Задание 10 ОГЭ по химии: химические свойства простых и сложных веществ

Что проверяет задание

Задание 10 проверяет умение определять химические свойства простых веществ (металлов и неметаллов) и сложных веществ (оксидов, оснований, кислот, солей) через классификацию по химическим признакам. По сути, проверяется не заучивание конкретных уравнений, а понимание того, к какому классу относится вещество и какие реакции для этого класса типичны: реагирует ли оно с кислотами, щелочами, солями, металлами или неметаллами.

Особое внимание уделяется амфотерным веществам (они реагируют и с кислотами, и со щелочами), активности металлов (одни реагируют с водой и кислотами, другие — нет) и особым случаям — например, поведению серы или концентрированных кислот как окислителей.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка: «Установите соответствие между названием (или формулой) вещества и реагентами, с каждым из которых оно может взаимодействовать». Даны:

• левый столбец — три вещества (А, Б, В);
• правый столбец — четыре группы реагентов (1, 2, 3, 4), в каждой группе обычно два вещества, с которыми исходное вещество должно реагировать одновременно.

Одна группа реагентов оказывается «лишней» — она не подходит ни к одному из трёх веществ. Ответ записывается как последовательность трёх цифр без пробелов, например $423$, где первая цифра соответствует букве А, вторая — Б, третья — В.

Задание оценивается в максимум 2 балла: 2 балла — полное совпадение, 1 балл — одна ошибка (одна цифра не совпала), 0 баллов — две и более ошибок.

Что нужно знать

• Ряд активности металлов: $Li, K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, (H_2), Cu, Ag, Au$ — металлы левее водорода вытесняют его из кислот, металлы правее — не реагируют с обычными кислотами (кроме кислот-окислителей).
• Основные оксиды (оксиды типичных металлов, например $CaO$, $Na_2O$, $FeO$) реагируют с кислотами и кислотными оксидами, но не со щелочами.
• Кислотные оксиды (оксиды неметаллов и металлов в высшей степени окисления, например $CO_2$, $SO_3$, $P_2O_5$) реагируют со щелочами и основными оксидами.
• Амфотерные оксиды и гидроксиды ($ZnO$, $Al_2O_3$, $Al(OH)_3$, $Zn(OH)_2$) реагируют и с кислотами, и со щелочами.
• Щёлочи ($NaOH$, $KOH$, $Ba(OH)_2$, $Ca(OH)_2$) реагируют с кислотами, кислотными оксидами, растворами солей (если образуется осадок или газ), с амфотерными оксидами и гидроксидами.
• Кислоты реагируют с металлами (стоящими в ряду активности до водорода — для обычных кислот), с основными и амфотерными оксидами, с основаниями, с солями (если реакция идёт до конца — образуется осадок, газ или слабый электролит).
• Соли реагируют с металлами (более активный металл вытесняет менее активный из соли), с другими солями и щелочами (при образовании осадка), с кислотами (при образовании осадка или газа).
• Условие протекания реакции обмена: реакция идёт до конца, если образуется осадок, газ или вода (малодиссоциирующее вещество). Формально это записывается как правило: реакция необратима, если хотя бы один продукт выводится из сферы реакции.
• Особые случаи: концентрированная серная кислота $H_2SO_4$ (конц.) и азотная кислота $HNO_3$ являются сильными окислителями и реагируют даже с металлами, стоящими после водорода (например, с медью), а также способны окислять неметаллы (серу, углерод) при нагревании.
• Сера как простое вещество проявляет окислительные и восстановительные свойства: горит в кислороде ($S + O_2 \rightarrow SO_2$), окисляется концентрированными кислотами-окислителями при нагревании.

Методы решения

1. Метод классификации вещества. Сначала определяем класс каждого вещества из левого столбца: простое вещество (металл или неметалл), оксид (основный/кислотный/амфотерный), основание, кислота или соль. Затем вспоминаем «портрет» типичных реакций для этого класса.

Пример: если дано вещество $BaO$, то это основный оксид — значит, ищем среди реагентов кислоты и кислотные оксиды, а не щёлочи.

2. Метод отбраковки по несовместимости. Просматриваем каждую группу реагентов и сразу отбрасываем группы, где есть вещество, с которым исходное соединение точно не реагирует.

Пример: если вещество — щёлочь $NaOH$, а в группе реагентов есть, например, $Cu$ (медь, металл, который не реагирует со щёлочью в обычных условиях), эту группу можно отбросить для щёлочи.

