Задание 23 ОГЭ по химии: экспериментальная задача с реактивами

Что проверяет задание

Задание 23 — практико-ориентированная экспериментальная задача. Проверяется умение:

• выбирать из предложенного перечня веществ те, что нужны для проведения конкретного опыта;
• предсказывать результат взаимодействия веществ (осадок, газ, изменение цвета, запах);
• записывать уравнения реакций в молекулярном, полном и кратком ионном виде;
• использовать качественные реакции для доказательства состава вещества или наличия определённого иона;
• соблюдать правила безопасной работы с химическими реактивами (эта часть обычно проверяется устно на экзамене, но логика та же).

Все восемь комплектов (1–8) построены по одной схеме: дан набор из 5–6 веществ (обычно растворы солей, кислот, щелочей, иногда простые вещества или оксиды), и нужно с их помощью получить указанное вещество и/или подтвердить наличие конкретного иона либо класса соединений.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка: «Используя предложенный перечень веществ (реактивов), проведите два опыта, подтверждающих качественный состав раствора вещества X» или «получите вещество Y и докажите его принадлежность к определённому классу соединений». Даётся список из 5–6 веществ, из которых нужно выбрать не более двух-трёх для каждого опыта.

За задание можно получить максимум 4 балла:

• 1 балл — за верно составленное молекулярное уравнение первого опыта;
• 1 балл — за верное ионное уравнение (полное и краткое) первого опыта с указанием признака реакции;
• аналогично 2 балла — за второй опыт.

Ответ без уравнений реакций или без указания наблюдаемых признаков (изменение окраски, выпадение осадка, выделение газа) не засчитывается полностью, даже если выбор веществ верный.

Что нужно знать

• Ряд активности металлов и правило вытеснения: более активный металл вытесняет менее активный из раствора соли.
• Таблица растворимости солей, оснований, кислот — что выпадает в осадок, что растворимо.
• Качественные реакции на катионы:
• $Ba^{2+}$ + $SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$ (белый осадок, не растворяется в кислотах);
• $Ag^{+}$ + $Cl^{-} \rightarrow AgCl\downarrow$ (белый осадок, темнеет на свету);
• $Cu^{2+}$ + $2OH^{-} \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow$ (голубой осадок);
• $Fe^{3+}$ + $3OH^{-} \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow$ (бурый осадок);
• $Fe^{2+}$ + $2OH^{-} \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow$ (белый осадок, зеленеет на воздухе).
• Качественные реакции на анионы:
• карбонат-ион: $CO_3^{2-} + 2H^{+} \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$ (вскипание, помутнение известковой воды);
• сульфат-ион: реакция с $Ba^{2+}$;
• хлорид-ион: реакция с $Ag^{+}$;
• сульфит-ион: с кислотой выделяется $SO_2$ с резким запахом.
• Индикаторы: лакмус (красный в кислой среде, синий в щелочной), фенолфталеин (малиновый в щелочной), метилоранж (красный в кислой, жёлтый в щелочной).
• Правило написания ионных уравнений: сильные электролиты (растворимые соли, сильные кислоты и щёлочи) записываются в виде ионов, слабые электролиты, осадки и газы — в молекулярном виде.
• Условия протекания реакции обмена: должен образоваться осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (вода).

Методы решения

1. Метод качественных реакций на катион. Если нужно доказать наличие иона металла, подбирают реактив, дающий характерный по цвету осадок с гидроксид-ионом или другим специфичным реагентом. Пример: чтобы доказать наличие $Cu^{2+}$ в растворе, добавляют щёлочь — выпадает голубой осадок $Cu(OH)_2$.

2. Метод качественных реакций на анион. Для анионов (карбонат, сульфат, хлорид) выбирают реактив, дающий осадок определённого цвета и свойств (растворимость в кислотах). Пример: чтобы доказать наличие $SO_4^{2-}$, приливают раствор $BaCl_2$ — образуется белый осадок $BaSO_4$, нерастворимый в кислотах.

3. Метод определения среды раствора с помощью индикатора. Если требуется подтвердить кислотный или щелочной характер вещества, используют лакмус или фенолфталеин. Пример: раствор $NaOH$ окрашивает фенолфталеин в малиновый цвет — подтверждение щёлочи.

