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 – MnO42-. 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 ХИМИЯКислоты. 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¯
ЭлектролизЭлектролиз 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
ГидролизПример взаимного гидролиза солей: A12(SO4)3 + 3K2CO3 + 3H2O = 2A1(OH)3 + 3CO2 + 3K2SO4 АмфотерностьАмфотерные 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 соединенияСпособ 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 ХИМИЯАзотАзотная 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
Галогеныобычно 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 + ЗН2О2NH3 + 2KMnO4 = N2 + 2MnO2 + 2KOH + 2H2O Серареагирует 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 Фосфорполучение фосфора: Са3(Р04)2 + 5С + 3SiO2 = 3CaSiO3 + 5СО + 2Р
Металлыреагируют 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 ХИМИЯГорение органических веществ2С10Н22 + 31O2 = 20CО2 + 22H2О АлканыМетоды 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:
ГалогеналканыРеакция со спиртовыми растворами щелочей:С6Н5-СНВг-СН3 + КОН С6Н5СН=СН2 + КВг + Н2Ос 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:
АлкеныПрисоединяют 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
Алкиныпромышленный 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 производныеПолучение 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 СпиртыПромышленный 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: АльдегидыОбразуют 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 Аминыможно получить восстановлением нитросоединений в присутствии катализатора: C6H5-NO2 + 3H2 = C6H5-NH2 + 2H2O реагируют с кислотами: C6H5-NH2 + HC1 =[C6H5-NH3]C1 УглеводыГлюкозу 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 АминокислотыАминокислоты 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 |