Виртуальная химическая школа

Знание—сила! (Ф.Бэкон)

Химия+методика+психология

 

ТРУДНЫЕ ЗАДАНИЯ ЕГЭ ПО ХИМИИ

Как показали результаты репетиционного экзамена по химии, наиболее трудными оказались задания, направленные на проверку знаний химических свойств веществ. К числу таких заданий можно отнести задание С3 – «Цепочка органических веществ», С2 – «Реакции между неорганическими веществами и их растворами».

При решении задания С3 «Цепочка органических веществ» учащийся должен написать пять уравнений химических реакций, среди которых одно является окислительно-восстановительным.

Рассмотрим составление одного из таких окислительно-восстановительных уравнений:

СН₃СНО X₁

Чтобы составить уравнение окислительно-восстановительной реакции с участием органических веществ, нужно научиться определять степень окисления в органическом веществе по его структурной формуле. Для этого нужно иметь знания о химической связи, знать, что такое электроотрицательность.

Структурная формула помогает оценить смещение электронов по каждой из связей. Так атом углерода метильной группы (–СН₃) сместит электрон по каждой из связей к себе. Таким образом, степень окисления углерода метильной группы будет равна (-3). Атом углерода карбонильной группы (СО) отдаст 2 электрона атому кислорода, но частично компенсирует недостачу, приняв 1 электрон от атома водорода. Следовательно, его степень окисления будет равна +1:

 

 

 

 

 

 

В продукте реакции степень окисления углерода метильной группы не изменится. Карбонильная группа атомов превратится в карбоксильную с замещенным водородом на натрий, вследствие щелочной среды (-СООNa). Атом углерода карбоксильной группы сместит два электрона в сторону карбонильного кислорода и один электрон в сторону кислорода замещенной гидроксильной группы. Таким образом, степень окисления атома углерода карбоксильной группы будет равна (+3):

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно, одна молекула этаналя отдает 2 электрона:

С⁺¹-2е=С⁺³

Рассмотрим теперь процессы, происходящие с перманганатом натрия. Обращает внимание, что в схеме дан перманганат натрия, а не калия. Свойства перманганата натрия должны быть аналогичны свойствам перманганта калия, который в зависимости от кислотности среды способен давать различные продукты:

  Так как в нашем случае перманганат натрия используется в щелочной  среде, то продуктом реакции будет манганат ион – MnO₄^2-.

Определим степень окисления иона марганца в перманганате калия NaMnO₄ пользуясь правилом равенства числа положительных и отрицательных зарядов в нейтральной структурной единице вещества. Четыре кислорода каждый по (-2) дадут восемь отрицательных зарядов, так как степень окисления у калия +1, то у марганца будет +7:

Na⁺¹Mn⁺⁷O₄^-2

Записав формулу манганата натрия Na₂MnO₄, определим степень окисления марганца:

Na₂⁺¹Mn⁺⁶O₄^-2

Таким образом, марганец принял один электрон:

Mn⁺⁷+1e=Mn⁺⁶

Полученные уравнения позволяют определить множители перед формулами в уравнении химической реакции, которые называют коэффициентами:

С⁺¹-2е=С⁺³  ·1

Mn⁺⁷+1e=Mn⁺⁶ ·2

Уравнение реакции приобретет следующий вид:

2NaMnO₄+CH₃CHO+3NaOH=CH₃COONa+2Na₂MnO₄+2H₂O

Задание С2 требует от участника ЕГЭ знание свойств разнообразных свойств неорганических веществ, связанных с протеканием как окислительно-восстановительных реакций между веществами, находящимися как в одном, так и в различных агрегатных состояниях, так и обменных реакций протекающих в растворах. Такими свойствами могут быть некоторые индивидуальный свойства простых веществ и их соединений, например, реакция лития или магния с азотом:

2Li+3N₂=2Li₃N

2Mg+N₂=Mg₂N₂

горение магния в углекислом газе:

