Задание №1
Выберите два высказывания, в которых говорится о водороде как о химическом элементе.
в нефтепереработке и производстве аммиака.
Задание №1
Выберите два высказывания, в которых говорится о водороде как о химическом элементе.
Подряд, без пробелов и запятых
Правильный ответ
25
Пояснение
Решение.
Для успешного выполнения этого задания важно различать понятия «химический элемент» и «простое вещество».
— О химическом элементе говорят, когда имеют в виду атом определённого вида, его характеристики (массу, заряд ядра, степень окисления) или его нахождение в составе сложных веществ (в соединениях, в земной коре, в живых организмах).
— О простом веществе говорят, когда описывают физические свойства (цвет, запах, агрегатное состояние), химические реакции или способы промышленного получения и применения газа H2.
Разберём каждое утверждение:
1) «Водород реагирует с оксидом меди( II )». Здесь описывается химическое свойство — способность газа вступать во взаимодействие с другим веществом. Значит, речь идёт о простом веществе.
2) «В соединениях с металлами водород проявляет отрицательную степень окисления». Понятие «степень окисления» относится к атому внутри соединения. Это характеристика химического элемента.
3) «В год в мире потребляется 75 млн т водорода, в основном в нефтепереработке и производстве аммиака». Здесь говорится об использовании конкретного вещества в промышленности. Это характеристика простого вещества.
4) «Содержание водорода в атмосфере составляет 0,00005% по объёму для сухого воздуха». Воздух — это смесь газов. В данном случае имеется в виду содержание свободного газа H2 в этой смеси. Это характеристика простого вещества.
5) «Массовая доля водорода в земной коре составляет 1%». Земная кора состоит из множества различных минералов и соединений. Когда указывают содержание в земной коре, имеют в виду суммарное количество атомов данного вида во всех этих соединениях. Это характеристика химического элемента.
Таким образом, о водороде как о химическом элементе говорится в предложениях 2 и 5.
Ответ: 25
Источник: ФИПИ
Задание №2
На приведённом рисунке изображена ячейка Периодической системы Д.И. Менделеева с данными о химическом элементе.
16
S
32,1
Запишите в таблицу номер группы (X), в которой данный химический элемент расположен в Периодической системе, и число электронов (Y) во внешнем электронном слое его атома. (Для записи ответа используйте арабские цифры.)
Ответ — цифры в порядке X, Y
Правильный ответ
66
Пояснение
Решение.
Для решения данной задачи проанализируем информацию, представленную в ячейке Периодической системы.
1. Определение химического элемента.
В ячейке указан символ S и порядковый номер 16. Это химический элемент сера. Порядковый номер элемента в таблице Менделеева всегда равен заряду ядра его атома и общему числу электронов в нейтральном атоме. Таким образом, у серы 16 электронов.
2. Определение номера группы (X).
Обратимся к Периодической системе. Сера (S) находится в 3-м периоде и в VI группе (в главной подгруппе, если рассматривать длиннопериодный вариант — в 16-й группе, но в рамках ОГЭ традиционно используется короткопериодная форма). Номер группы для серы равен 6. Следовательно, X=6.
3. Определение числа электронов на внешнем слое (Y).
Для элементов главных подгрупп (А-групп) число электронов на внешнем электронном слое совпадает с номером группы, в которой находится элемент. Так как сера находится в VI группе, на её внешнем слое располагается 6 электронов.
Это также можно подтвердить, распределив электроны по слоям: у серы 16 электронов, которые распределяются как 2,8,6. На последнем (третьем) слое находится 6 электронов. Следовательно, Y=6.
4. Формирование ответа.
Нам необходимо записать значения X и Y друг за другом без пробелов и разделителей.
X=6, Y=6. Получаем число 66.
Ответ: 66
Источник: ФИПИ
Задание №3
Расположите химические элементы
1) фосфор 2) кремний 3) хлор
в порядке увеличения их атомного радиуса.
Запишите указанные номера элементов в соответствующем порядке.
Расставьте номера по порядку
Правильный ответ
312
Пояснение
Решение.
Для выполнения задания воспользуемся Периодической системой химических элементов Д. И. Менделеева. Найдём в ней указанные элементы и определим их положение:
1) Фосфор (P) — 3-й период, V группа (15-я группа);
2) Кремний (Si) — 3-й период, IV группа (14-я группа);
3) Хлор (Cl) — 3-й период, VII группа (17-я группа).
Все три элемента находятся в одном и том же третьем периоде. Вспомним закономерность изменения атомного радиуса в периодах:
Слева направо в периоде (с увеличением порядкового номера) заряд ядра атома растёт, а количество электронных слоёв остаётся неизменным. Из-за этого электроны сильнее притягиваются к ядру, и атомный радиус уменьшается. Следовательно, самый большой радиус будет у элемента, стоящего левее всех, а самый маленький — у элемента, стоящего правее всех.
Расположим элементы в порядке их следования в таблице (слева направо):
Кремний (Si) → Фосфор (P) → Хлор (Cl).
В этом направлении радиус уменьшается.
По условию задачи нам необходимо расположить элементы в порядке увеличения их атомного радиуса. Значит, нам нужно двигаться справа налево по периоду:
Хлор (Cl) → Фосфор (P) → Кремний (Si).
