πЕГЭ · ИИ-репетитор12 предметов · задания ФИПИ
Главная → Химия → Курс теории → №8

№8. Свойства неорганических веществ: продукты реакций и выбор реагентов

Задание №8 проверяет умение предсказывать продукты реакции: даны реагенты, нужно выбрать верную запись результата. Здесь решают окислительно-восстановительные тонкости — концентрация кислоты, катализатор, диспропорционирование — и умение видеть невозможный продукт.

Задание устроено так: четыре позиции А, Б, В, Г с реагентами и пять вариантов, среди которых нужно выбрать продукты. Иногда формулировка обратная: даны вещества и наборы реагентов, и нужно найти набор, с каждым компонентом которого вещество реагирует. В обоих случаях ход решения одинаковый: определить тип реакции, расставить степени окисления и предсказать, что получится.

Сначала разделяем реакции на два больших типа. Реакции ионного обмена идут без изменения степеней окисления: здесь важно только, образуется ли осадок, газ или вода. Окислительно-восстановительные реакции меняют степени окисления: здесь нужно найти окислитель и восстановитель и понять, до чего они дойдут. Например, медь с разбавленной серной кислотой не реагирует, потому что водород не может окислить медь, а с концентрированной реагирует, потому что окислителем становится сера со степенью окисления +6.

3Cu + 8HNO3 (разб.) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (kat., t) · 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O (без катализатора)

РеагентыТип реакцииПродукты
Fe + HNO3 (разб.)окислительно-восстановительная, окислитель — азотFe(NO3)3 + NO + H2O
Cu + HNO3 (конц.)окислительно-восстановительнаяCu(NO3)2 + NO2 + H2O
Cu + 2H2SO4 (конц.)окислительно-восстановительная, окислитель — сераCuSO4 + SO2 + 2H2O
NH3 + O2 (kat. Pt, t)каталитическое окислениеNO + H2O
NH3 + O2 (без катализатора)горениеN2 + H2O
2NH3 + 3CuO (t)окисление аммиака оксидом металла3Cu + N2 + 3H2O
2CuS + 3O2 (обжиг)окисляются оба элемента2CuO + 2SO2
2Al + 2NaOH + 6H2Oамфотерность, водород выделяется2Na[Al(OH)4] + 3H2
Al2S3 + 6H2Oнеобратимый гидролиз2Al(OH)3 (осадок) + 3H2S (газ)
Cl2 + H2O2окислитель — хлор, восстановитель — перекись2HCl + O2
TiCl4 + 2Mg (t)металлотермияTi + 2MgCl2

Три правила, которые закрывают большинство ловушек. Первое: кислоты-окислители (HNO3 любой концентрации и концентрированная H2SO4) водород не выделяют никогда — водород в них не восстанавливается, восстанавливается азот или сера. Второе: чем разбавленнее азотная кислота, тем глубже восстанавливается азот: концентрированная даёт NO2, разбавленная — NO, очень разбавленная — NH4NO3. Третье: активные металлы с водой дают гидроксид и водород, а амфотерные металлы со щёлочью — гидроксокомплекс и водород.

Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3 (осадок) + 3H2S (газ)

Типичные ошибки. 1) Пишут водород в продуктах реакции металла с азотной или концентрированной серной кислотой: эти кислоты окисляют за счёт азота и серы, а не за счёт водорода. 2) Считают, что железо с азотной кислотой даёт соль железа со степенью окисления +2: азотная кислота окисляет железо до +3 при любой концентрации. 3) Не различают горение аммиака и каталитическое окисление: без катализатора получается N2, над платиной — NO. 4) Забывают, что при обжиге сульфида окисляются оба элемента, поэтому в продуктах обязательно есть и оксид металла, и оксид серы. 5) Пишут в продуктах гидролиза Al2S3 сероводород и сульфат вместо гидроксида алюминия: гидролиз соли слабого основания и слабой кислоты идёт до конца. 6) Не проверяют баланс: вариант с верным набором веществ, но неверными коэффициентами тоже считается ошибочным.

