Задание 5 ОГЭ по химии: типы химической связи и строение молекул

Что проверяет задание

Задание 5 ОГЭ по химии проверяет умение определять вид химической связи в веществе по его формуле или названию. Проверяется понимание трёх основных типов связи: ионной, ковалентной полярной и ковалентной неполярной. Также задание косвенно проверяет знание положения элементов в периодической системе, умение определять металлы и неметаллы, а также способность классифицировать вещества по составу (простые и сложные).

В отличие от заданий на строение атома, здесь важна не электронная конфигурация сама по себе, а результат взаимодействия атомов — то, каким образом образуется связь между ними и как это связано с электроотрицательностью элементов.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типовая формулировка звучит так: «Из предложенного перечня выберите два вещества (или две пары веществ), для которых характерна такая-то связь (или сочетание видов связи)». Дано пять вариантов ответа, из них нужно выбрать два, соответствующих условию.

Ответ записывается в виде двух цифр без пробелов и знаков препинания, порядок цифр не важен — засчитываются оба варианта записи (например, 25 и 52). Задание оценивается в 1 балл, который ставится только за полностью верный ответ — оба номера должны совпасть с эталоном. Частичного балла за один верный номер из двух не предусмотрено.

Что нужно знать

• Ковалентная неполярная связь — связь между атомами одного и того же неметалла (простые вещества-неметаллы): $H_2$, $O_2$, $N_2$, $Cl_2$, $F_2$, $Br_2$, $I_2$, $S_8$, $P_4$, алмаз, графит.
• Ковалентная полярная связь — связь между атомами разных неметаллов в сложном веществе: $HCl$, $H_2O$, $CO_2$, $NH_3$, $SO_3$, $SiO_2$, $H_2S$, оксиды неметаллов, кислоты, большинство органических веществ.
• Ионная связь — связь между типичным металлом (I–II группа, главные подгруппы) и неметаллом, а также между катионом металла и кислотным остатком: $NaCl$, $KCl$, $BaCl_2$, $Na_2O$, $Li_2O$, $CaO$, соли, основания (щёлочи).
• Металлическая связь — связь между атомами металлов в чистом виде или в сплавах (в задании 5 встречается редко, но нужно уметь отличать): $Na$, $Fe$, $Cu$, сплавы.
• Электроотрицательность — способность атома притягивать общую электронную пару. Чем больше разница электроотрицательностей атомов, тем более полярна связь; при очень большой разнице связь становится ионной.
• Общее правило: металл + неметалл → ионная связь; неметалл + тот же неметалл → ковалентная неполярная; неметалл + другой неметалл → ковалентная полярная.
• Исключения и пограничные случаи: соединения металлов с водородом (гидриды типа $NaH$) — ионная связь; связь между атомами с близкой электроотрицательностью (например, $Si$ и $H$) — слабополярная ковалентная, но в задании считается полярной, если элементы разные.
• Сложные вещества, содержащие ион металла и кислотный остаток (соли), всегда имеют ионную связь между катионом металла и анионом кислотного остатка, даже если внутри кислотного остатка есть ковалентные связи (например, в $Na_2SO_4$ связь Na–O ионная, а S–O ковалентная полярная, но для задания важен общий тип связи вещества, который определяется по формуле в целом как ионный).

Методы решения

Метод 1. Определение по составу — простое или сложное вещество. Если вещество состоит из атомов одного элемента — это простое вещество, и связь в нём либо ковалентная неполярная (неметалл), либо металлическая (металл). Если вещество состоит из атомов разных элементов — связь либо ковалентная полярная, либо ионная, в зависимости от природы элементов. Пример: $Cl_2$ — простое вещество, неметалл, связь ковалентная неполярная. $HCl$ — сложное вещество, два неметалла, связь ковалентная полярная.

Метод 2. Определение по классу элементов (металл/неметалл). Нужно чётко знать расположение металлов и неметаллов в таблице. Металлы — это элементы I–III групп главных подгрупп (кроме бора и водорода), а также большинство переходных металлов. Неметаллы — это элементы, расположенные правее диагонали бор–астат в периодической системе, а также водород. Пример: в паре $Na$ и $Cl$ (то есть в веществе $NaCl$) натрий — металл, хлор — неметалл, значит, связь ионная.

Метод 3. Анализ оксидов. Оксиды типичных металлов (щелочных и щёлочноземельных) — ионные соединения: $Na_2O$, $CaO$, $Li_2O$, $BaO$. Оксиды неметаллов — ковалентные полярные: $CO_2$, $SO_3$, $SiO_2$, $Cl_2O_7$. Оксиды переходных металлов в высоких степенях окисления могут проявлять смешанный характер, но в заданиях ОГЭ обычно рассматриваются как ионные, если металл типичный, и как ковалентные полярные, если это оксид неметалла или переходного металла в высшей степени окисления (например, $Mn_2O_7$ имеет ковалентную полярную связь, так как проявляет кислотные свойства). Пример: $SiO_2$ — оксид неметалла кремния, связь ковалентная полярная.

