Задание 6 ЕГЭ по химии: свойства оснований, амфотерных гидроксидов, кислот и солей

Что проверяет задание

Задание 6 проверяет умение предсказывать поведение веществ в растворе: какие соли, кислоты и основания взаимодействуют друг с другом, какие продукты образуются и по каким внешним признакам (цвет осадка, его растворение в избытке реагента, выделение газа) можно установить исходные вещества. По сути, это задание на реакции ионного обмена и на распознавание амфотерных гидроксидов среди типичных нерастворимых оснований.

В основе задания — три химических явления: диссоциация электролитов на ионы, условия протекания реакций обмена (образование осадка, газа или слабого электролита) и специфическое свойство амфотерных гидроксидов растворяться в избытке щёлочи. Проверяется не расчёт, а логика и знание фактов: таблица растворимости, цвета характерных осадков, список амфотерных гидроксидов.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка: «В пробирку с раствором вещества X добавили раствор вещества Y. В результате реакции наблюдалось явление (образовался осадок, выделился газ, осадок растворился и т. д.). Из предложенного перечня выберите вещества X и Y». Даётся перечень из пяти формул, из которых нужно выбрать ровно два — на роль X и на роль Y, соблюдая порядок, заданный условием.

Ответ записывается как двузначное число без пробелов: первая цифра — номер вещества X, вторая — номер вещества Y. Порядок важен, потому что в описании чётко указано, что добавляют к чему (это влияет на то, у кого реагент в избытке).

За задание дают 2 балла: 2 балла — если оба элемента ответа (цифры X и Y) верны и стоят на своих местах, 1 балл — если верна только одна цифра из двух, 0 баллов — если обе цифры неверны или переставлены местами. Поэтому важно не только подобрать пару веществ, но и правильно распределить, кто X, а кто Y.

Что нужно знать

• Кислота — электролит, при диссоциации которого образуются катионы водорода $H^+$ и анионы кислотного остатка: $HCl \to H^+ + Cl^-$.
• Основание — электролит, при диссоциации которого образуются катионы металла и гидроксид-анионы: $NaOH \to Na^+ + OH^-$.
• Амфотерный гидроксид проявляет свойства и кислоты, и основания: реагирует и с кислотами, и со щелочами. Основные амфотерные гидроксиды: $Zn(OH)_2$, $Al(OH)_3$, $Cr(OH)_3$, $Be(OH)_2$, $Sn(OH)_2$, $Pb(OH)_2$, $Fe(OH)_3$ (частично).
• Реакция амфотерного гидроксида с избытком щёлочи даёт растворимый гидроксокомплекс: $$Zn(OH)_2 + 2NaOH \to Na_2[Zn(OH)_4]$$ $$Al(OH)_3 + NaOH \to Na[Al(OH)_4]$$
• Реакция обмена идёт до конца, если образуется осадок, газ или слабый электролит (в первую очередь вода): $$AgNO_3 + NaCl \to AgCl\downarrow + NaNO_3$$ $$Na_2CO_3 + 2HCl \to 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$$
• Таблица растворимости — обязательный инструмент: все нитраты и щёлочи растворимы; большинство сульфидов, кроме сульфидов щелочных и щёлочноземельных металлов, нерастворимы; карбонаты (кроме щелочных металлов и аммония) нерастворимы; сульфаты бария, свинца, кальция малорастворимы.
• Характерные цвета осадков нужно знать наизусть:
• $Fe(OH)_3$ — красно-бурый;
• $Fe(OH)_2$ — зеленоватый (белый с зелёным оттенком, темнеет на воздухе);
• $Cu(OH)_2$ — синий, голубой;
• $Cu(OH)_2$ при нагревании переходит в $CuO$ чёрного цвета;
• $CuS$, $PbS$, $Ag_2S$, $FeS$ — чёрные (или тёмно-серые/бурые) осадки;
• $AgCl$ — белый, $AgBr$ — светло-жёлтый, $AgI$ — жёлтый;
• $BaSO_4$, $CaCO_3$ — белые.
• Сероводород $H_2S$ и растворимые сульфиды осаждают многие тяжёлые металлы в виде тёмных нерастворимых сульфидов — это классическая качественная реакция.
• Ионное уравнение отражает только частицы, реально участвующие в превращении; сильные электролиты записываются в виде ионов, слабые и нерастворимые вещества — в виде молекул или формул осадка/газа.

Методы решения

Метод «осадок растворяется в избытке» — признак амфотерности. Если в условии сказано, что осадок исчезает при добавлении избытка одного из реагентов, значит этот реагент — щёлочь (или кислота), а исходное вещество содержит амфотерный металл. Пример: раствор $ZnCl_2$ + $NaOH$ по каплям даёт осадок $Zn(OH)_2$; при избытке $NaOH$ осадок растворяется до $Na_2[Zn(OH)_4]$.

