В данной статье представлен пример решения задачи №24 ЕГЭ по химии с подробными пояснениями (кому некогда читать подробный разбор, можете пролистать в самый конец статьи – там даны итоговые краткие ответы)
Задача №24 – это задача на знание качественных реакций: в ней может быть предложено установить соответствие между парой веществ и реактивом, с помощью которого эти вещества можно различить. Или возможен еще другой вариант данной задачи – установить соответствие между реагирующими веществами и визуальным признаком реакции.
Задачи первого вида – более сложные, поэтому для подробного разбора я выбрала задачу вот с таким условием:
«Установите соответствие между формулами двух веществ и реактивом, с помощью которого можно различить эти вещества: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами».
Решение:
При решении этой задачи лучше всего использовать следующий подход – берём «реактивы» и думаем, для определения каких веществ эти реактивы подходят. И для начала проще считать, что для каждой пары веществ подходит отдельный реактив, то есть у нас четыре правильных ответа и один лишний, пока не доказано обратное.
В данном случае стоит начать с лакмуса, хоть он и стоит последним в списке. Лакмус используется для определения реакции среды, поэтому с его помощью мы можем отличить или кислоты и щелочи или соли с разным типом гидролиза.
На первый взгляд кажется, что пары «кислота – щелочь» у нас нет, потому что ни в одной из формул веществ не наблюдается гидроксильной группы ОН. Есть две кислоты (они точно не подходят), и есть две пары солей – ну что, давайте посмотрим повнимательнее на них.
Сульфат натрия Na2SO4 и нитрат калия KNO3 не подвергаются гидролизу – их нельзя различить с помощью раствора лакмуса. Хлорид алюминия AlCl3 и хлорид магния MgCl2 – эти соли гидролизуются по катиону, так что их тоже нельзя различить с помощью раствора лакмуса.
Поэтому пора вспомнить, что не только растворы щелочей являются основаниями, а ещё и аммиак. И хотя автор задачи специально чтобы запутать учеников дал не растворы соляной кислоты и аммиака, а газообразные хлороводород и аммиак, всё равно эти вещества обладают свойствами кислоты и основания соответственно. И если пропускать газообразный хлороводород в раствор лакмуса, то этот раствор окрасится в красный цвет, а если в раствор лакмуса пропускать газообразный аммиак – то в синий.
Итак, мы нашли первое соответствие – газообразные хлороводород и аммиак можно различить с помощью раствора лакмуса.
Если мы уже начали анализировать задачу с последнего из реактивов, давайте так и пойдем дальше снизу вверх, и тогда следующий реактив, с помощью которого мы попробуем различить пару веществ, это будет медь Cu.
Из веществ, которые нужно различать, остались две пары солей и пара кислот. Металлы могут реагировать и с кислотами и с солями. Давайте вспомним, что мы знаем об этих реакциях.
С растворами солей металлы могут реагировать только в том случае, если металл, взаимодействующий с солью, более активен чем тот металл, который находится в составе соли. В ряду активности металлы расположены по уменьшению активности слева направо.
Металлы, присутствующие в наших солях, ‒ калий, натрий, магний и алюминий – все они расположены в данном ряду левее меди. Следовательно, медь не реагирует с раствором ни одной из этих солей и различить их с помощью меди невозможно.
Значит, остаются только кислоты – азотная HNO3 и соляная HCl. На первый взгляд может показаться, что и кислоты не являются правильным ответом, ведь металлы, стоящие в ряду активности после водорода – а медь является именно таким металлом – не вытесняют водород из кислот.
Но тут нужно помнить, что азотная кислота – это особая кислота, которая реагирует и с металлами, стоящими в ряду активности после водорода, а сам водород в реакциях металлов с азотной кислотой не выделяется.
С разбавленной азотной кислотой медь реагирует следующим образом:
Выделяющийся оксид азота (II) NO – бесцветный прозрачный газ, внешне не отличающийся от водорода, но в данном случае этого и не нужно, потому что с соляной кислотой медь как металл, стоящий после водорода в ряду активности, реагировать не будет.
Таким образом, с помощью меди можно различить соляную кислоту, с которой медь не реагирует, и азотную кислоту, с которой медь реагирует с выделением газа.
Нам осталось различить две пары солей и три реактива, с помощью которых предлагается это сделать – сульфат кальция CaSO4, раствор нитрата бария Ba(NO3)2 и раствор гидроксида натрия NaOH.
