, $\text{P}_2\text{O}_5$, $\text{CrO}_3$, $\text{Mn}_2\text{O}_7$.
• Амфотерные оксиды: $\text{ZnO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{BeO}$, $\text{Cr}_2\text{O}_3$, $\text{Fe}_2\text{O}_3$, $\text{PbO}$, $\text{SnO}$, $\text{MnO}_2$ и некоторые оксиды переходных металлов в промежуточных степенях окисления.
• Несолеобразующие оксиды: $\text{CO}$, $\text{NO}$, $\text{N}_2\text{O}$ — не образуют ни кислот, ни солей при взаимодействии с водой, кислотами или основаниями.
• Правило зависимости характера оксида/гидроксида от степени окисления элемента: чем выше степень окисления, тем сильнее выражены кислотные свойства. Обычно $+1$ и $+2$ — основные свойства, $+3$ и $+4$ у переходных металлов часто амфотерность, $+5$, $+6$, $+7$ — кислотные свойства.
• Исключения из правила по степени окисления: цинк, бериллий, свинец(II), олово(II) образуют амфотерные гидроксиды и оксиды даже при степени окисления $+2$: $\text{Zn(OH)}_2$, $\text{Be(OH)}_2$, $\text{Pb(OH)}_2$, $\text{Sn(OH)}_2$.
• Гидроксид неметалла в высшей степени окисления соответствует кислороду и водороду в форме кислоты. Например, «гидроксид серы(VI)» — это $\text{H}_2\text{SO}_4$, «гидроксид азота(V)» — $\text{HNO}_3$, «гидроксид фосфора(V)» — $\text{H}_3\text{PO}_4$, «гидроксид хрома(VI)» — $\text{H}_2\text{CrO}_4$.
• Основность кислоты — число атомов водорода, способных замещаться на металл (то есть реально диссоциирующих как кислотные, а не связанных напрямую с центральным атомом). У $\text{H}_3\text{PO}_4$ основность 3, у $\text{H}_2\text{SO}_4$ — 2, у $\text{HNO}_3$ — 1.
• Особый случай: фосфористая кислота $\text{H}_3\text{PO}_3$ содержит формально три атома водорода, но по строению один из них связан непосредственно с атомом фосфора и не диссоциирует — реальная основность кислоты равна 2.
• Сильные кислоты (диссоциируют практически полностью): $\text{HCl}$, $\text{HBr}$, $\text{HI}$, $\text{HNO}_3$, $\text{H}_2\text{SO}_4$, $\text{HClO}_4$, $\text{HMnO}_4$, $\text{H}_2\text{CrO}_4$.
• Слабые кислоты: $\text{H}_2\text{CO}_3$, $\text{H}_2\text{SO}_3$, $\text{H}_2\text{S}$, $\text{HNO}_2$, $\text{HF}$, $\text{H}_3\text{PO}_4$ (кислота средней силы, условно относят к слабым), $\text{CH}_3\text{COOH}$.
• Щёлочи — растворимые в воде основания: гидроксиды щелочных и щёлочноземельных металлов ($\text{LiOH}$, $\text{NaOH}$, $\text{KOH}$, $\text{Ca(OH)}_2$, $\text{Sr(OH)}_2$, $\text{Ba(OH)}_2$).
• Нерастворимые основания: $\text{Mg(OH)}_2$, $\text{Fe(OH)}_2$, $\text{Cu(OH)}_2$ и большинство гидроксидов металлов, кроме щелочных и щёлочноземельных.

Методы решения

Метод 1. Определение типа оксида по степени окисления элемента. Смотрим на степень окисления в названии в скобках. Если это типичный металл и степень окисления низкая ($+1$, $+2$) — оксид основный. Если неметалл или металл в высокой степени окисления — кислотный. Пример: оксид хрома(VI) — степень окисления $+6$, это $\text{CrO}_3$, кислотный оксид.

Метод 2. Перевод названия гидроксида неметалла в формулу кислоты. Записываем формулу оксида по степени окисления, затем прибавляем воду и упрощаем формулу до стандартного вида кислоты. Пример: «гидроксид серы(VI)» → оксид $\text{SO}_3$ → присоединяем воду → $\text{H}_2\text{SO}_4$ — серная кислота, сильная, двухосновная.

Метод 3. Подсчёт основности кислоты по структуре, а не только по числу атомов водорода в формуле. Считаем количество кислотных атомов водорода (связанных с кислородом, а не с центральным атомом напрямую). Пример: в формуле $\text{H}_3\text{PO}_3$ формально три атома H, но реальная основность — 2, так как один водород связан с фосфором.

Метод 4. Проверка по списку исключений амфотерности. Если элемент — цинк, бериллий, алюминий, хром(III), свинец(II) или олово(II), гидроксид или оксид амфотерный независимо от общего правила по степени окисления. Пример: гидроксид свинца(II), хотя степень окисления всего $+2$, является амфотерным гидроксидом $\text{Pb(OH)}_2$, а не основным.