3. Метод ряда активности металлов. Для металлов важно смотреть их положение в ряду активности: реагируют ли они с водой, кислотами, растворами солей менее активных металлов.

Пример: магний $Mg$ реагирует с горячей водой и с соляной кислотой $HCl$: $Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow$, но медь $Cu$ с соляной кислотой не реагирует.

4. Метод амфотерности. Если вещество амфотерное (оксид или гидроксид цинка, алюминия), ищем группу, где есть одновременно щёлочь и вещество, реагирующее как с основанием, так и с кислотой отдельно — часто в правильной группе оказывается сочетание щёлочи и кислотного оксида.

Пример: оксид цинка $ZnO$ реагирует и с щёлочью: $ZnO + 2NaOH \rightarrow Na_2ZnO_2 + H_2O$, и с кислотным оксидом: $3ZnO + P_2O_5 \rightarrow Zn_3(PO_4)_2$.

5. Метод анализа кислотно-основных пар. Для кислот и щелочей проверяем, есть ли среди реагентов вещество противоположного характера (кислота-основание) и вещество, дающее реакцию обмена с образованием осадка.

Пример: азотная кислота $HNO_3$ реагирует с гидроксидом кальция (нейтрализация): $2HNO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + 2H_2O$, а также с медью как кислота-окислитель.

Алгоритм решения по шагам

1. Определить класс каждого вещества из левого столбца (простое вещество-металл/неметалл, оксид основный/кислотный/амфотерный, основание/щёлочь, кислота, соль).
2. Вспомнить 2–3 типичные реакции для этого класса веществ (с чем реагирует обязательно, с чем — никогда).
3. По очереди проверять каждую из четырёх групп реагентов: подходят ли оба вещества группы одновременно к рассматриваемому веществу.
4. Найти для каждого вещества единственную подходящую группу; при затруднении применить метод отбраковки — исключить заведомо неподходящие группы.
5. Убедиться, что все три вещества получили разные группы, а одна группа осталась неиспользованной (это нормально — реагентов всегда на одну группу больше).
6. Записать три цифры в порядке А, Б, В без пробелов.

Разбор примеров

Пример 1. Установите соответствие между веществом и реагентами: А) сера, Б) оксид цинка, В) хлорид алюминия. Реагенты: 1) $CO_2$, $Na_2SO_4$ (р-р); 2) $NaOH$, $P_2O_5$; 3) $AgNO_3$, $KOH$ (р-р); 4) $H_2SO_4$ (конц.), $O_2$.

Шаг 1. Сера — простое вещество-неметалл, проявляет и окислительные, и восстановительные свойства. Она горит в кислороде: $S + O_2 \rightarrow SO_2$, а также окисляется концентрированной серной кислотой при нагревании: $S + 2H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow 3SO_2 + 2H_2O$. Значит, сера подходит к группе 4 ($H_2SO_4$ конц., $O_2$).

Шаг 2. Оксид цинка $ZnO$ — амфотерный оксид. Он реагирует со щёлочью: $ZnO + 2NaOH \rightarrow Na_2ZnO_2 + H_2O$, и с кислотным оксидом фосфора как основание: $3ZnO + P_2O_5 \rightarrow Zn_3(PO_4)_2$. Подходит группа 2 ($NaOH$, $P_2O_5$).

Шаг 3. Хлорид алюминия $AlCl_3$ — соль. Она реагирует с нитратом серебра (осадок $AgCl$): $AlCl_3 + 3AgNO_3 \rightarrow Al(NO_3)_3 + 3AgCl\downarrow$, и с раствором щёлочи (осадок $Al(OH)_3$): $AlCl_3 + 3KOH \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + 3KCl$. Подходит группа 3.

Ответ: $423$.

Пример 2. А) магний, Б) оксид железа (II), В) гидроксид бария. Реагенты: 1) $CO_2$, $Na_2SO_4$; 2) $NaOH$, $SO_3$; 3) $H_2O$, $HCl$; 4) $H_2SO_4$, $CO$.

Шаг 1. Магний — активный металл, стоит в ряду активности значительно левее водорода. Он реагирует с горячей водой (в виде пара): $Mg + 2H_2O \rightarrow Mg(OH)_2 + H_2\uparrow$ и с соляной кислотой: $Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow$. Подходит группа 3.