Mg+CO₂=MgO+CO

2Mg+CO₂=2MgO+C

Особую трудность у учащихся вызывают сложные случаи взаимодействия растворов веществ солей подвергающихся гидролизу. Так для взаимодействия раствора сульфата магния с карбонатом натрия можно записать целых три уравнения возможных  процессов:

MgSO₄+Na₂CO₃=MgCO₃+Na₂SO₄

 

2MgSO₄+2Na₂CO₃+H₂O=(MgOH)₂CO₃¯+2Na₂SO₄+CO₂

2MgSO₄+2Na₂CO₃+2H₂O=2Mg(OH)₂¯+2Na₂SO₄+2CO₂

Традиционно трудны для написания уравнения с участием комплексных соединений. Так растворы амфотерных гидроксидов в избытке щелочи обладают всеми свойствами щелочей. Они способны вступать в реакции с кислотами и кислотными оксидами:

Na[Al(OH)₄]+HCl=NaCl+Al(OH)₃¯+H₂O

 Na[Al(OH)₄]+2HCl=NaCl+Al(OH)₂Cl+2H₂O

Na[Al(OH)₄]+3HCl=NaCl+Al(OH)Cl₂+3H₂O

Na[Al(OH)₄]+4HCl=NaCl+AlCl₃+4H₂O

Na[Al(OH)₄]+CO₂=NaHCO₃+Al(OH)₃¯

2Na[Al(OH)₄]+CO₂=Na₂CO₃+2Al(OH)₃¯+H₂O

Растворы солей, имеющие кислую реакцию среды, вследствие гидролиза, способны растворять активные металлы, например, магний или цинк:

Mg+MgCl₂+2H₂O=2MgOHCl+H₂­

На экзамене желательно помнить об окислительных свойствах солей трехвалентного железа:

2FeCl₃+Cu=CuCl₂+2FeCl₂

Могут пригодиться знания об аммиачных комплексах:

CuSO₄+4NH₃=[Cu(NH₃)₄]SO₄

AgCl+2NH₃=[Ag(NH₃)₂]Cl

Традиционно вызывают затруднения, связанные с проявлением  основных  свойств раствором аммиака. В результате чего могут протекать обменные реакции в водных растворах:

MgCl₂+2NH₃+2H₂O=Mg(OH)₂+2NH₄Cl

В заключение приведем серию уравнений химических реакций, которые нужно знать участникам ЕГЭ по химии:

 

 

ОБЩАЯ ХИМИЯ

Кислоты. Основания. Соли. Оксиды.

  Кислотные оксиды (кроме SiO₂) реагируют с водой, как амфотерным оксидом с образованием кислот:

P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Для получения азотной кислоты азот оксид азота (IV) должен быть доокислен, например кислородом воздуха:

4NO₂ + O₂ + 2H₂О = 4HNO₃

Лабораторный способ получения хлороводорода: к твердому хлориду натрия приливают концентрированную серную кислоту:

NaCl + H₂SO₄ = NaHSO₄ + HCl­

Для получения бромоводорода из бромида натрия, концентрированная серная кислота не подойдет, так как выделяющийся бромоводород будет загрязнен парами брома. Можно использовать концентрированную фосфорную кислоту:

NaBr+ H₃PO₄ = NaH₂PO₄ + HBr­

Кислоты реагируют с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода:

Fe + 2 HCl = FeCl₂ + H₂­

И их оксидами:

Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O

Обратите внимание на валентность переходных элементов в солях.