Метод 5. Сопоставление силы кислоты/основания по таблице сильных электролитов. Если кислота есть в списке сильных (перечислены выше), значит она сильная; если её там нет — слабая. Пример: $\text{H}_2\text{SO}_4$ есть в списке сильных кислот — значит, это сильная кислота.

Алгоритм решения по шагам

1. Прочитать список веществ и для каждого названия (если дано название) записать формулу, используя степень окисления элемента, указанную в скобках.
2. Определить класс каждого вещества: оксид, кислота, основание или амфотерный гидроксид.
3. Для оксидов и гидроксидов металлов определить характер (основный, кислотный, амфотерный, несолеобразующий), учитывая степень окисления и список исключений.
4. Для кислот определить основность, считая реальные кислотные атомы водорода, и силу кислоты по таблице сильных электролитов.
5. Сопоставить каждое вещество с требуемыми в задании категориями А, Б, В.
6. Выбрать номера ячеек, подходящие под каждую букву, и записать их в правильном порядке без пробелов.

Разбор примеров

Пример 1. Даны названия: 1) гидроксид марганца(II), 2) гидроксид хрома(II), 3) гидроксид серы(VI), 4) гидроксид лития, 5) гидроксид азота(III), 6) гидроксид стронция, 7) гидроксид магния, 8) гидроксид фосфора(V), 9) гидроксид цинка. Нужно найти: А) трёхосновную кислоту, Б) сильную кислоту, В) амфотерный гидроксид.

Шаг 1. Переводим названия в формулы. Вещества 3, 5, 8 содержат неметаллы в указанных степенях окисления — это кислоты, а не основания: гидроксид серы(VI) → $\text{H}_2\text{SO}_4$; гидроксид азота(III) → $\text{HNO}_2$; гидроксид фосфора(V) → $\text{H}_3\text{PO}_4$. Остальные — гидроксиды металлов: $\text{Mn(OH)}_2$, $\text{Cr(OH)}_2$, $\text{LiOH}$, $\text{Sr(OH)}_2$, $\text{Mg(OH)}_2$, $\text{Zn(OH)}_2$.

Шаг 2. Ищем трёхосновную кислоту (А). Среди кислот три атома водорода имеет только $\text{H}_3\text{PO}_4$ — вещество 8.

Шаг 3. Ищем сильную кислоту (Б). Из оставшихся кислот $\text{H}_2\text{SO}_4$ — сильная (входит в стандартный список), $\text{HNO}_2$ — слабая. Значит, Б — вещество 3.

Шаг 4. Ищем амфотерный гидроксид (В). Среди гидроксидов металлов $\text{LiOH}$ и $\text{Sr(OH)}_2$ — щёлочи (сильные основания), $\text{Mg(OH)}_2$ — слабое нерастворимое основание, $\text{Mn(OH)}_2$ и $\text{Cr(OH)}_2$ — основания металлов в степени окисления $+2$ (не входят в список исключений амфотерности), а $\text{Zn(OH)}_2$ — классический амфотерный гидроксид (цинк — исключение). Значит, В — вещество 9.

Итоговый ответ: А=8, Б=3, В=9, то есть 839.

Пример 2. Даны названия оксидов: 1) оксид марганца(IV), 2) оксид хрома(III), 3) оксид магния, 4) оксид углерода(II), 5) оксид цинка, 6) оксид алюминия, 7) оксид железа(III), 8) оксид бериллия, 9) оксид хрома(VI). Нужно найти: А) основный оксид, Б) несолеобразующий оксид, В) кислотный оксид.

Шаг 1. Записываем формулы: $\text{MnO}_2$, $\text{Cr}_2\text{O}_3$, $\text{MgO}$, $\text{CO}$, $\text{ZnO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{Fe}_2\text{O}_3$, $\text{BeO}$, $\text{CrO}_3$.

Шаг 2. Ищем основный оксид (А). Магний — типичный металл со степенью окисления $+2$, не входящий в список исключений, поэтому $\text{MgO}$ — основный оксид. Вещество 3.

Шаг 3. Ищем несолеобразующий оксид (Б). Из всего списка только $\text{CO}$ (оксид углерода(II)) относится к несолеобразующим оксидам — он не реагирует ни с кислотами, ни со щелочами с образованием солей. Вещество 4.

Шаг 4. Ищем кислотный оксид (В). Хром в степени окисления $+6$ образует кислотный оксид $\text{CrO}_3$ (высшая степень окисления металла даёт кислотные свойства). Вещество 9.

Оставшиеся оксиды — $\text{MnO}_2$, $\text{Cr}_2\text{O}_3$, $\text{ZnO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{Fe}_2\text{O}_3$, $\text{BeO}$ — амфотерные, они не подходят ни под одну из трёх категорий и не рассматриваются.

Итоговый ответ: А=3, Б=4, В=9, то есть 349.