Метод 4. Работа с солями и основаниями. Все соли (соединения металла и кислотного остатка) и щёлочи (соединения металла и гидроксогруппы) считаются веществами с ионной связью между катионом металла и анионом. Пример: $CuCl_2$ — хлорид меди — металл и кислотный остаток, связь ионная.

Метод 5. Проверка на «одинаковый неметалл». Если в формуле вещества присутствуют только атомы одного и того же неметалла (простое вещество), это верный признак ковалентной неполярной связи. Если атомов неметаллов два разных вида — связь полярная. Пример: $O_2$ — один и тот же неметалл кислород, связь ковалентная неполярная; $H_2O$ — водород и кислород разные, связь ковалентная полярная.

Алгоритм решения по шагам

1. Прочитать условие и понять, что именно требуется найти: одну пару, две пары одного типа связи, или две пары с разными типами связи.
2. Выписать все пять предложенных вариантов ответа отдельно, каждый разбить на составляющие вещества.
3. Для каждого вещества определить, простое оно или сложное.
4. Для простых веществ определить, металл это или неметалл, и указать тип связи (металлическая или ковалентная неполярная).
5. Для сложных веществ определить состав: есть ли металл. Если металл есть — связь ионная. Если металла нет, оба элемента неметаллы — связь ковалентная полярная.
6. Сопоставить полученный тип связи для каждого вещества в паре с условием задания.
7. Отобрать те варианты (пары), где оба вещества соответствуют требуемому условию (одному типу связи или комбинации типов).
8. Проверить, что выбраны ровно два номера, соответствующие условию, и записать их в ответ без пробелов.
9. Перепроверить пограничные случаи (переходные металлы, амфотерные оксиды) по общим правилам, изложенным выше.

Разбор примеров

Пример 1. Условие: выбрать две пары веществ, для каждого из которых характерна ковалентная полярная связь. Варианты:

1. оксид натрия $Na_2O$ и оксид хлора(VII) $Cl_2O_7$
2. оксид кремния $SiO_2$ и аммиак $NH_3$
3. хлорид лития $LiCl$ и кислород $O_2$
4. сероводород $H_2S$ и хлор $Cl_2$
5. оксид серы(VI) $SO_3$ и хлороводород $HCl$

Шаг 1. Разбираем вариант 1: $Na_2O$ — натрий типичный металл, кислород неметалл, значит связь ионная. Уже на этом этапе вариант 1 отпадает, так как для пары нужны оба вещества с ковалентной полярной связью.

Шаг 2. Вариант 2: $SiO_2$ — кремний и кислород оба неметаллы, разные элементы, связь ковалентная полярная. $NH_3$ — азот и водород оба неметаллы, разные элементы, связь ковалентная полярная. Оба вещества подходят — вариант 2 верный.

Шаг 3. Вариант 3: $LiCl$ — литий металл, хлор неметалл, связь ионная. Вариант не подходит.

Шаг 4. Вариант 4: $H_2S$ — водород и сера, оба неметаллы, разные элементы, связь ковалентная полярная. $Cl_2$ — простое вещество, один и тот же неметалл хлор, связь ковалентная неполярная, а не полярная. Значит, вариант 4 не подходит, так как второе вещество не соответствует условию.

Шаг 5. Вариант 5: $SO_3$ — сера и кислород, оба неметаллы, разные элементы, связь ковалентная полярная. $HCl$ — водород и хлор, оба неметаллы, разные элементы, связь ковалентная полярная. Оба вещества подходят — вариант 5 верный.

Итог: подходят варианты 2 и 5. Ответ: 25 (или 52).

Пример 2. Условие: выбрать две пары, где для одного вещества характерна ионная связь, а для другого — ковалентная неполярная. Варианты:

1. хлорид натрия $NaCl$ и хлор $Cl_2$
2. водород $H_2$ и хлор $Cl_2$
3. хлорид меди(II) $CuCl_2$ и хлороводород $HCl$
4. оксид магния $MgO$ и бром $Br_2$
5. вода $H_2O$ и магний $Mg$

Шаг 1. Вариант 1: $NaCl$ — натрий металл, хлор неметалл, связь ионная. $Cl_2$ — простое вещество, один и тот же неметалл, связь ковалентная неполярная. Комбинация ионная + ковалентная неполярная соблюдена — вариант подходит.

Шаг 2. Вариант 2: $H_2$ и $Cl_2$ — оба простые вещества с ковалентной неполярной связью, ионной связи нет ни у одного. Вариант не подходит.

Шаг 3. Вариант 3: $CuCl_2$ — медь металл, хлор неметалл, связь ионная. $HCl$ — водород и хлор, оба неметаллы, связь ковалентная полярная, а не неполярная. Вариант не подходит, так как второе вещество не ковалентное неполярное.

Шаг 4. Вариант 4: $MgO$ — магний типичный металл, кислород неметалл, связь ионная. $Br_2$ — простое вещество, один и тот же неметалл бром, связь ковалентная неполярная. Комбинация соблюдена — вариант подходит.

Шаг 5. Вариант 5: $H_2O$ — водород и кислород, оба неметаллы, связь ковалентная полярная. $Mg$ — простое вещество металл, связь металлическая, а не ковалентная неполярная. Вариант не подходит.

