Задание 17 ОГЭ по химии: среда растворов и качественные реакции

Что проверяет задание

Задание 17 ОГЭ по химии проверяет умение подбирать реактив, с помощью которого можно различить два похожих вещества — соли, кислоты, щёлочи или газы. По сути, это задание на качественные реакции неорганических соединений: нужно знать, какой характерный признак (осадок, изменение цвета, выделение газа) появится при взаимодействии определённого реактива с каждым из двух предложенных веществ, и подобрать пары так, чтобы признаки различались.

Здесь проверяются три взаимосвязанных навыка:

• знание качественных реакций на катионы и анионы ($\ChemFormCu^{2+}$, $\ChemFormBa^{2+}$, $\ChemFormAg^+$, карбонат-, сульфат-, галогенид-ионы и другие);
• понимание среды растворов солей, кислот и оснований (кислая, щелочная, нейтральная);
• умение анализировать таблицу соответствия «вещество — реактив» и логически исключать неподходящие варианты.

Задание также опирается на общие знания о свойствах классов неорганических веществ: оксидов, кислот, оснований, солей — без этого фундамента правильно подобрать реактив невозможно.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка звучит так: «Установите соответствие между двумя веществами и реактивом, с помощью которого можно различить эти вещества. К каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго столбца». Даются столбец А (три пары веществ, обозначенные буквами А, Б, В) и столбец Б (четыре реактива, обозначенные цифрами 1–4, один из реактивов — избыточный, не подходящий ни к одной паре).

Ответ записывается как последовательность из трёх цифр без пробелов, например 241, где каждая цифра соответствует букве А, Б, В по порядку.

Задание оценивается в 2 балла при полностью верном ответе (все три соответствия верны). Если верно указаны только одно или два соответствия из трёх, задание оценивается в 1 балл. При всех неверных ответах — 0 баллов. Такая система частичного оценивания важна: даже если не уверены во всех трёх парах, стоит вписать хотя бы те, в которых уверены полностью.

Что нужно знать

• Качественная реакция на карбонат-ион $\ChemFormCO_3^{2-}$: при действии кислоты (например, $\ChemFormHCl$) выделяется газ без цвета и запаха — $\ChemFormCO_2$, вызывающий «вскипание» раствора.
• Качественная реакция на сульфат-ион $\ChemFormSO_4^{2-}$: с растворами солей бария (например, $\ChemFormBaCl_2$) образуется белый нерастворимый осадок $\ChemFormBaSO_4$.
• Качественная реакция на хлорид-ион $\ChemFormCl^-$ (и другие галогенид-ионы): с раствором $\ChemFormAgNO_3$ образуется осадок — белый $\ChemFormAgCl$, жёлтый $\ChemFormAgBr$, жёлтый $\ChemFormAgI$.
• Качественная реакция на ион аммония $\ChemFormNH_4^+$: при нагревании с щёлочью ($\ChemFormKOH$ или $\ChemFormNaOH$) выделяется газ с резким запахом — аммиак $\ChemFormNH_3$.
• Качественная реакция на ион меди(II) $\ChemFormCu^{2+}$: с щёлочью образуется голубой осадок $\ChemFormCu(OH)_2$.
• Качественная реакция на силикат-ион $\ChemFormSiO_3^{2-}$: при действии кислоты образуется студенистый осадок кремниевой кислоты $\ChemFormH_2SiO_3$ (в отличие от карбонатов газ не выделяется).
• Качественная реакция на фосфат-ион $\ChemFormPO_4^{3-}$: с раствором солей серебра или с $\ChemFormK_3PO_4$-реактивом в присутствии определённых катионов образуется осадок характерного цвета.
• Определение среды раствора: кислая среда содержит избыток $\ChemFormH^+$, щелочная — избыток $\ChemFormOH^-$, нейтральная — $\ChemFormH^+ = \ChemFormOH^-$. Соли сильной кислоты и слабого основания (например, $\ChemFormNH_4Cl$) гидролизуются с образованием кислой среды; соли слабой кислоты и сильного основания (например, $\ChemFormNa_2CO_3$) — щелочной; соли сильной кислоты и сильного основания — нейтральной.
• Индикаторы: фенолфталеин в щелочной среде становится малиновым, в кислой и нейтральной остаётся бесцветным; лакмус в кислой среде — красный, в щелочной — синий, в нейтральной — фиолетовый.
• Различение газов: $\ChemFormCO_2$ не поддерживает горение и мутит известковую воду $\ChemFormCa(OH)_2$; $\ChemFormO_2$ поддерживает горение (тлеющая лучинка вспыхивает); $\ChemFormH_2$ горит с характерным хлопком; $\ChemFormNH_3$ имеет резкий запах и даёт щелочную реакцию с влажной лакмусовой бумажкой.