Щелочные и щелочноземельные металлы взаимодействуют с водой:

K + H₂O = KOH + ½ H₂­

В условиях избытка кислоты могут образовываться и кислые соли:

2Н₃РО₄ + 2Na = 2NaH₂PO₄ + Н₂­

Органические кислоты также проявляют кислотные свойства:

2СН₃СООН + 2Na = 2CH₃COONa + Н₂­

СНзСООН + NaOH = CH₃COONa + Н₂О

Комплексные гидроксиды реагируют с кислотами с образованием солей и воды:

Na[Al(OH)₄] + HCl = AlCl₃ + 4H₂O + NaCl

LiOH + HNO₃ = LiNO₃ + H₂O

Многоосновные кислоты в реакции с гидроксидами могут образовывать кислые соли:

Н₃РО₄ + КОН = КН₂РО₄ + Н₂О

Продуктом реакции аммиака с фосфорной кислотой может также быть кислая соль:

NH₃ + H₃PO₄ = NH₄H₂PO₄

Обратим внимание на свойства оснований, их взаимодействие с кислотами:

2Н₃РО₄ + ЗСа(ОН)₂ = Са₃(РО₄)₂¯ + 6Н₂О

с кислотными оксидами:

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃¯ + H₂O

2Ca(OH)₂ + CO₂=(СaOH)₂CO₃+H₂O

Реакция гидроксидов с кислотными оксидами может приводить и к кислым солям:

KOH + CO₂ = KHCO₃

Основные  оксиды реагируют с амфотерными оксидами:

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

Средние соли в воде реагируют с кислотными оксидами с образованием кислых солей:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂

Более сильные кислоты вытесняют более слабые из их солей:

CH₃COONH₄ + HCl  = CH₃COOH + NH₄Cl

K₂CO₃ + H₂SO₄ = K₂SO₄ + H₂O + CO₂­

Кислоты в присутствии серной кислоты реагируют со спиртами с образованием сложных эфиров:

CH₃COOH + C₂H₅OH = CH₃COOC₂H₅ + H₂O

Более сильное основание вытесняет более слабое из его солей:

AlCl₃ + 3NaOH = Al(OH)₃ + 3NaCl

MgCl₂ + KOH = MgOHCl + KCl

NH₄С1 + NaOH = NaCl + NH₃ + H₂O

Чтобы получить из основной соли получить среднюю соль нужно подействовать кислотой:

MgOHCl + HCl = MgCl₂ + H₂O

Гидроксиды металлов (кроме щелочных металлов) разлагаются при нагревании в твердом виде до оксидов:

2Al(OH)₃ = Al₂O₃ + 3H₂O

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O

Гидрокарбонаты при нагревании разлагаются до карбонатов:

2KHCO₃ = K₂CO₃ + H₂O + CO₂­

Нитраты обычно разлагаются до оксидов (обратите внимание на повышение степени окисления переходного элемента находящегося в промежуточной степени окисления):

2Fe(NO₃)₂ = Fe₂O₃ + 4NO₂­ + 0,5O₂­

2Fe(NO₃)₃ ® Fe₂O₃ + 6NO₂­ + 1,5 O₂­

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂­ + О₂­

Нитраты щелочных металлов разлагаются до нитритов:

NaNO₃ = NaNO₂ + ½ O₂­

Карбонаты металлов (кроме щелочных) разлагаются до оксидов:

CaCO₃ = CaO + CO₂­

При составлении уравнений реакций ионного обмена пользуйтесь таблицей растворимости:

K₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄¯ + 2KCl

[C₆H₅-NH₃]C1 + AgNО₃ = [C₆H₅NH₃]NO₃ + AgCl¯

 

Электролиз

Электролиз расплавов солей:

2KCl = 2K + Cl₂­

Электролиз растворов солей металлов, стоящих в ряду напряжения после водорода:

2HgSO₄ + 2H₂O  = 2Hg + О₂­ + 2H₂SO₄

1) на катоде: Hg²⁺ + 2e = Hg°

2) на аноде: 2Н₂О – 4е = О₂ + 4Н⁺

 

Электролиз раствора сульфата натрия

1) на катоде: 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^–

2) на аноде: 2H₂O – 4e = O₂ + 4H⁺

3) Составлено общее уравнение электролиза:

2H₂O = 2H₂­ + O₂­

до водорода:

СаI₂ + 2Н₂О  =  Н₂­ + I₂ + Са(ОН)₂

1) на катоде: 2Н₂О + 2e = 2ОН + Н₂

2) на аноде: 2I^- - 2e = I₂ 

Сравните свойства одноэлементных и кислородсодержащих анионов.

