Задание 7 ЕГЭ по химии: свойства неорганических веществ — полный разбор

Что проверяет задание

Задание 7 проверяет знание химических свойств неорганических веществ — простых веществ (металлов и неметаллов), кислот, солей, оксидов и оснований. Нужно понимать, с какими классами соединений и конкретными веществами реагирует данное вещество, а с какими — нет. Здесь нет расчётов: важна именно химическая логика — способность веществ к окислительно-восстановительным и обменным реакциям.

Особенность задания в том, что проверяется не единичная реакция, а сразу набор из 2–3 реагентов. Чтобы засчитать соответствие, вещество должно реагировать со всеми компонентами набора одновременно. Это требует уверенного знания свойств веществ по всем разделам школьного курса неорганической химии.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типовая формулировка: «Установите соответствие между веществами и формулами реагентов, с которыми они могут взаимодействовать: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой». Слева даны 4 вещества (буквы А–Г), справа — 6 наборов реагентов (цифры 1–6), из которых нужно выбрать 4 подходящих, каждый набор используется не более одного раза.

Ответ записывается как последовательность из четырёх цифр без пробелов, в порядке букв А, Б, В, Г — например, «2356». Задание оценивается в 2 первичных балла: 2 балла за полностью верный ответ, 1 балл — если допущена ровно одна ошибка (одна цифра не совпала), 0 баллов — при двух и более ошибках.

Что нужно знать

• Ряд активности металлов: $Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Ag, Au$ — определяет, вытесняет ли металл водород из кислот и другие металлы из солей.
• Активные металлы (щелочные, щёлочноземельные) реагируют с водой с выделением водорода: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$.
• Металлы до водорода реагируют с разбавленными кислотами-неокислителями ($HCl$, разб. $H_2SO_4$) с выделением $H_2$; металлы после водорода — не реагируют.
• Концентрированная $H_2SO_4$ и $HNO_3$ любой концентрации — окислители за счёт аниона, водород не выделяют, продукты — $SO_2$, $S$, $H_2S$ или $NO$, $NO_2$, $N_2O$ и т.д.; $Fe$, $Al$, $Cr$ пассивируются холодной концентрированной $H_2SO_4$ и $HNO_3$.
• Галогены — сильные окислители, вытесняют менее активные галогены из их солей: $Cl_2 + 2KI \rightarrow 2KCl + I_2$; реагируют с водой и щелочами по типу диспропорционирования: $Cl_2 + 2KOH \rightarrow KCl + KClO + H_2O$.
• Водород — восстановитель по отношению к неметаллам и оксидам металлов, реагирует с непредельными углеводородами (гидрирование): $C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{кат} C_2H_6$.
• Сера, фосфор — типичные неметаллы средней активности, реагируют с кислородом, металлами, водородом, кислотами-окислителями.
• Правило Бертолле: реакция обмена в растворе идёт до конца, если образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (в том числе вода).
• Кислые соли (например, $NaHSO_4$) проявляют свойства кислот: реагируют со щелочами, солями более слабых кислот, металлами.
• Амфотерные оксиды и гидроксиды реагируют и с кислотами, и со щелочами.
• Оксиды неметаллов в низших степенях окисления ($SO_2$, $P_2O_3$, $CrO$) могут доокисляться кислородом: $2SO_2 + O_2 \xrightarrow{кат} 2SO_3$.
• Литий — единственный щелочной металл, реагирующий с азотом воздуха при обычных условиях: $6Li + N_2 \rightarrow 2Li_3N$.

Методы решения

1. Метод определения класса вещества. Сначала определите, к какому классу относится вещество под буквой — активный металл, неметалл-окислитель, кислая соль, средняя соль, кислота, оксид. Это сразу отсекает неверные направления поиска. Пример: если дано $K_2SO_4$ — это соль сильной кислоты, значит искать нужно обменные реакции с образованием осадка, а не окислительно-восстановительные.

2. Метод «слабого звена» (исключения). Для каждого набора реагентов проверяйте компоненты по очереди, начиная с самого «сомнительного» — того, с которым реакция менее очевидна. Как только находится хотя бы один реагент, не взаимодействующий с данным веществом, весь набор отбрасывается. Пример: набор «$Cu, N_2$» для серы — медь с серой реагирует при нагревании ($Cu + S \rightarrow CuS$), но азот с серой не реагирует, значит набор не подходит.