Методы решения

Метод 1. Реакция с выделением газа. Если одно из веществ пары — карбонат, а второе — не карбонат, используют кислоту $\ChemFormHCl$: карбонат реагирует с выделением $\ChemFormCO_2$ ("вскипание"), второе вещество видимых изменений не даёт.

Пример: различить $\ChemFormNa_2CO_3$ и $\ChemFormNaCl$ можно раствором $\ChemFormHCl$ — с карбонатом натрия наблюдается выделение газа, с хлоридом натрия реакция не идёт.

Метод 2. Реакция осадкообразования по катиону. Если пара отличается катионом (щелочные металлы, аммоний, металлы, дающие цветные гидроксиды), подбирают реактив-осадитель — обычно щёлочь или соль, дающая нерастворимый гидроксид или соль характерного цвета.

Пример: различить $\ChemFormCuSO_4$ и $\ChemFormNa_2SO_4$ можно щёлочью $\ChemFormKOH$: с сульфатом меди выпадает голубой осадок $\ChemFormCu(OH)_2$, с сульфатом натрия видимых изменений нет.

Метод 3. Реакция осадкообразования по аниону. Если пара отличается анионом (сульфат, хлорид, карбонат, силикат, фосфат), подбирают реактив, дающий характерный нерастворимый осадок именно с одним из анионов.

Пример: различить $\ChemFormNa_2SO_4$ и $\ChemFormNaNO_3$ можно раствором $\ChemFormBaCl_2$: с сульфатом натрия выпадает белый осадок $\ChemFormBaSO_4$, с нитратом натрия осадка нет.

Метод 4. Определение среды раствора индикатором. Если одно вещество — щёлочь или соль, гидролизующаяся с образованием щелочной среды, а второе — нейтральная соль или кислота, применяют индикатор (фенолфталеин, лакмус).

Пример: различить $\ChemFormNaOH$ и $\ChemFormNaCl$ можно фенолфталеином: щёлочь окрашивает индикатор в малиновый цвет, раствор соли остаётся бесцветным.

Метод 5. Различение газов по химическим и физическим свойствам. Для газов применяют горящую лучинку, известковую воду, раствор перманганата калия или оксид меди(II), учитывая окислительно-восстановительные и физические свойства газов (горючесть, способность поддерживать горение, реакция с щёлочью).

Пример: различить $\ChemFormO_2$ и $\ChemFormCO_2$ можно тлеющей лучинкой: в кислороде она разгорается ярче, в углекислом газе — гаснет.

Алгоритм решения по шагам

1. Определите класс каждого вещества в паре (соль, кислота, основание, газ) и найдите, чем именно они отличаются — катионом, анионом или химическими свойствами.
2. Вспомните характерную качественную реакцию именно на тот ион или свойство, которым различаются вещества пары.
3. Просмотрите список реактивов и найдите тот, который даёт разные, легко наблюдаемые эффекты (осадок, газ, изменение цвета) при взаимодействии с каждым из веществ пары.
4. Проверьте реактив на обоих веществах пары мысленно: убедитесь, что с одним веществом происходит явная реакция (осадок определённого цвета, выделение газа, изменение окраски индикатора), а с другим — либо реакция не идёт, либо признак иной.
5. Запишите номер выбранного реактива к соответствующей букве. Повторите шаги 1–4 для оставшихся пар, помня, что один реактив в списке обычно избыточный.
6. После заполнения всех трёх позиций проверьте общую логику: у каждой буквы должен быть свой номер реактива, повторения цифр допускаются, если условие задания это не запрещает явно, но обычно каждый реактив используется один раз.
7. Соберите итоговый ответ в виде трёхзначного числа в порядке А, Б, В.

Разбор примеров

Пример 1.

Условие: установить соответствие между парами веществ и реактивом для их различения.