Химические реакции, возможные при электролизе сульфата хрома (III):

1)Сг³⁺ + e = Сг²⁺

2) Cr²⁺ + 2e = Сг°  

3) Сг³⁺ + 3 e= Сг°

4) 2Н⁺ + 2e = Н₂

Электролиз водных растворов солей карбоновых кислот:

2CH₃COONa + 2H₂O  = CH₃CH₃­ + 2CO₂­ + H₂­ + 2NaOH

 

 

Гидролиз

Пример взаимного гидролиза солей:

A1₂(SO₄)₃ + 3K₂CO₃ + 3H₂O = 2A1(OH)₃ + 3CO₂­ + 3K₂SO₄

Амфотерность

Амфотерные гидроксиды растворяются в водных растворах щелочей:

A1(OH)₃ + 3KOH = K₃[A1(OH)₆]

A1(OH)₃ + KOH = K[Al(OH)₄]

реагируют с твердыми щелочами при сплавлении:

Al(OH)₃  + KOH KAlO₂ + 2H₂O

Амфотерные металлы реагируют с водными растворами щелочей:

Al + NaOH + 3H₂O = Na[Al(OH)₄] + 3/2 H₂­

Продукт сплавления амфотерного гидроксида со щелочью легко разлагается водой:

KAlO₂ + 2H₂O = KOH + Al(OH)₃¯

Комплексные гидроксиды реагируют с кислотами:

K[Al(OH)₄] + HCl =KCl + Al(OH)₃¯ + H₂O

Бинарные соединения

Способ получения:

СаО + 3С = СаС₂ + СО­

Бинарные соединения реагируют с кислотами:

Al₂S₃ + 3H₂SO₄ ^:= Al₂(SO₄)₃ + 3H₂S­

Mg₃N₂ + 8HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + 2NH₄NO₃

и водой:

A1₄C₃ + 12Н₂О = 4А1(ОН)₃ + ЗСН₄­

PCl₃ + H₂O = 3H₃PO₃ + 3HCl

 

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Азот

Азотная кислота является сильным окислителем:

окисляют неметаллы:

ЗР + 5HNO₃ + 2Н₂О = Н₃РО₄ + 5NO­

P + 5HNO₃ = H₃PO₄ + 5NO₂­ + H₂O

металлы:

Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂­ + 2H₂O

4Mg + 10HNO₃ = 4Mg(NO₃)₂ + N₂O­ + 5H₂O

оксиды переходных металлов в промежуточных степенях окисления:

3Cu₂O + 14HNO₃ = 6Cu(NO₃)₂ + 2NO+ 7H₂O (возможно выделение NО₂)

оксиды азота также проявляют окислительные свойства:

5N₂O + 2P = 5N, + P₂O

но по отношению к кислороду являются восстановителями:

2NO + O₂ = 2NO₂

Азот реагирует с некоторыми простыми веществами:

N₂+3H₂= 2NH₃

N₂ + O₂ = 2NO

3Mg + N₂ = Mg₃N₂

 

Галогены

обычно проявляют окислительные свойства:

PH₃ + 4Br₂ + 4Н₂О = Н₃РО₄ + 8НВг

2P + 5Cl₂ = 2PCl₅

2P + 3PCl₅ = 5PCl₃

PH₃ + 4Br₂ + 4H₂O = H₃PO₄ + 8HBr

Cl₂ + H₂ = 2HCl

2HCl + F₂ = 2HF + Cl₂

2NH₃ + 3Br₂ = N₂ + 6HBr

Галогены в растворах щелочей диспропорционируют при комнатной температуре:

Cl₂ + 2KOH = KCl + H₂O + KClO

и при нагревании:

Cl₂ + 6KOH = 5KCl + KClO₃ + 3H₂O

Окислительные свойства перманганата калия:

5Н₃РО₃ + 2КМnО₄ + 3H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5Н₃РО₄ + ЗН₂О