Метод по цвету осадка — качественная реакция. Если в тексте прямо указан цвет (синий, бурый, чёрный, жёлтый), нужно вспомнить, какое именно вещество даёт такой осадок, и подобрать пару катион–анион. Пример: «раствор становится синим осадком» указывает на $Cu^{2+} + 2OH^- \to Cu(OH)_2\downarrow$ (синий).

Метод «газ через раствор» — образование сульфидов и карбонатов. Если газ пропускают через раствор соли, и образуется осадок определённого цвета, нужно определить, какой газ (обычно $H_2S$ или $CO_2$) и с каким катионом даёт нерастворимое соединение. Пример: $Pb(NO_3)_2 + H_2S \to PbS\downarrow$ (чёрный) $+ 2HNO_3$.

Метод исключения несовместимых пар. Полезно сначала отбросить вещества, которые не могут дать требуемый эффект: например, если нужен осадок, а вещество даёт только растворимую соль при взаимодействии со всеми остальными, его сразу убирают из рассмотрения. Пример: в перечне с $Na_2SO_4$, $KOH$, $HNO_3$ и двумя солями сначала проверяют, какая пара даёт осадок по таблице растворимости, а остальные варианты отбрасывают.

Метод составления полного и краткого ионного уравнения. Когда пара подобрана, стоит явно выписать молекулярное и ионное уравнение — это подтверждает правильность выбора и помогает не ошибиться с порядком X и Y. Пример: $FeCl_3 + 3KOH \to Fe(OH)_3\downarrow + 3KCl$; ионное: $Fe^{3+} + 3OH^- \to Fe(OH)_3\downarrow$.

Алгоритм решения по шагам

1. Внимательно прочитать описание процесса и выделить ключевой признак: осадок, его цвет, растворение осадка в избытке, выделение газа, изменение цвета раствора.
2. Определить, кто добавляется к кому: вещество, в раствор которого что-то приливают — это X, добавляемое вещество — это Y. Если сказано «через раствор X пропустили газ Y», то X — раствор, Y — газ.
3. Просмотреть перечень веществ и сгруппировать их по классам: кислоты, основания, соли, амфотерные гидроксиды.
4. Если в описании есть указание на растворение осадка в избытке реагента — искать среди веществ соль амфотерного металла (X) и щёлочь (Y), либо наоборот в зависимости от контекста.
5. Если указан цвет осадка — вспомнить, какая пара катион–анион даёт именно такой осадок, и проверить её присутствие в перечне.
6. Проверить совместимость выбранной пары с условием: записать молекулярное уравнение реакции и убедиться, что оно даёт именно описанный эффект (осадок нужного цвета, его растворение, выделение газа).
7. Убедиться, что оставшиеся вещества перечня не подходят лучше (исключить альтернативные варианты).
8. Записать ответ в порядке XY строго в соответствии с ролями, установленными на шаге 2.

Разбор примеров

Пример 1. Условие: к раствору X добавили раствор Y, образовался осадок, который растворился в избытке Y. Перечень: 1) $Zn(NO_3)_2$; 2) $HNO_3$; 3) $CuCl_2$; 4) $Na_2SO_4$; 5) $KOH$.

Ключевой признак — осадок растворяется в избытке добавляемого вещества. Это прямое указание на амфотерность: осадок гидроксида металла растворяется в избытке щёлочи. Среди веществ перечня цинк даёт амфотерный гидроксид $Zn(OH)_2$, а среди реагентов есть щёлочь $KOH$. Значит, X — соль цинка (1), Y — щёлочь (5).

Проверка уравнением: сначала небольшое количество щёлочи даёт осадок $$Zn(NO_3)_2 + 2KOH \to Zn(OH)_2\downarrow + 2KNO_3.$$ При избытке $KOH$ осадок растворяется: $$Zn(OH)_2 + 2KOH \to K_2[Zn(OH)_4].$$ Остальные вещества перечня не подходят: $HNO_3$ и $CuCl_2$ не дают амфотерного гидроксида в паре с приведёнными реагентами, $Na_2SO_4$ вообще не образует осадка с щёлочью. Ответ: XY = 15.

Пример 2. Условие: через раствор X пропустили газ Y, образовался осадок тёмного цвета. Перечень: 1) $H_2SO_4$; 2) $H_2S$; 3) $CO_2$; 4) $Pb(NO_3)_2$; 5) $NaOH$.