Обратите внимание, что у гидроксида натрия и нитрата бария указано, что это растворы, а у сульфата кальция – не указано, и это должно навести на мысль, что сульфат кальция – не раствор, а твёрдое вещество. Действительно, если найти сульфат кальция в таблице растворимости, то мы увидим, что это вещество малорастворимо.
Малорастворимый сульфат кальция не будет реагировать с растворами других солей; это тот самый «лишний» реактив, который добавлен, чтобы запутать ученика.
После того, как мы исключили сульфат кальция, остаются два реактива – раствор нитрата бария и раствор гидроксида натрия. Давайте сначала попробуем выяснить, что мы можем различить с помощью раствора нитрата бария.
Растворы солей реагируют между собой только в том случае, если одна из полученных при обмене солей выпадает в осадок. Поэтому пробуем составить реакции обмена нитрата бария со всеми четырьмя солями и по таблице растворимости находим, продукт какой из реакций является нерастворимым веществом.
Реакция нитрата бария и сульфата натрия сразу же даёт положительный результат:
Впрочем, те кто знают, что взаимодействие с растворимыми солями бария – это качественная реакция на сульфаты, сразу поймут, что с помощью раствора нитрата бария можно различить растворы сульфата натрия и нитрата калия. При взаимодействии раствора нитрата бария с раствором сульфата натрия будет выпадать белый осадок сульфата бария, а реакцию нитрата бария с нитратом калия проводить бессмысленно – два нитрата не будут реагировать между собой.
Но давайте на всякий случай попробуем установить, что получится при реакциях раствора нитрата бария с растворами хлорида алюминия и хлорида магния:
По таблице растворимости можно увидеть, что все новые соли – хлорид бария, нитрат алюминия и нитрат магния – растворимы, поэтому различить растворы хлорида алюминия и хлорида магния с помощью раствора нитрата бария невозможно.
И у нас осталась последняя пара веществ, которую нужно различить – хлорид алюминия и хлорид магния – и последний реактив – раствор гидроксида натрия. Можно конечно отметить эту пару как правильный ответ просто потому, что не осталось других вариантов, но давайте всё-таки установим, что происходит в реакциях раствора гидроксида натрия с растворами хлоридов алюминия и магния.
При действии растворов щелочей на соли не слишком активных металлов, то есть тех, которые в ряду активности начинаются как раз с магния и расположены правее от него, образуется осадок гидроксида соответствующего металла:
И в том и в другом случае образуются осадки, и оба осадка – и гидроксид алюминия и гидроксид магния – белого цвета. Поэтому может показаться, что различить растворы хлоридов алюминия и магния с помощью раствора гидроксида натрия нельзя.
Но для правильного решения этого задания нужно помнить, что гидроксид алюминия – амфотерный, а гидроксид магния – основный.
При дальнейшем добавлении раствора гидроксида натрия к образовавшимся осадкам с осадком гидроксида магния не будет происходить никаких изменений, а осадок гидроксида алюминия будет растворяться с образованием комплексной соли:
Следовательно, хлориды алюминия и магния можно различить с помощью раствора гидроксида натрия.
Давайте подведем итоги:
Газообразные хлороводород и аммиак можно различить с помощью раствора лакмуса: хлороводород обладает кислотными свойствами и будет окрашивать раствор лакмуса в красный цвет, а аммиак – основными свойствами и будет окрашивать раствор лакмуса в синий цвет.
Азотную и соляную кислоты можно различить с помощью металлической меди: медь реагирует с азотной кислотой с выделением газа и не реагирует с соляной кислотой.
Сульфат натрия и нитрат калия можно различить с помощью раствора нитрата бария: при смешивании растворов сульфата натрия и нитрата бария выпадает белый осадок сульфата бария, а при смешивании растворов нитрата калия и нитрата бария не происходит никаких изменений.
Хлорид алюминия и хлорид магния можно различить с помощью раствора гидроксида натрия: при добавлении раствора гидроксида натрия к раствору хлорида алюминия сначала выпадает белый осадок гидроксида алюминия, который затем растворяется в избытке раствора гидроксида натрия, а полученный аналогичным образом осадок гидроксида магния при добавлении избытка раствора гидроксида натрия не растворяется.
Правильные ответы, которые нужно внести в бланк задания, выглядят 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 800 рублей.
Пробное занятие продолжительностью 30 минут, которое Вас ни к чему не обязывает, - БЕСПЛАТНО!
Рассмотрю предложения о сотрудничестве от учебных заведений и репетиторских агентств.