2NH₃ + 2KMnO₄ = N₂ + 2MnO₂ + 2KOH + 2H₂O

Сера

реагирует с простыми веществами:

S + O₂ = SO₂

3S + 2А1 = A1₂S₃

оксид серы (IV) может быть доокислен кислородом:

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

2SO₂ + O₂ + 2H₂O = 2H₂SO₄

и выступать в роли окислителя:

SO₂ + 2H₂S = 3S + 2H₂O

Концентрированная серная кислота проявляет окислительные свойства:

Cu + H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ +2H₂O

4Mg + 5H₂SO₄ = 4MgSO₄ + H₂S + 4H₂O

Фосфор

получение фосфора:

Са₃(Р0₄)₂ + 5С + 3SiO₂ = 3CaSiO₃ + 5СО + 2Р

 

Металлы

реагируют с галогенами:

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

Алюминий без оксидной пленки растворяется в воде:

Al (без оксидной пленки) + Н₂О = Al(OH)₃ + 3/2 H₂­

методы получения металлов:

Fe₂O₃ + CO = 2FeO + CO₂­

FeO + CO = Fe + CO₂­

CuO + H₂ = Cu + H₂O

Гидроксид железа (II) может быть легко доокислен пероксидом водорода:

2Fe(OH)₂ + H₂O₂ = 2Fe(OH)₃

обжиг пирита:

2FeS₂ + O₂ = Fe₂O₃ + 4SO₂­

          

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Горение органических веществ

2С₁₀Н₂₂ + 31O₂ = 20CО₂ + 22H₂О

Алканы

Методы получения алканов из простых веществ:

С + 2H₂ = CH₄

сплавлением солей щелочных металлов с щелочами:

СН₃СООК + КОН ® СН₄ + К₂СО₃

Химические свойства алканов - промышленное окисление метана:

CH₄ + O₂ = CH₂O + H₂O

Взаимодействие алканов с галогенами:

С₂Н₆ + Сl₂ С₂Н₅Сl + НСl

Изомеризация алканов:

 

Галогеналканы

Реакция со спиртовыми растворами щелочей:

С₆Н₅-СНВг-СН₃ + КОН   С₆Н₅СН=СН₂ + КВг + Н₂О

с водными растворами щелочей:

С₆Н₅-СНВг-СН₃ + КОН (водн.) ® С₆Н₅-СНОН-СН₃ + KBr

C₆H₅Br + KOH ® C₆H₅OH + KBr

По правилу Зайцева водород отщепляется от наименее гидрированного атома

Из дигалогеналканов можно получить алкины:

 

Реакция Вюрца:

 

 

Алкены

Присоединяют водород:

присоединяют галогены:

присоединяют галогенводороды:

присоединят воду:

СН₂=СН₂ + Н₂О ® СН₃СН₂ОН

С водным раствором перманганата калия без нагревания образуют гликоли (двухатомные спирты)

ЗС₆Н₅СН=СН₂ + 2КМnО₄ + 4Н₂О ® ЗС₆Н₅СН(ОН)-СН₂ОН + MnO₂¯ + 2KOH

 

Алкины

промышленный способ получения ацетилена

2СН₄ ® С₂Н₂ + ЗН₂

карбидный способ получения ацетилена:

CaC₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + C₂H₂

реакция Кучерова - альдегид можно получить только из ацетилена:

С₂Н₂ + Н₂О СН₃СНО

Реакция алкинов с концевой тройной связью с аммиачным раствором оксида серебра:

2CH₃-CH₂-CºCH + Ag₂O 2CH₃-CH₂-CºCAg +H₂O

использование полученных продуктов в органическом синтезе:

CH₃-CH₂-CºCAg  + C₂H₅Br  ®  CH₃-CH₂-CºC-C₂H₅ + AgBr

Бензол и его производные

Получение бензола из алкенов:

из ацетилена:

3C₂H₂  C₆H₆

Нитрование бензола и его производных в присутствие серной кислоты

C₆H₆ + HNO₃ ® C₆H₅-NO₂ + H₂O

карбоксильная группа является ориентантом второго рода

реакция бензола и его производных с галогенами:

C₆H₆ + Cl₂ C₆H₅Cl   + HCl

С₆Н₅С₂Н₅ + Вг₂ С₆Н₅-СНВг-СН₃ + НВг

галогеналканами:

C₆H₆ + С₂Н₅С1 C₆H₅C₂H₅ + НС1

алкенами:

C₆H₆ + CH₂=CH-CH₃ ® C₆H₅-CH(CH₃)₂

Окисление бензола перманганатом калия в присутствии серной кислоты при нагревании:

5C₆H₅-CH₃ + 6KMnO₄ + 9H₂SO₄ = 5C₆H₅-COOH + 3K₂SO₄ + 6MnSO₄ + 14H₂O

Спирты

Промышленный способ получения метанола:

CO + 2H₂ = CH₃OH

при нагревании с серной кислотой в зависимости от условий могут образовываться простые эфиры:

2С₂Н₅OH C₂Н₅ОС₂Н₅ + Н₂О

или алкены:

2С₂Н₅OH CH₂=CH₂ + H₂O

спирты реагируют с щелочными металлами:

С₂Н₅OH + Na ® C₂H₅ONa + ½ H₂

с галогенводородами:

СН₃СН₂ОН + НСl ® CH₃CH₂Cl + H₂O

с оксидом меди (II):

СН₃СН₂ОН + СuO ® CH₃CHO + Cu + H₂O

более сильная кислота вытесняет более слабые из их солей:

C₂H₅ONa + HCl ® C₂H₅OH + NaCl

при нагревании смеси спиртов с серной кислотой образуются несимметричные простые эфиры:

Альдегиды

Образуют с аммиачным раствором оксида серебра серебряное зеркало:

CH₃CHO + Ag₂O CH₃COONH₄ + 2Ag

реагируют со свежеосажденным гидроксидом меди (II):

CH₃CHO + 2Cu(OH)₂ ® CH₃COOH + 2CuOH + H₂O

могут быть восстановлены до спиртов:

CH₃CHO + H₂  ® CH₃CH₂OH

окисляются перманганатом калия:

ЗСН₃СНО + 2КМnО₄® 2СН₃СООК + СН₃СООН + 2МnО₂ + Н₂О

Амины

можно получить восстановлением нитросоединений в присутствии катализатора:

C₆H₅-NO₂ + 3H₂   = C₆H₅-NH₂ + 2H₂O

реагируют с кислотами:

C₆H₅-NH₂ + HC1 =[C₆H₅-NH₃]C1

Углеводы

Глюкозу можно получить гидролизом крахмала или целлюлозы:

(С₆Н₁₀О₅)_n + n H₂O = nC₆H₁₂O₆

Для глюкозы характерно спиртовое брожение:

C₆H₁₂O₆ ® 2C₂H₅OH + 2CO₂

молочнокислое брожение:

C₆H₁₂O₆ ® 2СН₃СН(ОН)СООН

реакция серебряного зеркала:

C₆H₁₂O₆+Ag₂O 2Ag¯+C₆H₁₂O₇

Аминокислоты

Аминокислоты реагируют как с кислотами:

H₂N-CH-COOH+HCl ®  Cl^- H₃N⁺-CH-COOH

так и c щелочами:

H₂N-CH-COOH+NaOH ® H₂N-CH-COONa+H₂O

соли аминокислот также способны участвовать в реакциях обмена в водном растворе:

Cl^- H₃N⁺-CH-COOH+NaOH ® H₂N-CH-COOH +NaCl + H₂O

Cl^- H₃N⁺-CH-COOH+2NaOH ® H₂N-CH-COONa +NaCl + 2H₂O

H₂N-CH-COONa+HCl ® H₂N-CH-COOH +NaCl

H₂N-CH-COONa+2HCl ® Cl^- H₃N⁺-CH-COOH +NaCl