Ключевой признак — тёмный (чёрный) осадок, образующийся при пропускании газа через раствор. Чёрный осадок при взаимодействии с сероводородом характерен для сульфидов тяжёлых металлов, в частности для свинца: $PbS$ — чёрный. Среди веществ перечня есть соль свинца $Pb(NO_3)_2$ (раствор X) и газ $H_2S$ (Y).

Уравнение реакции: $$Pb(NO_3)_2 + H_2S \to PbS\downarrow + 2HNO_3.$$ Осадок $PbS$ действительно чёрного цвета, что полностью соответствует условию. Другие газы перечня ($CO_2$) с раствором нитрата свинца дают белый, а не чёрный осадок, поэтому не подходят. Ответ: XY = 42.

Пример 3. Условие: к бесцветному раствору X добавили раствор Y, образовался окрашенный осадок. Перечень: 1) $Na_2SO_4$; 2) $AlCl_3$; 3) $KOH$; 4) $Ca(NO_3)_2$; 5) $FeCl_3$.

Ключевые признаки: раствор X — бесцветный, а осадок, образующийся после добавления Y, — окрашенный. Раствор $KOH$ бесцветен, а раствор $FeCl_3$ имеет желтоватую окраску, но условие требует бесцветности именно исходного раствора X, а не Y. Значит X — щёлочь $KOH$ (3), Y — хлорид железа(III) $FeCl_3$ (5).

Уравнение реакции: $$3KOH + FeCl_3 \to Fe(OH)_3\downarrow + 3KCl.$$ Осадок $Fe(OH)_3$ имеет характерный красно-бурый цвет — это и есть искомый «окрашенный осадок». Альтернативные пары не подходят: соли $Na_2SO_4$ и $Ca(NO_3)_2$ с щёлочью не образуют осадка, а $AlCl_3$ со щёлочью в присутствии избытка образует белый (бесцветный) гидроксид алюминия, что не соответствует условию окрашенности. Ответ: XY = 35.

Типичные ошибки и ловушки

• Путают порядок X и Y: важно не то, какие вещества реагируют, а кто добавлен к кому. Перестановка цифр местами превращает верный ответ в частично неверный.
• Принимают любое нерастворимое основание за амфотерное. Амфотерность нужно проверять по конкретному списку элементов ($Zn$, $Al$, $Cr^{3+}$, $Be$, $Sn^{2+}$, $Pb^{2+}$), а не по факту нерастворимости гидроксида.
• Забывают, что растворение осадка в избытке — не любое взаимодействие, а именно образование растворимого комплекса. Например, осадок $Fe(OH)_3$ в избытке щёлочи не растворяется, хотя железо иногда путают с амфотерными металлами.
• Не помнят цвета типичных осадков и путают, например, синий $Cu(OH)_2$ с зеленоватым $Fe(OH)_2$ или бурым $Fe(OH)_3$.
• Игнорируют агрегатное состояние веществ в условии: если сказано «раствор» — вещество должно быть растворимым по таблице растворимости, если «газ» — летучим при обычных условиях ($CO_2$, $H_2S$, $SO_2$, $NH_3$).
• Не проверяют оставшиеся варианты перечня, выбирая первую подходящую пару без сравнения с альтернативами, что иногда приводит к пропуску более точного соответствия условию.
• Забывают, что реакция обмена идёт до конца только при образовании осадка, газа или слабого электролита; если ни одно из этих условий не выполняется, реакция обмена не протекает, и такую пару выбирать нельзя.

Как готовиться

Прежде всего нужно выучить таблицу растворимости солей, кислот и оснований наизусть — без неё невозможно быстро определить, образуется ли осадок. Отдельно стоит составить и повторять список амфотерных гидроксидов с их уравнениями взаимодействия и с кислотами, и со щелочами, включая случаи избытка реагента.

Полезно завести таблицу цветов характерных осадков и веществ (гидроксиды переходных металлов, сульфиды, галогениды серебра, сульфаты и карбонаты бария и кальция) и регулярно её повторять — визуальная память здесь работает лучше, чем механическое запоминание формул. Стоит также прописать несколько раз ионные уравнения самых частых реакций задания: осаждение гидроксидов железа, меди, алюминия, растворение амфотерных гидроксидов в щелочи, образование сульфидов тяжёлых металлов сероводородом.

При тренировке разбирать задания не бегло, а с обязательной записью молекулярного и ионного уравнения — это тренирует не угадывание, а понимание химии процесса. Особое внимание нужно уделить чтению условия: важно чётко выделять, кто является X, а кто Y, и какой именно эффект описан (появление осадка, его исчезновение, изменение цвета, выделение газа). После разбора тренировочных вариантов полезно возвращаться к ошибкам и выяснять, какого именно факта (цвет, амфотерность, растворимость) не хватило для правильного ответа, и закрывать именно этот пробел, а не переписывать всё заново.