Шаг 2. Оксид железа (II) $FeO$ — основный оксид. Он реагирует с кислотой: $FeO + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2O$, а также восстанавливается угарным газом при нагревании: $FeO + CO \rightarrow Fe + CO_2$. Подходит группа 4.

Шаг 3. Гидроксид бария $Ba(OH)_2$ — щёлочь. Реагирует с кислотным оксидом: $Ba(OH)_2 + CO_2 \rightarrow BaCO_3\downarrow + H_2O$, и с раствором сульфата натрия по обмену с образованием осадка: $Ba(OH)_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaOH$. Подходит группа 1.

Ответ: $341$.

Пример 3. А) натрий, Б) гидроксид бария, В) азотная кислота. Реагенты: 1) $HCl$, $Na_2SO_4$; 2) $KOH$, $CaCl_2$; 3) $Cu$, $Ca(OH)_2$; 4) $Cl_2$, $O_2$.

Шаг 1. Натрий $Na$ — активнейший металл, легко реагирует с неметаллами: с хлором $2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$ и с кислородом $4Na + O_2 \rightarrow 2Na_2O$. Подходит группа 4.

Шаг 2. Гидроксид бария $Ba(OH)_2$ — щёлочь. Реагирует с кислотой (нейтрализация): $Ba(OH)_2 + 2HCl \rightarrow BaCl_2 + 2H_2O$, и с раствором сульфата натрия с образованием осадка: $Ba(OH)_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaOH$. Подходит группа 1.

Шаг 3. Азотная кислота $HNO_3$ — сильная кислота-окислитель. Она реагирует с медью, стоящей после водорода (за счёт окислительных свойств): $8HNO_3(\text{разб.}) + 3Cu \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$, и с основанием: $2HNO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + 2H_2O$. Подходит группа 3.

Ответ: $413$.

Типичные ошибки и ловушки

• Забывают про амфотерность. Оксиды и гидроксиды цинка, алюминия, хрома (III) реагируют одновременно и с кислотами, и со щелочами — это часто становится ключом к правильному ответу.
• Путают основные и кислотные оксиды. Например, ошибочно считают $SO_3$ основным оксидом, хотя он кислотный и реагирует со щёлочами, а не с кислотами.
• Не учитывают особые свойства концентрированных кислот. $H_2SO_4$ (конц.) и $HNO_3$ реагируют с металлами после водорода и с неметаллами (серой, углеродом) при нагревании — это исключение из общего правила ряда активности.
• Забывают условие протекания реакции обмена. Соли реагируют друг с другом или со щёлочью только тогда, когда образуется осадок, газ или вода. Если ни одного из этих признаков нет, реакция не идёт, и такую группу реагентов нужно отбросить.
• Путают ряд активности металлов. Считают, что все металлы реагируют с водой или кислотой одинаково — но, например, медь и серебро не реагируют с разбавленными кислотами, а натрий и калий бурно реагируют даже с холодной водой.
• Игнорируют агрегатное состояние и концентрацию. В условии часто указано «раствор» или «концентрированная» — это меняет тип реакции, и пропуск этой детали ведёт к ошибке.

Как готовиться

Для уверенного решения задания 10 нужно свободно ориентироваться в классификации неорганических веществ и знать, какие реакции характерны для каждого класса. Рекомендуется:

1. Составить и выучить таблицу классов веществ с 2–3 типичными реакциями для каждого класса: металлы, неметаллы, основные/кислотные/амфотерные оксиды, щёлочи, нерастворимые основания, амфотерные гидроксиды, кислоты, соли.
2. Выучить ряд активности металлов и уметь применять его для определения, реагирует ли металл с водой, кислотой, раствором соли.
3. Отдельно проработать особые случаи: амфотерность, окислительные свойства концентрированных кислот, поведение серы и азота в разных степенях окисления.
4. Тренироваться на заданиях прошлых лет, разбирая каждую пару «вещество — реагенты» через определение класса, а не через механическое запоминание.
5. При решении всегда сначала классифицировать вещество, затем последовательно проверять все четыре группы реагентов методом отбраковки — это экономит время и снижает риск ошибки.
6. После решения проверять себя: удостовериться, что оставшаяся неиспользованная группа реагентов действительно не подходит ни к одному из трёх веществ — это хороший способ самопроверки.

Регулярная практика с разбором именно логики (а не запоминанием готовых пар) позволяет быстро и безошибочно решать это задание на экзамене.