В данной статье представлен пример решения задачи №30 ЕГЭ по химии с подробными пояснениями
Задача №30 – это самое несложное задание из части 2 в билете ЕГЭ по химии. Для выполнения этой задачи нужно всего лишь уметь пользоваться таблицей растворимости и составлять молекулярные и ионные уравнения реакций ионного обмена.
Рассмотрим решение задачи вот с таким условием:
«Для выполнения задания 30 используйте следующий перечень веществ: соляная кислота, перманганат калия, сульфид калия, ацетат магния, фосфат калия, гидроксид алюминия. Допустимо использование водных растворов веществ.
Из предложенного перечня выберите два вещества, между которыми может протекать реакция ионного обмена. В ходе этой реакции образуется слабая одноосновная кислота. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции с участием выбранных веществ.»
Решение:
Для выполнения этого задания нужна таблица растворимости:
Чтобы получить кислоту в ионообменной реакции, нужно подействовать кислотой на соль: произойдет реакция, в которой кислота и соль обменяются своими кислотными остатками, и образуются новая кислота и новая соль.
Поэтому если в условии задачи сказано, что образуется слабая одноосновная кислота, то это значит, что в качестве первого исходного вещества нужно взять соль слабой одноосновной кислоты.
В предложенном перечне довольно много солей: перманганат калия KMnO4, сульфид калия K2S, ацетат магния (CH3COO)2Mg, фосфат калия K3PO4. Давайте выясним, какая из этих четырёх солей удовлетворяет условиям задания.
Перманганат калия – это соль марганцевой кислоты HMnO4, которая относится к сильным кислотам, так что она не подходит.
Какие кислоты сильные, нужно знать наизусть: это серная, соляная, азотная, бромоводородная, йодоводородная, хлорная и марганцевая кислоты. Все остальные кислоты – слабые.
После того, как мы выяснили, что перманганат калия не подходит, у нас остаются на выбор три соли – сульфид калия, фосфат калия и ацетат магния; все эти соли образованы слабыми кислотами. Так что теперь нужно узнать, какая из них образована одноосновной кислотой.
Если есть затруднения с написанием формул солей и определением основности кислот, то может помочь таблица растворимости. В первом столбце находятся анионы кислотных остатков, их заряды численно равны валентности, а значит и основности соответствующей кислоты. Найдя в таблице растворимости ацетат-ион, сульфид-ион и фосфат-ион, подтверждаем, что первый одновалентный, второй двухвалентный, а третий – трёхвалентный. Это значит, что уксусная кислота – одноосновная, сероводородная – двухосновная, а фосфорная – трёхосновная.
Теперь понятно, что сульфид калия и фосфат калия тоже не удовлетворяют условию задания, так как они образованы двух- и трёхосной кислотами.
Остаётся только ацетат магния – соль уксусной кислоты, которая и слабая и одноосновная, так что это и есть наш первый участник ионообменной реакции.
Второй участник ионообменной реакции – соляная кислота HCl, единственная кислота в перечне предложенных веществ.
Всё сходится – более сильная соляная кислота действует на соль более слабой уксусной кислоты, вытесняя из соли уксусную кислоту и образуя с оставшимся металлом новую соль.
Давайте подробно проанализируем составление молекулярного уравнения. Запишем исходные вещества – ацетат магния и соляную кислоту:
Обратите внимание, что в молекуле ацетата магния два кислотных остатка, так как магний – двухвалентный металл, а кислотный остаток уксусной кислоты – одновалентный.
Теперь производим ионный обмен – меняем местами кислотные остатки соли и кислоты. Магний соединяем с хлором, получаем хлорид магния – соль соляной кислоты. Причем атомов хлора нужно два на один атом магния, так как хлор в хлоридах одновалентный, а магний – двухвалентный металл. Водород соединяем с ацетат-ионом в соотношении 1 : 1, потому что они одновалентные:
Нужно поставить коэффициенты 2 перед молекулами соляной и уксусной кислот, чтобы уравнять количество атомов водорода, хлора и ацетат-ионов:
Далее составляем полное ионное уравнение, расписывая на ионы те вещества, которые подвергаются диссоциации в растворе, и оставляя в виде молекул недиссоциирующие вещества.
Разобраться с диссоциацией солей нам поможет таблица растворимости. Находим в верхней части таблицы катион магния, а слева анионы хлорид и ацетат. Мысленно проводим линии вниз от катиона и вправо от анионов, пока они не пересекутся. И в случае хлорида, и в случае ацетата магния мы видим, что на пересечении линий стоит буква «Р». Это значит, что хлорид и ацетат магния – растворимые соли, а следовательно, диссоциируют на ионы в водных растворах.
В отличие от солей, для кислот растворимость в воде еще не означает диссоциацию. Для кислот правило следующее: сильные кислоты диссоциируют на ионы в водных растворах, а слабые не диссоциируют. Поэтому сильную соляную кислоту мы будем записывать в ионном уравнении в виде ионов, а слабую уксусную запишем в виде молекулы.
Но давайте начнём по порядку, с ацетата магния. Мы уже выяснили, что эта соль растворима и распадается на ионы. Из одной молекулы ацетата магния получается два отдельных ацетат-иона, то есть индекс 2, который стоит после скобок в формуле ацетата магния, в ионном уравнении превращается в коэффициент перед ацетат-ионами. Еще при диссоциации образуется один ион магния, который записывается в точности как в таблице растворимости:
Из каждой молекулы соляной кислоты получается один ион водорода и один ион хлора. Коэффициент 2 перед молекулами соляной кислоты относится в равной степени и к тем и к другим полученным из неё ионам, следовательно в ионном уравнении записываем:
Хлорид магния будет распадаться на ион магния и два отдельных иона хлора. Именно два отдельных иона хлора, а не частицу из двух атомов хлора, потому что в таблице растворимости частицы из двух атомов хлора нет!
И добавив две молекулы уксусной кислоты, которая на ионы не распадается, мы получаем окончательный вид полного ионного уравнения:
Еще раз обращаю внимание, что ионы в ионных уравнениях должны быть записаны точно так же, как в таблице растворимости, с точно такими же нижними и верхними индексами. Если записанного Вами иона, например, ионов
в таблице растворимости нет, значит, эти ионы написаны неправильно!
Чтобы получить сокращённое ионное уравнение, сокращаем одинаковые частицы в левой и правой части полного ионного уравнения – по одному иону магния и по два иона хлора:
Остаются в левой части уравнения два ацетат-иона и два иона водорода, а в правой части уравнения – две молекулы уксусной кислоты:
Итак, полный набор уравнений, который должен быть записан в этом задании, выглядит следующим образом:
P.S. Если Вам понравился мой разбор задачи ЕГЭ и Вы хотите заказать столь же подробные решения других задач, пишите мне на электронную почту kkhimiya@internet.ru.
Для учеников, проживающих в моем городе (г. Прокопьевск, Кемеровская область), предлагаю репетиторство по подготовке к ЕГЭ по химии: стоимость одного урока продолжительностью 60 минут – от 700 рублей.
Рассмотрю предложения о сотрудничестве от учебных заведений и репетиторских агентств.