Задание 21 ОГЭ по химии: свойства простых и сложных веществ

Что проверяет задание

Задание 21 проверяет умение применять знания о химических свойствах простых и сложных веществ — металлов, неметаллов, оксидов, кислот, оснований и солей — для составления реальных уравнений реакций. Ученику дают конкретное вещество и список из нескольких реагентов, из которых нужно выбрать два вещества, действительно способных реагировать с исходным, и написать соответствующие уравнения реакций с правильными коэффициентами.

По сути, это проверка не теоретического знания «свойства класса X», а умения применить эту теорию на практике: отличить, с чем вещество реагирует, а с чем — нет, и грамотно записать превращение.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка: «Дано вещество (например, оксид кальция). Из предложенного перечня веществ выберите два, с которыми оно может реагировать. Запишите уравнения возможных реакций».

Обычно перечень содержит 4–5 веществ, из которых подходят только два (иногда — три, а нужно выбрать два наиболее очевидных). Задание оценивается в 2 балла: по одному баллу за каждое правильно составленное уравнение реакции с верными коэффициентами. Если уравнение верное по сути, но не сбалансировано, балл, как правило, не засчитывается — коэффициенты обязательны.

Что нужно знать

• Ряд активности металлов: $Li,\ K,\ Ba,\ Ca,\ Na,\ Mg,\ Al,\ Mn,\ Zn,\ Cr,\ Fe,\ Ni,\ Sn,\ Pb,\ H_2,\ Cu,\ Hg,\ Ag,\ Pt,\ Au$ — металл вытесняет из соли или кислоты только тот металл (или водород), что стоит правее него.
• Основные оксиды (оксиды активных металлов) реагируют с кислотами и кислотными оксидами: $CaO + CO_2 \rightarrow CaCO_3$.
• Кислотные оксиды реагируют с основаниями и основными оксидами: $CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$.
• Амфотерные оксиды и гидроксиды (Al, Zn, Cr(III), Be) реагируют и с кислотами, и со щелочами: $Al_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2O$, $Al_2O_3 + 2NaOH \rightarrow 2NaAlO_2 + H_2O$.
• Кислоты реагируют с металлами (стоящими левее водорода в ряду активности), основными и амфотерными оксидами, основаниями, солями более слабых кислот.
• Основания реагируют с кислотами, кислотными оксидами, солями (если образуется осадок).
• Реакция обмена между солями и другими электролитами идёт только если образуется осадок, газ или слабый электролит (вода): $BaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$.
• Металлы реагируют с растворами солей менее активных металлов: $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$.
• Неметаллы (простые вещества) реагируют с металлами, водородом, друг с другом и с некоторыми сложными веществами по правилам окислительно-восстановительных реакций.

Методы решения

1. Метод «по классу вещества». Определяем, к какому классу относится данное вещество, и вспоминаем список типичных партнёров для реакции. Пример: если дан $Na_2O$ — это основный оксид, он реагирует с водой, кислотами и кислотными оксидами.

2. Метод ряда активности металлов. Используется для реакций металла с кислотами и с растворами солей. Пример: $Zn$ реагирует с раствором $CuSO_4$, потому что цинк стоит левее меди: $Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu$. А медь с раствором $ZnSO_4$ не реагирует, так как стоит правее.

3. Метод амфотерности. Применяется, если вещество — оксид или гидроксид алюминия, цинка или хрома(III). Такие вещества реагируют как с кислотами, так и со щелочами. Пример: $Zn(OH)_2 + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + 2H_2O$ и $Zn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2ZnO_2 + 2H_2O$.

4. Метод «проверка признака реакции обмена». Для солей, кислот и оснований, вступающих в реакцию обмена, нужно убедиться, что образуется осадок, газ или вода. Пример: $Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$ — реакция идёт, так как выделяется газ.

5. Метод электронного баланса. Применяется, если в реакции меняются степени окисления (окислительно-восстановительные процессы простых веществ). Пример: $2Al + 3CuCl_2 \rightarrow 2AlCl_3 + 3Cu$ — алюминий отдаёт электроны, медь принимает.

Алгоритм решения по шагам

1. Прочитать, какое вещество дано, и определить его класс (простое вещество, оксид, кислота, основание, соль).
2. Вспомнить общий список веществ, с которыми данный класс реагирует.
3. Просмотреть перечень предложенных реагентов и мысленно «прогнать» каждый по списку возможных партнёров.
4. Для металлов — сверить положение в ряду активности; для оксидов и оснований — проверить кислотный/основной/амфотерный характер; для солей — проверить условие протекания реакции обмена (осадок, газ, вода).
5. Отбросить вещества, с которыми реакция невозможна (например, металл после водорода не реагирует с кислотой-неокислителем, а нерастворимая соль не образует новую нерастворимую соль).
6. Составить уравнение для каждого из двух подходящих веществ.
7. Расставить коэффициенты, проверить баланс атомов слева и справа.
8. При необходимости отметить признак реакции: $\downarrow$ — осадок, $\uparrow$ — газ.

Разбор примеров

Пример 1. Дано вещество — оксид кальция $CaO$. Из предложенного перечня (вода, оксид углерода(IV), хлорид натрия, медь) выберите два вещества, с которыми реагирует оксид кальция. Составьте уравнения реакций.

Шаг 1. $CaO$ — основный оксид (оксид активного металла).