А) $\ChemFormNa_2CO_3$ и $\ChemFormNa_2SiO_3$

Б) $\ChemFormK_2CO_3$ и $\ChemFormLi_2CO_3$

В) $\ChemFormNa_2SO_4$ и $\ChemFormNaOH$

Реактивы: 1) $\ChemFormCuCl_2$; 2) $\ChemFormHCl$; 3) $\ChemFormMgO$; 4) $\ChemFormK_3PO_4$.

Шаг 1. Пара А — карбонат и силикат натрия, оба соли натрия, различаются анионом. С кислотой $\ChemFormHCl$ карбонат даёт выделение газа $\ChemFormCO_2$ (вскипание), а силикат образует студенистый осадок кремниевой кислоты $\ChemFormH_2SiO_3$ без газа. Признаки разные и наблюдаемые — подходит реактив 2.

Шаг 2. Пара Б — карбонаты калия и лития, различаются катионом (оба щелочных металла, но литий образует малорастворимый карбонат). Здесь нужен реактив, реагирующий именно с катионом лития особым образом. Фосфат калия $\ChemFormK_3PO_4$ (реактив 4) с ионом $\ChemFormLi^+$ даёт нерастворимый фосфат лития, а с ионом $\ChemFormK^+$ реакции нет — подходит реактив 4.

Шаг 3. Пара В — сульфат натрия и гидроксид натрия, различаются наличием щелочи. Оксид меди $\ChemFormMgO$ и хлорид меди $\ChemFormCuCl_2$ — рассмотрим хлорид меди (реактив 1): с гидроксидом натрия $\ChemFormCuCl_2$ образует характерный голубой осадок $\ChemFormCu(OH)_2$, а с сульфатом натрия видимых изменений нет — подходит реактив 1.

Итого: А — 2, Б — 4, В — 1. Ответ: 241.

Пример 2.

Условие: установить соответствие между парами солей и реактивом.

А) $\ChemFormNaCl$ и $\ChemFormNH_4Cl$

Б) $\ChemFormKF$ и $\ChemFormBaBr_2$

В) $\ChemFormK_2SO_4$ и $\ChemFormNa_2CO_3$

Реактивы: 1) $\ChemFormKOH$; 2) $\ChemFormCu(OH)_2$; 3) $\ChemFormAgNO_3$; 4) $\ChemFormHCl$.

Шаг 1. Пара А — хлорид натрия и хлорид аммония, различаются катионом: обычный катион натрия и катион аммония. При нагревании с щёлочью $\ChemFormKOH$ хлорид аммония выделяет газ с резким запахом ($\ChemFormNH_3$), а хлорид натрия не реагирует — подходит реактив 1.

Шаг 2. Пара Б — фторид калия и бромид бария, различаются и катионом, и анионом. Раствор $\ChemFormAgNO_3$ с бромидом бария даёт осадок бромида серебра $\ChemFormAgBr$ (светло-жёлтый), а с фторидом калия видимого осадка не образуется, так как фторид серебра растворим — подходит реактив 3.

Шаг 3. Пара В — сульфат калия и карбонат натрия, различаются анионом. Кислота $\ChemFormHCl$ (реактив 4) с карбонатом натрия вызывает выделение газа $\ChemFormCO_2$ (вскипание), а с сульфатом калия реакции не наблюдается — подходит реактив 4.

Итого: А — 1, Б — 3, В — 4. Ответ: 134.

Пример 3.

Условие: установить соответствие между парами газов и веществом для их различения.

А) $\ChemFormCO_2$ и $\ChemFormO_2$

Б) $\ChemFormNH_3$ и $\ChemFormH_2$

В) $\ChemFormH_2$ и $\ChemFormO_2$

Вещества: 1) $\ChemFormCuO$; 2) раствор $\ChemFormCa(OH)_2$; 3) $\ChemFormKMnO_4$; 4) фенолфталеин.

Шаг 1. Пара А — углекислый газ и кислород. Известковая вода $\ChemFormCa(OH)_2$ мутнеет при пропускании $\ChemFormCO_2$ из-за образования нерастворимого $\ChemFormCaCO_3$, а с кислородом видимых изменений не происходит — подходит реактив 2.