3. Метод ряда активности для металлов. Сравнивайте положение металла в ряду активности с условиями реакции: реагирует ли он с водой, с кислотами-неокислителями, вытесняет ли другой металл из соли. Пример: $Na$ активно реагирует с разбавленной $H_2SO_4$ (вытесняет водород), а $Cu$ — нет, так как стоит после водорода.

4. Метод правила Бертолле для солей и кислот. Для солей и кислых солей проверяйте, образуется ли при обмене осадок, газ или слабый электролит. Пример: $NaHSO_4 + CH_3COONa \rightarrow Na_2SO_4 + CH_3COOH$ — реакция идёт, так как уксусная кислота слабее серной.

5. Метод окислительно-восстановительной логики. Для простых веществ-окислителей (галогены, кислород, сера) определяйте, может ли вещество окислить партнёра, а для восстановителей (металлы, водород) — может ли оно быть окислено. Пример: бром окисляет иодид-ион, так как бром — более сильный окислитель, чем иод: $Br_2 + 2KI \rightarrow 2KBr + I_2$.

Алгоритм решения по шагам

1. Определите природу каждого вещества под буквами А–Г: простое вещество (металл или неметалл) или сложное (кислота, соль, оксид, основание).
2. Для каждого вещества вспомните 3–4 характерные группы реакций (с чем реагирует принципиально, а с чем — никогда).
3. Переходите к перебору наборов реагентов. Для удобства начинайте с буквы, свойства которой вспоминаются увереннее всего.
4. В каждом наборе проверяйте по очереди все компоненты — все они должны реагировать с данным веществом. Если хотя бы один не реагирует, набор не подходит.
5. Отмечайте подобранный номер и исключайте его из дальнейшего перебора (обычно каждый номер используется только один раз).
6. После того как все четыре буквы получили номер, проверьте согласованность: должно остаться два неиспользованных набора — это нормально, так как наборов 6, а букв 4.
7. Запишите цифры подряд в порядке А, Б, В, Г без разделителей.

Разбор примеров

Пример 1. Вещества: А) $Br_2$; Б) $H_2$; В) $S$; Г) $Na$. Наборы: 1) $H_2SO_4$(разб), $Al$; 2) $KOH, KI$; 3) $C_2H_4, O_2$; 4) $Cu, N_2$; 5) $O_2, Al$; 6) $H_2SO_4$(разб), $S$.

А) Бром — сильный окислитель. С щёлочью он диспропорционирует: $Br_2 + 2KOH \rightarrow KBr + KBrO + H_2O$. С иодидом калия вытесняет более слабый галоген: $Br_2 + 2KI \rightarrow 2KBr + I_2$. Оба реагента набора 2 подходят — А = 2.

Б) Водород — типичный восстановитель и участник реакций присоединения. С этиленом идёт гидрирование: $C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{кат} C_2H_6$, с кислородом — горение: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$. Подходит набор 3 — Б = 3.

В) Сера реагирует с кислородом при горении: $S + O_2 \rightarrow SO_2$, и с алюминием при нагревании: $2Al + 3S \rightarrow Al_2S_3$. Подходит набор 5 — В = 5.

Г) Натрий — активный металл, бурно реагирует с разбавленной серной кислотой: $2Na + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2\uparrow$, и с серой при нагревании: $2Na + S \rightarrow Na_2S$. Подходит набор 6 — Г = 6.

Итоговый ответ: 2356 — полностью совпадает с эталоном.

Пример 2. Вещества: А) $NaHSO_4$; Б) $K_2SO_4$; В) $Li$; Г) $O_2$. Наборы: 1) $H_2SO_4, BaCl_2, Pb(NO_3)_2$; 2) $N_2, H_2SO_4, O_3$; 3) $N_2, Ag, HCl$; 4) $N_2O_5, Pt, NH_3$; 5) $SO_2, P_2O_3, CrO$; 6) $KOH, CH_3COONa, NaOH$.

А) Кислая соль $NaHSO_4$ в растворе ведёт себя как кислота средней силы. Она нейтрализуется щелочами: $NaHSO_4 + KOH \rightarrow KNaSO_4 + H_2O$ (или с избытком до $Na_2SO_4$), реагирует с солью более слабой кислоты, вытесняя её: $NaHSO_4 + CH_3COONa \rightarrow Na_2SO_4 + CH_3COOH$, и с $NaOH$. Подходит набор 6 — А = 6.