Пример 3. Даны названия: 1) гидроксид хрома(III), 2) гидроксид хрома(II), 3) гидроксид хрома(VI), 4) гидроксид азота(V), 5) фосфористая кислота, 6) гидроксид алюминия, 7) гидроксид свинца(II), 8) ортофосфорная кислота, 9) гидроксид бериллия. Нужно найти: А) одноосновную кислоту, Б) трёхосновную кислоту, В) основный гидроксид.

Шаг 1. Определяем формулы и классы. Гидроксид хрома(III) — $\text{Cr(OH)}_3$, амфотерный гидроксид (хром в степени окисления $+3$ — классическое исключение). Гидроксид хрома(II) — $\text{Cr(OH)}_2$, металл в низкой степени окисления $+2$, не входит в список амфотерных исключений — основный гидроксид. Гидроксид хрома(VI) — соответствует кислотному оксиду $\text{CrO}_3$, при присоединении воды даёт кислоту $\text{H}_2\text{CrO}_4$ — двухосновная сильная кислота. Гидроксид азота(V) — неметалл в высшей степени окисления, соответствует $\text{HNO}_3$ — одноосновная сильная кислота. Фосфористая кислота — $\text{H}_3\text{PO}_3$, формально три атома водорода, но реальная основность — 2 (один атом H связан напрямую с фосфором). Ортофосфорная кислота — $\text{H}_3\text{PO}_4$, трёхосновная кислота средней силы. Гидроксид алюминия — $\text{Al(OH)}_3$, амфотерный (алюминий — классическое исключение). Гидроксид свинца(II) — $\text{Pb(OH)}_2$, амфотерный, несмотря на степень окисления $+2$ (свинец входит в список исключений). Гидроксид бериллия — $\text{Be(OH)}_2$, амфотерный (бериллий — исключение).

Шаг 2. Ищем одноосновную кислоту (А). Это $\text{HNO}_3$ — вещество 4.

Шаг 3. Ищем трёхосновную кислоту (Б). Ортофосфорная кислота $\text{H}_3\text{PO}_4$ действительно трёхосновная — вещество 8. Фосфористая кислота сюда не подходит, так как её реальная основность равна 2, а не 3 — это ловушка задания.

Шаг 4. Ищем основный гидроксид (В). Единственный гидроксид металла, не относящийся к амфотерным и не являющийся щёлочью или кислотой — это $\text{Cr(OH)}_2$, вещество 2.

Итоговый ответ: А=4, Б=8, В=2, то есть 482.

Типичные ошибки и ловушки

• Путают названия «гидроксид элемента(степень окисления)» для неметаллов с обычными основаниями. Если элемент — неметалл (сера, азот, фосфор, хлор, хром в высокой степени окисления), это всегда кислота, а не основание.
• Забывают про исключения из общего правила зависимости характера оксида/гидроксида от степени окисления: цинк, бериллий, алюминий, свинец(II), олово(II), хром(III) образуют амфотерные соединения, даже если степень окисления невысокая.
• Считают основность кислоты по числу атомов водорода в формуле механически, не проверяя структуру. Классическая ловушка — фосфористая кислота $\text{H}_3\text{PO}_3$, у которой реальная основность равна 2, а не 3.
• Путают понятия «сила кислоты» (способность полностью диссоциировать) и «основность» (число замещаемых атомов водорода) — это разные характеристики, и задание может спрашивать про одну из них.
• Ошибочно относят амфотерные оксиды/гидроксиды к основным или кислотным только на основании степени окисления металла, не проверяя список исключений.
• Путают несолеобразующие оксиды с кислотными или амфотерными — таких оксидов немного ($\text{CO}$, $\text{NO}$, $\text{N}_2\text{O}$), их стоит просто запомнить.

Как готовиться

Составьте таблицу-шпаргалку с тремя столбцами: элемент, характерные степени окисления, тип оксида/гидроксида при каждой степени окисления. Отдельно выпишите список элементов-исключений, дающих амфотерные соединения (цинк, бериллий, алюминий, свинец(II), олово(II), хром(III)) — их нужно знать наизусть, без раздумий.

Выучите список сильных кислот и щелочей — он небольшой, и вопросы про силу электролита почти всегда опираются именно на него. Отдельно отработайте кислоты-исключения по основности: фосфористую $\text{H}_3\text{PO}_3$ и фосфорноватистую $\text{H}_3\text{PO}_2$ (у последней основность равна 1).

Потренируйтесь переводить названия гидроксидов неметаллов в формулы кислот: запишите оксид по степени окисления, мысленно присоедините воду, приведите формулу к стандартному виду. Сделайте это упражнение на всех неметаллах из таблицы Менделеева, которые часто встречаются в заданиях: сера, азот, фосфор, хлор, хром, марганец.

Решайте побольше однотипных заданий из открытого банка ФИПИ и разбирайте каждую ошибку — обычно она связана с одним из перечисленных выше исключений или путаницей в терминах. Финальная проверка перед экзаменом — самостоятельно за 5–10 минут воспроизвести всю таблицу-шпаргалку по памяти.