Задание 14 ОГЭ по химии: реакции ионного обмена и условия их протекания

Что проверяет задание

Задание 14 проверяет умение анализировать реакции ионного обмена: понимать, какие вещества являются сильными электролитами и распадаются на ионы, а какие остаются в виде молекул или выпадают в осадок. Проверяется способность по сокращённому ионному уравнению подобрать два исходных вещества, взаимодействие которых приводит именно к этому уравнению. Это требует знания таблицы растворимости, условий протекания реакций ионного обмена до конца и умения записывать полные и сокращённые ионные уравнения.

По сути, экзаменатор хочет убедиться, что ученик понимает разницу между молекулярным, полным ионным и сокращённым ионным уравнением, а также знает, какие вещества в растворе существуют как ионы, а какие — как целые молекулы (нерастворимые, летучие, малодиссоциирующие).

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка: «Выберите два исходных вещества, взаимодействию которых соответствует сокращённое ионное уравнение реакции [...]». Далее даётся сокращённое ионное уравнение и список из шести веществ под номерами 1–6. Нужно выбрать два вещества, при взаимодействии которых получается указанное сокращённое уравнение, и записать их номера в порядке возрастания (иногда допускается любой порядок — это указано в задании).

За полностью верный ответ (оба номера верны и записаны корректно) начисляется 2 балла. Если верно указан только один из двух номеров либо номера верны, но не в том порядке, когда это требуется строго — начисляется 1 балл. При полностью неверном ответе или отсутствии ответа — 0 баллов. Обычно это задание из части с кратким ответом, ответ вводится в виде последовательности цифр без пробелов.

Что нужно знать

• Электролит — вещество, которое в растворе или расплаве распадается на ионы (диссоциирует) и проводит электрический ток.
• Сильные электролиты — растворимые соли, сильные кислоты ($HCl$, $HNO_3$, $H_2SO_4$ и др.), сильные основания (щёлочи: $NaOH$, $KOH$, $Ba(OH)_2$ и т.д.) — диссоциируют практически полностью.
• Слабые электролиты — слабые кислоты (например, $H_2CO_3$, $H_2SO_3$, $CH_3COOH$), слабые основания ($NH_3\cdot H_2O$), вода — диссоциируют частично, в ионных уравнениях записываются в виде молекул.
• Нерастворимые вещества (осадки), газы и вода в ионных уравнениях всегда записываются в молекулярной форме, а не в виде ионов.
• Условия протекания реакции ионного обмена до конца — реакция идёт, если в результате образуется:

1. осадок (нерастворимое вещество) — обозначается стрелкой вниз $\downarrow$;
2. газ — обозначается стрелкой вверх $\uparrow$;
3. малодиссоциирующее вещество (чаще всего вода).

• Таблица растворимости — основной справочный инструмент: нужно помнить, какие соли и основания растворимы, а какие нет. Например, почти все соли натрия, калия, аммония растворимы; карбонаты, сульфиты, фосфаты (кроме солей щелочных металлов и аммония) — нерастворимы; сульфаты бария, свинца — нерастворимы; хлориды серебра и свинца — нерастворимы; большинство гидроксидов, кроме щелочей, нерастворимы.
• Алгоритм составления ионных уравнений:

1. Записать молекулярное уравнение реакции.
2. Расставить коэффициенты.
3. Записать полное ионное уравнение: сильные электролиты — в виде ионов, слабые электролиты, осадки, газы, воду — в виде молекул.
4. Сократить одинаковые ионы в левой и правой части — получить сокращённое ионное уравнение.

• Формула проверки заряда: сумма зарядов ионов слева должна равняться сумме зарядов справа (закон сохранения заряда).

Методы решения

Метод 1. Анализ ионов сокращённого уравнения «от продукта к реагентам». Смотрим, какие ионы стоят в левой части сокращённого уравнения — это подскажет, какие вещества-электролиты должны присутствовать среди исходных веществ (как источники этих ионов).

Пример: дано $Ca^{2+} + CO_3^{2-} = CaCO_3\downarrow$. Ион $Ca^{2+}$ может дать растворимая соль кальция или гидроксид кальция; ион $CO_3^{2-}$ — растворимый карбонат. Значит ищем среди вариантов растворимую соль кальция и растворимый карбонат.

Метод 2. Проверка растворимости каждого вещества-кандидата. Перебираем предложенные вещества и определяем: растворимо ли оно, диссоциирует ли полностью, есть ли в его составе нужный ион.

Пример: если нужен ион $SO_4^{2-}$, а среди вариантов есть $BaSO_4$ (нерастворим) и $H_2SO_4$ (сильная кислота, растворима, диссоциирует) — подходит только $H_2SO_4$, так как $BaSO_4$ сам является осадком и не может быть источником свободного иона в растворе.

Метод 3. Составление полного ионного уравнения и сокращение. Берём пару предполагаемых веществ, записываем молекулярное уравнение, затем полное ионное, сокращаем — сравниваем с данным в задании.