Итог: подходят варианты 1 и 4. Ответ: 14 (или 41).

Пример 3. Условие: выбрать две пары веществ, для каждого из которых характерна ионная связь. Варианты:

1. хлорид калия $KCl$ и хлороводород $HCl$
2. хлорид бария $BaCl_2$ и оксид натрия $Na_2O$
3. хлорид лития $LiCl$ и оксид меди(II) $CuO$
4. хлорид натрия $NaCl$ и оксид углерода(IV) $CO_2$
5. оксид лития $Li_2O$ и хлор $Cl_2$

Шаг 1. Вариант 1: $KCl$ — калий металл, хлор неметалл, связь ионная. $HCl$ — водород и хлор, оба неметаллы, связь ковалентная полярная. Вариант не подходит, так как второе вещество не ионное.

Шаг 2. Вариант 2: $BaCl_2$ — барий типичный металл (щёлочноземельный), хлор неметалл, связь ионная. $Na_2O$ — натрий типичный металл, кислород неметалл, связь ионная. Оба вещества ионные — вариант подходит.

Шаг 3. Вариант 3: $LiCl$ — литий металл, хлор неметалл, связь ионная. $CuO$ — медь металл, кислород неметалл, связь ионная (оксиды переходных металлов в низкой степени окисления обычно считаются ионными соединениями). Оба вещества ионные — вариант подходит.

Шаг 4. Вариант 4: $NaCl$ — натрий и хлор, связь ионная. $CO_2$ — углерод и кислород, оба неметаллы, связь ковалентная полярная. Вариант не подходит.

Шаг 5. Вариант 5: $Li_2O$ — литий и кислород, связь ионная. $Cl_2$ — простое вещество, один неметалл, связь ковалентная неполярная. Вариант не подходит.

Итог: подходят варианты 2 и 3. Ответ: 23 (или 32).

Типичные ошибки и ловушки

Частая ошибка — забывать, что связь между атомами одного и того же неметалла в простом веществе является ковалентной неполярной, а не полярной. Ученики иногда автоматически считают любую связь между неметаллами полярной, не проверяя, одинаковые ли это атомы.

Вторая распространённая ошибка — путаница с оксидами переходных металлов. Важно помнить, что оксиды типичных металлов в низких и средних степенях окисления (например, $CuO$, $FeO$, $Fe_2O_3$) обычно рассматриваются как ионные соединения, тогда как оксиды в высоких степенях окисления, проявляющие кислотный характер (например, $CrO_3$, $Mn_2O_7$), имеют ковалентную полярную связь.

Третья ловушка — забывание, что все соли по определению содержат ионную связь между катионом металла и кислотным остатком, даже если формула выглядит сложно (например, $Na_2SO_4$, $CaCO_3$). Не стоит анализировать связи внутри кислотного остатка — для задания важен общий вывод об ионном характере соединения.

Четвёртая ошибка — неверное определение металлов и неметаллов. Некоторые элементы, такие как алюминий, часто ошибочно относят к неметаллам из-за амфотерности его соединений, хотя алюминий — типичный металл, и его соединения с неметаллами (например, $AlCl_3$) при этом могут иметь смешанный, преимущественно ковалентный характер связи из-за небольшого радиуса и высокого заряда иона — такие случаи редко встречаются в заданиях ОГЭ, но стоит быть внимательным к формулировке.

Пятая ошибка — невнимательное чтение условия. Задание может требовать не «два вещества с одинаковой связью», а «пару, где связи разные» — важно чётко понять формулировку перед анализом вариантов, иначе можно правильно определить связи, но неверно отобрать варианты.

Как готовиться

Первый шаг — выучить наизусть расположение металлов и неметаллов в периодической системе, чтобы быстро, без раздумий определять природу элемента по его положению. Полезно составить для себя таблицу типичных металлов (щелочные, щёлочноземельные, алюминий) и типичных неметаллов.

Второй шаг — отработать правило определения типа связи на большом количестве примеров: простые вещества-неметаллы, простые вещества-металлы, оксиды разных типов, соли, кислоты, основания. Полезно решать задания из открытого банка ФИПИ подряд, фиксируя ошибки и возвращаясь к теории по конкретным пробелам.

Третий шаг — тренироваться на пограничных случаях: оксиды переходных металлов в разных степенях окисления, гидриды металлов, амфотерные соединения. Именно эти случаи чаще всего вызывают затруднения на экзамене.

Четвёртый шаг — при решении всегда явно проговаривать про себя (или письменно) для каждого вещества в паре: из чего оно состоит, какие это элементы (металл/неметалл), какой тип связи получается. Такой пошаговый разбор снижает вероятность ошибки из-за спешки.

Пятый шаг — перед экзаменом сделать краткую шпаргалку с ключевыми правилами и исключениями и повторить её несколько раз, чтобы формулы связи типа металл+неметалл = ионная, неметалл+тот же неметалл = ковалентная неполярная, неметалл+другой неметалл = ковалентная полярная закрепились автоматически.