Проверь себя

  1. Почему в продуктах реакции меди с азотной кислотой нет водорода и что восстанавливается вместо него?
  2. Чем отличаются продукты реакции аммиака с кислородом без катализатора и в присутствии платины?
  3. Какие продукты образуются при обжиге сульфида меди (II) на воздухе и почему окисляются оба элемента?
  4. Какие продукты даёт алюминий в растворе щёлочи и почему это не соль обычного типа?
  5. Как меняется продукт восстановления азотной кислоты при переходе от концентрированной к разбавленной?

Показательные решения

Разбор из банка: аммиак и азотная кислота в разных условиях
Установите соответствие между веществами, вступившими в реакцию, и продуктами их взаимодействия: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой. ФОРМУЛЫ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ A) NH₃ + O₂ →; Б) NH₃ + O₂ → Pt; B) NO₂ + O₂ + H₂O →; Г) NH₃ + CuO → t °. ПРОДУКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 1. HNO₃; 2. Сu + NO₂ + Н₂O; 3. N₂ + Н₂O; 4. Сu + N₂ + Н₂O; 5. NO + Н₂O; 6. HNO₂ + H₂. Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам: A | Б | В | Г
Решение по шагам
  1. Даны четыре реакции, где реагенты похожи, а продукты нужно различить: аммиак с кислородом без катализатора, он же над платиной, оксид азота (IV) с кислородом и водой, аммиак с оксидом меди (II).
  2. Позиция А: аммиак горит в кислороде без катализатора. Азот в аммиаке — восстановитель, и он окисляется до простого вещества, а водород уходит в воду, значит продуктов N2 + H2O. Это вариант 3.
  3. Позиция Б: та же пара веществ, но над платиной идёт каталитическое окисление, и азот окисляется только до степени окисления +2. Получается NO + H2O, вариант 5. Всё различие целиком в катализаторе.
  4. Позиция В: оксид азота (IV) в присутствии кислорода и воды превращается в азотную кислоту — это промышленный способ её получения, вариант 1.
  5. Позиция Г: аммиак с оксидом меди (II) при нагревании. Здесь окислитель — медь, а не азот, поэтому азот аммиака выделяется в виде простого вещества, медь восстанавливается до металла, а водород уходит в воду: Cu + N2 + H2O, вариант 4.
  6. Проверка: в позиции Г водород действительно не выделяется, потому что окислителем служит медь, а не ион водорода, — вариант с H2 был бы грубой ошибкой.
  7. Ответ: 3514.

Ответ: 3514

Официальное решение из банка ФИПИ

Установим соответствие. А) NH₃ + O₂ → N₂ + Н₂O. Б) NH₃ + O₂ → Pt NO + Н₂O. В) NO₂ + O₂ + H₂O → HNO₃. Г) NH₃ + CuO → t ° Сu + N₂ + Н₂O. Ответ: 3514.

Разбор из банка: амфотерность алюминия и гидролиз сульфида
Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами взаимодействия: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой. НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА A) Аl и Н₂O; Б) Аl и NаОН (р − р); B) Al и H₂SO₄ (paзб.); Г) Al₂S₃ и H₂O. ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ 1) гидроксид алюминия и водород; 2) сульфат алюминия и водород; 3) гидроксид алюминия и сероводород; 4) гидроксоалюминат натрия и водород; 5) оксид алюминия и сероводород. Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам: A | Б | В | Г
Решение по шагам
  1. Речь о превращениях алюминия и его соединений: алюминий с водой, алюминий со щёлочью, алюминий с разбавленной серной кислотой и сульфид алюминия с водой.
  2. Алюминий — амфотерный металл, и это свойство даёт разные продукты в разных средах. С водой он реагирует только после удаления оксидной плёнки, и получается именно гидроксид, а не оксид: Al(OH)3 и водород, вариант 1.
  3. Со щёлочью алюминий даёт растворимый гидроксокомплекс и водород: Na[Al(OH)4] + H2, вариант 4.
  4. С разбавленной серной кислотой идёт обычное вытеснение водорода и образуется сульфат алюминия, вариант 2.
  5. Сульфид алюминия в воде подвергается необратимому гидролизу, потому что и основание, и кислота слабые: получаются гидроксид алюминия (осадок) и сероводород (газ), вариант 3.
  6. Проверка: во всех четырёх позициях алюминий уходит либо в осадок, либо в раствор в виде соли, либо в комплекс; газ — это водород или сероводород, но не оксид.
  7. Ответ: 1423.