Б) $K_2SO_4$ — соль сильной кислоты, вступает в обменные реакции с образованием нерастворимых сульфатов: $K_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2KCl$ и $K_2SO_4 + Pb(NO_3)_2 \rightarrow PbSO_4\downarrow + 2KNO_3$. Оба процесса дают видимый осадок, что типично для распознавания сульфат-иона. Подходит набор 1 — Б = 1.

В) Литий — щелочной металл с особыми свойствами: единственный из группы реагирует с азотом уже при обычных условиях: $6Li + N_2 \rightarrow 2Li_3N$; активно взаимодействует с серной кислотой: $2Li + H_2SO_4 \rightarrow Li_2SO_4 + H_2\uparrow$; окисляется сильным окислителем озоном. Подходит набор 2 — В = 2.

Г) Кислород способен доокислять соединения неметаллов и металлов в низших степенях окисления: $2SO_2 + O_2 \xrightarrow{кат} 2SO_3$, $2P_2O_3 + O_2 \rightarrow 2P_2O_5$, $4CrO + O_2 \rightarrow 2Cr_2O_3$. Подходит набор 5 — Г = 5.

Итоговый ответ: 6125 — совпадает с эталоном.

Пример 3. Вещества: А) $K$; Б) $Cl_2$; В) $P$; Г) $H_2$. Наборы те же, что и в примере 1, но набор 2 теперь записан как $H_2O, KI$.

А) Калий — очень активный металл, реагирует с разбавленной серной кислотой (аналогично натрию) и с серой: $2K + S \rightarrow K_2S$. Подходит набор 6 — А = 6.

Б) Хлор реагирует с водой (обратимый гидролиз с диспропорционированием): $Cl_2 + H_2O \rightleftharpoons HCl + HClO$, и вытесняет иод из иодида калия: $Cl_2 + 2KI \rightarrow 2KCl + I_2$. Подходит набор 2 — Б = 2.

В) Фосфор горит в кислороде: $4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$, и реагирует с алюминием при сплавлении с образованием фосфида: $Al + P \xrightarrow{t} AlP$. Подходит набор 5 — В = 5.

Г) Водород, как и в первом примере, гидрирует этилен и горит в кислороде. Подходит набор 3 — Г = 3.

Итоговый ответ: 6253 — совпадает с эталоном.

Типичные ошибки и ловушки

• Проверка не всех реагентов в наборе. Часто ученик находит одну верную реакцию в наборе и сразу выбирает его, забыв проверить второй-третий компонент, который может не реагировать.
• Путаница между разбавленной и концентрированной кислотой. Разбавленная $H_2SO_4$ реагирует с металлами до водорода как обычная кислота, а концентрированная — как окислитель с другими продуктами восстановления серы, часто без выделения $H_2$.
• Забывание про пассивацию. $Fe$, $Al$, $Cr$ не реагируют с холодными концентрированными $HNO_3$ и $H_2SO_4$ — это частая ловушка в заданиях с этими металлами.
• Неверная оценка силы кислот и оснований. Реакция обмена между солью и кислотой возможна, только если образующаяся кислота слабее исходной или выпадает осадок/газ.
• Игнорирование особых свойств лития и других исключений. Литий реагирует с азотом при комнатной температуре, в отличие от остальных щелочных металлов — это часто встречающийся элемент проверки.
• Смешение свойств простых веществ и их оксидов/гидроксидов. Например, свойства серы как простого вещества отличаются от свойств $SO_2$ или $H_2SO_4$.
• Ошибки в подсчёте использованных цифр. Важно помнить, что не все шесть наборов используются — только четыре, и каждый номер задействуется один раз.

Как готовиться

Составьте себе таблицу-шпаргалку по каждому классу веществ: активные металлы, металлы средней активности, переходные металлы, галогены, кислород и сера, азот и фосфор, водород, углерод — и для каждого запишите 4–5 типичных реакций с примерами уравнений. Обязательно выучите ряд активности металлов наизусть и отработайте определение силы кислот и оснований для оценки обменных реакций.

Решайте задания этого типа сериями по 10–15 штук, разбирая каждую ошибку сразу: если набор не подошёл, выясните, какой именно реагент оказался «слабым звеном», и запишите это правило отдельно. Особое внимание уделите пограничным случаям — амфотерным веществам, кислым солям, окислительным свойствам концентрированных кислот и особым исключениям вроде лития. Регулярно повторяйте уравнения реакций письменно — механическое написание закрепляет понимание гораздо лучше, чем просто чтение теории.