4. Метод вытеснения через ряд активности металлов. Используется, когда нужно получить металл или доказать его активность. Пример: железная пластинка, помещённая в раствор $CuSO_4$, покрывается красным налётом меди: $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$.

5. Метод получения вещества «в два действия» через промежуточный продукт. Если нужного вещества нет в перечне напрямую, его получают реакцией из двух других веществ списка, а затем используют для доказательства свойств. Пример: получить $Cu(OH)_2$ из $CuSO_4$ и $NaOH$, а затем растворить его в кислоте для подтверждения амфотерности/основных свойств.

Алгоритм решения по шагам

1. Внимательно прочитать список предложенных веществ и определить их формулы, класс и агрегатное состояние (раствор, твёрдое вещество).
2. Понять итоговую цель: что нужно получить или какой ион/класс доказать.
3. Для каждого из двух требуемых опытов подобрать пару реактивов, дающих чёткий, однозначный визуальный эффект (осадок конкретного цвета, газ с запахом, изменение окраски индикатора).
4. Проверить, что выбранные вещества совместимы по условиям задачи (не более указанного числа реактивов на опыт, вещества действительно есть в перечне).
5. Составить молекулярное уравнение реакции, расставить коэффициенты.
6. Составить полное ионное уравнение: разложить сильные электролиты на ионы.
7. Сократить одинаковые ионы слева и справа, получить краткое ионное уравнение.
8. Указать наблюдаемый признак реакции (цвет осадка, запах газа, изменение окраски раствора).
9. Повторить шаги 5–8 для второго опыта.
10. Проверить итоговый ответ на соответствие вопросу задания (действительно ли доказан именно тот ион или свойство, которое требовалось).

Разбор примеров

Пример 1. Дан раствор, содержащий сульфат меди(II). В перечне реактивов: раствор гидроксида натрия, раствор хлорида бария, раствор соляной кислоты, лакмус, вода. Требуется провести два опыта, подтверждающих качественный состав вещества (наличие катиона меди и сульфат-иона).

Шаг 1. Определяем формулу исходного вещества: $CuSO_4$, то есть в растворе присутствуют ионы $Cu^{2+}$ и $SO_4^{2-}$.

Шаг 2. Опыт на катион меди: берём раствор гидроксида натрия.

Молекулярное уравнение: $$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$$

Полное ионное уравнение: $$Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^{+} + 2OH^{-} \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + 2Na^{+} + SO_4^{2-}$$

Краткое ионное уравнение: $$Cu^{2+} + 2OH^{-} \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow$$

Признак реакции: выпадает голубой студенистый осадок — доказано наличие ионов $Cu^{2+}$.

Шаг 3. Опыт на сульфат-ион: берём раствор хлорида бария.

Молекулярное уравнение: $$CuSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + CuCl_2$$

Полное ионное уравнение: $$Cu^{2+} + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^{-} \rightarrow BaSO_4\downarrow + Cu^{2+} + 2Cl^{-}$$

Краткое ионное уравнение: $$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$$

Признак реакции: образуется белый осадок, не растворимый в соляной кислоте — доказано наличие сульфат-иона.

Пример 2. Дан раствор карбоната натрия. Реактивы: раствор соляной кислоты, известковая вода $Ca(OH)_2$, лакмус, хлорид бария, вода. Требуется доказать наличие карбонат-иона и щелочной характер раствора.

Шаг 1. Формула вещества: $Na_2CO_3$, диссоциирует на $2Na^{+}$ и $CO_3^{2-}$.

Шаг 2. Доказательство щелочной среды: добавляем лакмус к исходному раствору. Лакмус синеет — раствор карбоната натрия имеет щелочную реакцию за счёт гидролиза по аниону. Это качественное наблюдение, уравнение реакции гидролиза можно записать так: $$CO_3^{2-} + H_2O \leftrightarrow HCO_3^{-} + OH^{-}$$

Шаг 3. Доказательство карбонат-иона: приливаем соляную кислоту.