Ответ: 1423

Официальное решение из банка ФИПИ

Алюминий — амфотерный металл, он способен реагировать с водой (при удалении оксидной пленки), при этом получится гидроксид алюминия и водород. А — 1. При реакции алюминия со щелочью может образоваться соль — гидроксоалюминат и водород. Б — 4. С разбавленной серной кислотой произойдет окисление — образование сульфата алюминия и водорода. В — 2. Сульфид алюминия гидролизуются до гидроксида металла и соответствующего водородного соединения, в данном случае — гидроксида алюминия и сероводорода. Г — 3. Ответ: 1423.

Разбор из банка: наборы реагентов для углерода, кислорода, кремния и железа
Установите соответствие между названием простого вещества и формулами веществ, с каждым из которых оно может взаимодействовать: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой. НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА A) углерод; Б) кислород; B) кремний; Г) железо. ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ 1. HCl, СuSO₄, H₂O; 2. Al, NH₃, FeS; 3. CaO, CuO, H₂SO₄ (конц.); 4. H₂SO₄, CuO, AlCl₃; 5. NaOH (р − р), Mg, C; 6. SiO₂, BaSO₄, KOH. Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам: A | Б | В | Г
Решение по шагам
  1. В задании четыре простых вещества — углерод, кислород, кремний и железо, и для каждого нужно выбрать набор реагентов, с которыми оно реагирует.
  2. Углерод восстанавливает металлы из их оксидов, реагирует с серой, а также окисляется концентрированной серной кислотой. Подходит набор 3: CaO + C, CuO + C и H2SO4 (конц.) + C.
  3. Кислород — окислитель для алюминия, аммиака и сульфида железа, причём в последнем случае окисляются оба элемента. Это набор 2.
  4. Кремний реагирует с раствором щёлочи, с магнием и с углеродом: Si + NaOH + H2O, Si + Mg и Si + C. Это набор 5.
  5. Железо как активный металл вытесняет водород из кислот, вытесняет медь из её соли и реагирует с перегретым водяным паром. Это набор 1.
  6. Проверка: в каждом выбранном наборе все три реагента дают реакцию с веществом — например, для углерода набор, где есть вода или щёлочь, не подошёл бы.
  7. Ответ: 3251.

Ответ: 3251

Официальное решение из банка ФИПИ

Установим соответствие. A) Углерод восстанавливает кальций и медь из их оксидов, а также серу при взаимодействии с концентрированной серной кислотой (3): CaO + C = CaC₂ + CO; CuO + C = Cu + CO; H₂SO₄ (конц.) + C = CO₂ + H₂O + SO₂. Б) Кислород окисляет алюминий, аммиак и сульфид железа (2): Al + O₂ = Al₂O₃; NH₃ + O₂ = N₂ + H₂O; FeS + O₂ = Fe₂O₃ + SO₂. B) Кремний взаимодействует с водным раствором щелочи, с магнием и с углеродом (5): Si + NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + H₂; Si + Mg = Mg₂Si; Si + C = SiC. Г) Железо активный металл, вытесняет водород из кислот и медь из ее солей, а также взаимодействует с водой (1): Fe + HCl = FeCl₂ + H₂; Fe + CuSO₄ = Cu + FeSO₄; Fe + H₂O = Fe₃O₄ + H₂. Ответ: 3251.

Открыть раздел в тренажёре

← Все разделы курса по химии · Решать задания №8