Пример: проверяем пару $AgNO_3$ и $HI$. Молекулярное: $AgNO_3 + HI = AgI\downarrow + HNO_3$. Полное ионное: $Ag^+ + NO_3^- + H^+ + I^- = AgI\downarrow + H^+ + NO_3^-$. Сокращаем одинаковые ионы ($NO_3^-$, $H^+$): получаем $Ag^+ + I^- = AgI\downarrow$ — совпадает с заданием.

Метод 4. Исключение веществ, которые не могут участвовать в ионном обмене. Простые вещества (металлы, $Cl_2$, $O_2$ и т.д.) обычно не подходят для реакций ионного обмена — они участвуют в окислительно-восстановительных процессах, а не в обмене ионами. Нерастворимые соли и оксиды тоже не диссоциируют в растворе и не могут быть источником свободных ионов.

Пример: если среди вариантов есть $Ag$ (металл) и $Ag_2O$ (оксид, малорастворим) — оба исключаются как непригодные источники иона $Ag^+$ в растворе для реакции обмена.

Метод 5. Проверка заряда и стехиометрии. Убеждаемся, что в выбранной паре веществ ионы, дающие осадок, действительно присутствуют в нужном соотношении и заряды сбалансированы.

Пример: для уравнения $Ba^{2+} + SO_4^{2-} = BaSO_4\downarrow$ проверяем, что заряд $2+$ слева компенсируется зарядом $2-$, а справа осадок нейтрален — всё сходится.

Алгоритм решения по шагам

1. Внимательно прочитать сокращённое ионное уравнение, выделить оба иона в левой части и продукт (осадок, газ или воду) в правой.
2. Определить, какой класс веществ может быть источником каждого иона (соль, кислота, основание, оксид).
3. Просмотреть список из шести предложенных веществ и отметить, какие из них содержат нужные ионы и являются растворимыми сильными электролитами.
4. Исключить вещества, которые не диссоциируют (нерастворимые соли, оксиды, простые вещества, слабые электролиты, если их ион не нужен в свободном виде).
5. Составить предполагаемую пару и записать для неё молекулярное уравнение.
6. Расписать полное ионное уравнение, а затем сократить одинаковые ионы слева и справа.
7. Сравнить получившееся сокращённое ионное уравнение с данным в условии — если совпадает, пара верна.
8. Если не совпало, попробовать другую комбинацию из оставшихся подходящих веществ.
9. Записать номера выбранных веществ в порядке, указанном в задании (обычно по возрастанию).

Разбор примеров

Пример 1. Дано сокращённое ионное уравнение: $Ca^{2+} + SO_3^{2-} = CaSO_3\downarrow$. Список веществ: 1) $CaO$; 2) $Ca$; 3) $CaCl_2$; 4) $K_2SO_3$; 5) $H_2SO_3$; 6) $SO_2$.

Шаг 1. В левой части нужны ионы $Ca^{2+}$ и $SO_3^{2-}$.

Шаг 2. Источник $Ca^{2+}$ — растворимая соль кальция (не оксид, не металл, не нерастворимая соль). Из списка: $CaO$ — оксид, не диссоциирует напрямую на $Ca^{2+}$ в растворе (реагирует с водой, но это не обмен ионами); $Ca$ — простое вещество, металл, не подходит; $CaCl_2$ — растворимая соль, сильный электролит, подходит как источник $Ca^{2+}$.

Шаг 3. Источник $SO_3^{2-}$ — растворимый сульфит. Из списка: $K_2SO_3$ — растворимая соль калия, сильный электролит, содержит нужный ион; $H_2SO_3$ — слабая кислота, слабо диссоциирует, в ионных уравнениях записывается молекулой, не подходит как источник свободного иона; $SO_2$ — оксид, не диссоциирует на ионы напрямую.

Шаг 4. Пробуем пару $CaCl_2$ (3) и $K_2SO_3$ (4).

Шаг 5. Молекулярное уравнение: $CaCl_2 + K_2SO_3 = CaSO_3\downarrow + 2KCl$.

Шаг 6. Полное ионное уравнение: $Ca^{2+} + 2Cl^- + 2K^+ + SO_3^{2-} = CaSO_3\downarrow + 2K^+ + 2Cl^-$.

Шаг 7. Сокращаем одинаковые ионы ($2K^+$, $2Cl^-$): получаем $Ca^{2+} + SO_3^{2-} = CaSO_3\downarrow$ — полностью совпадает с условием.

Ответ: 3 и 4, то есть 34.

Пример 2. Дано сокращённое ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} = BaSO_4\downarrow$. Список веществ: 1) $BaCl_2$; 2) $BaCO_3$; 3) $Ba$; 4) $BaO$; 5) $H_2SO_4$; 6) $PbSO_4$.

Шаг 1. Нужны ионы $Ba^{2+}$ и $SO_4^{2-}$.

Шаг 2. Источник $Ba^{2+}$: $BaCl_2$ — растворимая соль, сильный электролит, подходит; $BaCO_3$ — нерастворимая соль, не диссоциирует, не подходит; $Ba$ — металл, не подходит для реакции обмена; $BaO$ — оксид, сам по себе не является ионным веществом в растворе в контексте обмена ионами.