Шаг 2. Основные оксиды реагируют с водой (если образуется растворимое или малорастворимое основание), с кислотами и с кислотными оксидами.

Шаг 3. Из перечня подходят вода $H_2O$ и оксид углерода(IV) $CO_2$ — это кислотный оксид. Хлорид натрия — соль, с оксидами не реагирует. Медь — металл, с основными оксидами не реагирует.

Шаг 4. Записываем уравнения: $$CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$$ $$CaO + CO_2 \rightarrow CaCO_3$$

Шаг 5. Проверка баланса: оба уравнения уже сбалансированы (коэффициенты равны 1), атомы Ca, O, H, C совпадают слева и справа.

Пример 2. Дано вещество — цинк $Zn$. Из перечня (соляная кислота, гидроксид натрия, хлорид натрия, оксид углерода(IV)) выберите два вещества, с которыми реагирует цинк. Составьте уравнения реакций.

Шаг 1. Цинк — амфотерный металл, стоит в ряду активности левее водорода.

Шаг 2. Металлы левее водорода реагируют с кислотами-неокислителями с выделением водорода. Амфотерные металлы дополнительно реагируют со щелочами.

Шаг 3. Из перечня подходят соляная кислота $HCl$ и гидроксид натрия $NaOH$. Хлорид натрия — соль активного металла, цинк её вытеснить не может (цинк стоит правее натрия). Оксид углерода(IV) — кислотный оксид, с металлами не реагирует.

Шаг 4. Записываем уравнения: $$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$$ $$Zn + 2NaOH \rightarrow Na_2ZnO_2 + H_2\uparrow$$

Шаг 5. Проверка баланса: в первом уравнении атомы Zn — 1=1, Cl — 2=2, H — 2=2; во втором Zn — 1=1, Na — 2=2, O — 2=2, H — 2=2. Коэффициенты верны.

Пример 3. Дано вещество — хлорид бария $BaCl_2$. Из перечня (сульфат натрия, оксид меди(II), железо, оксид углерода(IV)) выберите два вещества, с которыми реагирует хлорид бария. Составьте уравнения реакций.

Шаг 1. $BaCl_2$ — растворимая соль.

Шаг 2. Соли реагируют с другими солями и с кислотами по правилу обмена, если образуется осадок, газ или вода.

Шаг 3. Из перечня сульфат натрия $Na_2SO_4$ подходит — при взаимодействии образуется нерастворимый сульфат бария (осадок). Оксид меди(II), железо и оксид углерода(IV) с растворимой солью бария в стандартных условиях не реагируют (оксиды и простые металлы не вступают с солями в обменные реакции без дополнительных условий).

Поскольку по условию нужно выбрать именно два вещества, а очевидным является только сульфат натрия, для полноты примера рассмотрим расширенный перечень: сульфат натрия, нитрат серебра, хлорид калия, оксид меди(II). Тогда подходят сульфат натрия и нитрат серебра.

Шаг 4. Записываем уравнения: $$BaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$$ $$BaCl_2 + 2AgNO_3 \rightarrow 2AgCl\downarrow + Ba(NO_3)_2$$

Шаг 5. Проверка баланса: первое уравнение — Ba 1=1, Cl 2=2, Na 2=2, S 1=1, O 4=4; второе — Ba 1=1, Cl 2=2, Ag 2=2, N 2=2, O 6=6. Оба уравнения корректны, в обоих случаях признак реакции — выпадение осадка.

Типичные ошибки и ловушки

• Забыли коэффициенты. Даже если реагенты и продукты верны, без правильно расставленных коэффициентов балл не ставится.
• Путают амфотерные и обычные оксиды/гидроксиды. Например, забывают, что $Al(OH)_3$ реагирует и с кислотой, и со щёлочью, а не только с одним из них.
• Не проверяют ряд активности. Часто выбирают металл, который не может вытеснить другой металл или водород, потому что стоит правее в ряду.
• Пишут реакцию обмена, которая на самом деле не идёт. Например, соединяют две растворимые соли, не образующие осадка — реакция обмена в таком случае не протекает, и уравнение писать нельзя.
• Путают формулы солей. Неправильно определяют заряды ионов, из-за чего формула получается с ошибкой (например, вместо $Na_2ZnO_2$ пишут $NaZnO_2$).
• Забывают указывать признаки реакции. Хотя это не всегда строго обязательно, отсутствие $\downarrow$ или $\uparrow$ иногда считается недочётом при оформлении.
• Выбирают вещество «на глаз», без проверки условий. Нужно всегда мысленно проверять: с солями — правило обмена, с металлами — ряд активности, с оксидами — кислотный/основной характер.

Как готовиться

• Выучить наизусть ряд активности металлов и уметь быстро определять положение элемента.
• Освоить таблицу растворимости солей и оснований — без неё невозможно понять, идёт ли реакция обмена.
• Повторить свойства всех классов неорганических соединений по учебнику, составляя для каждого класса короткий список «с чем реагирует».
• Регулярно решать задания из открытого банка ФИПИ и разбирать разборы прошлых лет — форма заданий почти не меняется, меняются только вещества.
• После каждой ошибки заносить её в отдельный список и периодически повторять — большинство ошибок повторяются из-за незнания одного и того же правила.
• Тренироваться писать уравнения от руки с расстановкой коэффициентов — на экзамене автоматизм экономит время.