Молекулярное уравнение: $$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$$

Полное ионное уравнение: $$2Na^{+} + CO_3^{2-} + 2H^{+} + 2Cl^{-} \rightarrow 2Na^{+} + 2Cl^{-} + H_2O + CO_2\uparrow$$

Краткое ионное уравнение: $$CO_3^{2-} + 2H^{+} \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$$

Признак: наблюдается «вскипание» — выделение бесцветного газа без запаха. Для дополнительного подтверждения газ пропускают через известковую воду:

$$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$$

Признак: известковая вода мутнеет — подтверждает, что выделившийся газ именно $CO_2$.

Пример 3. Дан образец, содержащий хлорид железа(III). Реактивы: раствор гидроксида натрия, раствор нитрата серебра, раствор соляной кислоты, вода. Требуется доказать наличие катиона железа(III) и хлорид-иона.

Шаг 1. Формула вещества: $FeCl_3$, диссоциирует на $Fe^{3+}$ и $3Cl^{-}$.

Шаг 2. Опыт на катион железа(III): добавляем раствор гидроксида натрия.

Молекулярное уравнение: $$FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl$$

Полное ионное уравнение: $$Fe^{3+} + 3Cl^{-} + 3Na^{+} + 3OH^{-} \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3Na^{+} + 3Cl^{-}$$

Краткое ионное уравнение: $$Fe^{3+} + 3OH^{-} \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow$$

Признак реакции: выпадает осадок бурого (красно-коричневого) цвета — подтверждает наличие $Fe^{3+}$.

Шаг 3. Опыт на хлорид-ион: добавляем раствор нитрата серебра.

Молекулярное уравнение: $$FeCl_3 + 3AgNO_3 \rightarrow 3AgCl\downarrow + Fe(NO_3)_3$$

Полное ионное уравнение: $$Fe^{3+} + 3Cl^{-} + 3Ag^{+} + 3NO_3^{-} \rightarrow 3AgCl\downarrow + Fe^{3+} + 3NO_3^{-}$$

Краткое ионное уравнение: $$Ag^{+} + Cl^{-} \rightarrow AgCl\downarrow$$

Признак реакции: образуется белый осадок, темнеющий на свету — подтверждает наличие хлорид-иона.

Типичные ошибки и ловушки

• Использование в ионных уравнениях слабых электролитов и осадков в виде отдельных ионов — это грубая ошибка, они всегда пишутся как целые молекулы.
• Пропуск указания видимого признака реакции: без слов «выпадает осадок такого цвета» или «выделяется газ с запахом» балл за опыт не засчитывается, даже при верном уравнении.
• Выбор «лишних» реактивов сверх разрешённого количества — задание чётко ограничивает число веществ на один опыт.
• Неверная расстановка коэффициентов при составлении молекулярного уравнения, что приводит к ошибке в ионном уравнении.
• Путаница между качественными реакциями на похожие ионы (например, использование $BaCl_2$ для доказательства карбонат-иона вместо кислоты — реакция пройдёт, но осадок $BaCO_3$ растворяется в кислотах, в отличие от $BaSO_4$, и это нужно учитывать при выборе доказательства).
• Забывание проверить, что итоговое вещество действительно относится к тому классу или содержит тот ион, который требовалось доказать по условию задачи.

Как готовиться

1. Выучить наизусть таблицу растворимости и все основные качественные реакции на распространённые катионы и анионы — без этого задание не решить быстро.
2. Тренироваться писать полные и краткие ионные уравнения для десятков типовых реакций обмена, вытеснения и разложения.
3. Разобрать все восемь официальных комплектов реактивов из открытого банка заданий, повторяя алгоритм: определение формулы вещества → выбор реактива → уравнение → признак.
4. Обращать внимание на цвет осадков и характерные признаки газов — часто именно они определяют, засчитан ли опыт.
5. Проверять решения по критериям: каждое из двух опытов должно содержать молекулярное уравнение, ионное уравнение и описание признака — это стандартная структура ответа на 4 балла.
6. Регулярно решать задания на время, чтобы автоматизировать выбор реактивов и не тратить лишнее время на поиск подходящей пары веществ во время экзамена.