Шаг 2. Пара Б — аммиак и водород. Аммиак — газ с резким запахом, растворяющийся в воде с образованием щелочной среды. Фенолфталеин, если газ пропустить через влажную бумагу или водный раствор, окрасится в малиновый цвет в присутствии аммиака (щелочная среда), а с водородом изменений цвета не будет — подходит реактив 4.

Шаг 3. Пара В — водород и кислород, оба газа не имеют цвета и запаха, но отличаются окислительно-восстановительными свойствами. При пропускании через нагретый оксид меди $\ChemFormCuO$ (реактив 1) водород восстанавливает его до меди, при этом чёрный порошок становится красным (медь) и наблюдается выделение воды; кислород, напротив, не восстанавливает $\ChemFormCuO$, а способен поддерживать его дальнейшее образование при нагревании металла на воздухе. Признак различим — подходит реактив 1.

Итого: А — 2, Б — 4, В — 1. Ответ: 241.

Типичные ошибки и ловушки

• Путаница между качественными реакциями на карбонат-ион и силикат-ион: оба реагируют с кислотой, но карбонат даёт газ, а силикат — осадок кремниевой кислоты без газа. Важно помнить эту разницу, а не считать, что оба случая одинаковы.
• Забывание, что фторид серебра растворим в воде, в отличие от большинства других галогенидов серебра. Это часто становится ловушкой при выборе реактива $\ChemFormAgNO_3$.
• Неверная оценка растворимости солей лития: карбонат лития менее растворим, чем карбонаты натрия и калия, и реагирует с фосфатами иначе, чем предполагает интуиция школьника, привыкшего считать все соли щелочных металлов растворимыми.
• Использование индикатора фенолфталеина для различения кислых сред: фенолфталеин чувствителен только к щелочной среде и остаётся бесцветным как в кислой, так и в нейтральной среде, поэтому он не подходит для различения кислоты и нейтрального раствора.
• Ошибочный выбор "лишнего" реактива из четырёх предложенных вариантов: в задании всегда один реактив избыточный, и попытка обязательно использовать все четыре приводит к ошибке — реактив может просто не подойти ни к одной паре.
• Путаница между цветом осадков: $\ChemFormCu(OH)_2$ — голубой осадок, $\ChemFormAgCl$ — белый, $\ChemFormAgBr$ — светло-жёлтый, $\ChemFormAgI$ — жёлтый, $\ChemFormBaSO_4$ — белый. Неточное запоминание цветов приводит к неверным выводам о том, произошла реакция или нет.
• Игнорирование условий проведения реакции (нагревание для выделения аммиака из солей аммония со щёлочью) — без нагревания реакция может не проявиться заметно.

Как готовиться

Составьте для себя компактную таблицу качественных реакций: ион слева, реактив и наблюдаемый эффект справа. Включите туда карбонат-, сульфат-, хлорид-, бромид-, йодид-, фосфат-, силикат-ионы, а также катионы меди, железа, аммония и качественные пробы на газы. Повторяйте эту таблицу регулярно, пока не начнёте воспроизводить её без ошибок.

Решайте задания именно этого типа систематически — не изолированно, а сериями по 5–10 штук за раз, чтобы натренировать скорость распознавания пар «вещество — реактив». После каждой серии заданий выписывайте те пары ионов, которые вызвали затруднение, и разбирайте их отдельно, обращаясь к теории.

Обращайте особое внимание на растворимость солей — таблица растворимости должна быть не просто перед глазами, а фактически выучена для наиболее часто встречающихся анионов и катионов (карбонаты, сульфаты, фосфаты, галогениды щелочных, щёлочноземельных металлов и металлов средней активности).

Практикуйте определение среды раствора без калькулятора: тренируйтесь быстро относить соль к одному из трёх типов гидролиза (сильная кислота + слабое основание — кислая среда, слабая кислота + сильное основание — щелочная среда, сильная кислота + сильное основание — нейтральная среда) и связывать это с поведением индикаторов.

При разборе тренировочных вариантов старайтесь не просто запоминать готовые ответы, а каждый раз проходить полный алгоритм: определить отличие пары веществ, вспомнить нужную качественную реакцию, проверить оба варианта мысленно и только потом выбирать номер реактива. Такой подход снижает риск ошибки на реальном экзамене, когда формулировки и наборы веществ могут отличаться от тех, что встречались на тренировках.