Шаг 3. Источник $SO_4^{2-}$: $H_2SO_4$ — сильная кислота, полностью диссоциирует, подходит; $PbSO_4$ — нерастворимая соль, не диссоциирует, не подходит (сам является осадком).

Шаг 4. Пробуем пару $BaCl_2$ (1) и $H_2SO_4$ (5).

Шаг 5. Молекулярное уравнение: $BaCl_2 + H_2SO_4 = BaSO_4\downarrow + 2HCl$.

Шаг 6. Полное ионное: $Ba^{2+} + 2Cl^- + 2H^+ + SO_4^{2-} = BaSO_4\downarrow + 2H^+ + 2Cl^-$.

Шаг 7. Сокращаем ($2H^+$, $2Cl^-$): получаем $Ba^{2+} + SO_4^{2-} = BaSO_4\downarrow$ — совпадает.

Ответ: 1 и 5, то есть 15.

Пример 3. Дано сокращённое ионное уравнение: $Ag^+ + I^- = AgI\downarrow$. Список веществ: 1) $Ag$; 2) $AgCl$; 3) $AgNO_3$; 4) $HI$; 5) $PbI_2$; 6) $Ag_2O$.

Шаг 1. Нужны ионы $Ag^+$ и $I^-$.

Шаг 2. Источник $Ag^+$: $Ag$ — металл, простое вещество, не диссоциирует и не участвует в ионном обмене; $AgCl$ — нерастворимая соль, не подходит (сам осадок); $AgNO_3$ — растворимая соль, сильный электролит, подходит; $Ag_2O$ — оксид, практически нерастворим, не подходит.

Шаг 3. Источник $I^-$: $HI$ — сильная кислота (в водном растворе полностью диссоциирует), подходит; $PbI_2$ — нерастворимая соль, не подходит (сам осадок).

Шаг 4. Пробуем пару $AgNO_3$ (3) и $HI$ (4).

Шаг 5. Молекулярное уравнение: $AgNO_3 + HI = AgI\downarrow + HNO_3$.

Шаг 6. Полное ионное: $Ag^+ + NO_3^- + H^+ + I^- = AgI\downarrow + H^+ + NO_3^-$.

Шаг 7. Сокращаем ($H^+$, $NO_3^-$): получаем $Ag^+ + I^- = AgI\downarrow$ — совпадает.

Ответ: 3 и 4, то есть 34.

Типичные ошибки и ловушки

• Путаница между оксидом и растворимой солью. Оксиды металлов (например, $CaO$, $BaO$) не диссоциируют на соответствующие ионы напрямую в водном растворе так, как это делают соли — их часто ошибочно выбирают как источник катиона металла.
• Выбор нерастворимого вещества как источника иона. Если соль или соединение само является осадком (например, $BaCO_3$, $PbSO_4$, $AgCl$, $PbI_2$), оно не может дать свободный ион в растворе для новой реакции обмена — такие вещества нередко подсовывают как «ловушку» среди вариантов ответа.
• Забывают, что простые вещества и металлы не участвуют в реакциях ионного обмена. Металл в списке (например, $Ca$, $Ag$, $Ba$) почти всегда лишний вариант для этого типа задания.
• Слабые кислоты и их соли путают. $H_2SO_3$ — слабый электролит, в ионных уравнениях пишется целой молекулой, поэтому не может быть источником свободного иона $SO_3^{2-}$; источником этого иона служит растворимая соль, например $K_2SO_3$.
• Ошибка в сокращении ионного уравнения. Иногда забывают сократить одинаковые ионы слева и справа или сокращают не те ионы — из-за этого получается неверное сравнение с условием.
• Неверный порядок записи ответа. Если в задании указано записать номера в порядке возрастания, а ученик пишет их в порядке подбора — это может привести к потере балла, если формат ответа строго проверяется.
• Игнорирование проверки зарядов. Полезно всегда проверять, что суммарный заряд слева равен суммарному заряду справа — это быстрый способ найти ошибку в подборе ионов.

Как готовиться

1. Выучить таблицу растворимости наизусть — знать, какие соли, основания и кислоты растворимы, а какие нет, без подглядывания.
2. Повторить список сильных и слабых электролитов: сильные кислоты, щёлочи и растворимые соли — сильные электролиты; слабые кислоты, вода, нерастворимые основания — слабые.
3. Тренироваться составлять полные и сокращённые ионные уравнения для разных типов реакций: с образованием осадка, газа и воды.
4. Решать задания прошлых лет по этой теме, каждый раз проговаривая вслух, почему конкретное вещество подходит или не подходит как источник иона.
5. Составить для себя список типичных «ловушек»: оксиды, простые вещества, нерастворимые соли — и запомнить, что они обычно не подходят для реакций ионного обмена.
6. После решения каждого примера проверять ответ методом полного ионного уравнения — записывать молекулярное уравнение, полное ионное и сокращать его, сравнивая с исходным условием.
7. Регулярно повторять правило зарядов: сумма зарядов ионов слева должна совпадать с суммой зарядов ионов справа — это простой способ самопроверки.
8. Работать с разными формулировками задания — иногда просят записать ответ в порядке возрастания, иногда в любом порядке — важно внимательно читать условие перед записью ответа.