Соотнесём выбранную последовательность с номерами элементов из условия:
3) Хлор
1) Фосфор
2) Кремний
Таким образом, последовательность цифр: 3, 1, 2.
Ответ: 312
Источник: ФИПИ
Задание №4
Установите соответствие между формулой вещества и степенью окисления железа в данном веществе: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
| А) | FeCO3 |
| Б) | Na2FeO4 |
| В) | Fe2O3 |
| 1) | +1 |
| 2) | +2 |
| 3) | +3 |
| 4) | +6 |
Впишите цифры от 1 до 4
Правильный ответ
243
Пояснение
Решение.
Для определения степени окисления железа в сложных веществах воспользуемся правилом: сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю. Также вспомним постоянные или наиболее характерные степени окисления других элементов: кислород в соединениях обычно имеет степень окисления −2, натрий (металл I группы) — +1.
А) FeCO3 (Карбонат железа(II))
В данной соли железо связано с кислотным остатком угольной кислоты CO32−. Заряд карбонат-иона равен −2. Чтобы молекула была электронейтральной, степень окисления железа должна быть равна +2.
Проверим расчётом: пусть степень окисления железа равна x. Степень окисления углерода в карбонатах +4, кислорода −2.
x+4+3⋅(−2)=0
x+4−6=0
x=+2.
Соответствует варианту 2.
Б) Na2FeO4 (Феррат натрия)
Определим степень окисления железа (x), зная, что у натрия она +1, а у кислорода −2:
2⋅(+1)+x+4⋅(−2)=0
2+x−8=0
x−6=0
x=+6.
Соответствует варианту 4.
В) Fe2O3 (Оксид железа(III))
В оксидах кислород всегда имеет степень окисления −2. Пусть степень окисления железа равна x:
2⋅x+3⋅(−2)=0
2x−6=0
2x=6
x=+3.
Соответствует варианту 3.
Ответ: А — 2, Б — 4, В — 3.
Источник: ФИПИ
Задание №5
Из предложенного перечня выберите два вещества с ионной связью.
Подряд, без пробелов и запятых
Правильный ответ
25
Пояснение
Решение.
Для того чтобы правильно выбрать вещества с ионной связью, вспомним основные правила определения типов химической связи:
1. Ионная связь возникает между типичным металлом (элементы начала периодов, I-III групп главных подгрупп) и типичным неметаллом (элементы конца периодов, VI-VII групп главных подгрупп). В такой связи происходит передача электронов от металла к неметаллу.
2. Ковалентная связь (полярная и неполярная) образуется между атомами неметаллов.
3. Металлическая связь характерна для чистых металлов и их сплавов.
Разберём каждое вещество из предложенного списка:
1) Ca (кальций) — это простое вещество, типичный металл. В нём реализуется металлическая связь. Вариант не подходит.
2) Li2O (оксид лития) — состоит из атомов лития (Li), который является щелочным металлом, и кислорода (O), который является неметаллом. Разность электроотрицательностей между ними велика, поэтому связь здесь ионная. Вариант подходит.
3) SO2 (оксид серы(IV)) — состоит из двух неметаллов: серы (S) и кислорода (O). Связь между разными неметаллами называется ковалентной полярной. Вариант не подходит.
4) HF (фтороводород) — состоит из двух неметаллов: водорода (H) и фтора (F). Это соединение с ковалентной полярной связью. Вариант не подходит.
5) Na2S (сульфид натрия) — состоит из натрия (Na), который является щелочным металлом, и серы (S), которая является неметаллом. Между металлом и неметаллом образуется ионная связь. Вариант подходит.
Таким образом, веществами с ионной связью являются оксид лития и сульфид натрия.
Ответ: 25
Источник: ФИПИ
Задание №6
Выберите два верных продолжения для следующего утверждения.
В ряду химических элементов С → N→ O
Подряд, без пробелов и запятых
Правильный ответ
24
Пояснение
Решение.
Для выполнения задания проанализируем положение указанных элементов в Периодической системе Д. И. Менделеева. Элементы углерод C, азот N и кислород O расположены в одном периоде (втором) и следуют друг за другом слева направо.
Рассмотрим, как изменяются свойства атомов в этом ряду:
1) Заряд ядра атома. Заряд ядра равен порядковому номеру элемента. У углерода он равен +6, у азота +7, у кислорода +8. Следовательно, в ряду C→N→O заряд ядра увеличивается. Утверждение №1 неверно.
2) Число электронов во внешнем электронном слое. Для элементов главных подгрупп число внешних электронов совпадает с номером группы. Углерод находится в IV группе (4 электрона), азот — в V группе (5 электронов), кислород — в VI группе (6 электронов). Число электронов увеличивается. Утверждение №2 верно.
3) Электроотрицательность. В периоде слева направо электроотрицательность элементов увеличивается, так как атому становится легче притягивать электроны из-за роста заряда ядра и уменьшения радиуса. Утверждение №3 неверно.
4) Радиус атома. В периоде слева направо заряд ядра растёт, что приводит к более сильному притяжению электронов к ядру. В результате электронные оболочки «сжимаются», и радиус атома уменьшается. Утверждение №4 верно.
5) Металлические свойства. В периоде слева направо металлические свойства ослабевают, а неметаллические — усиливаются. Все три элемента являются неметаллами, при этом кислород проявляет более выраженные неметаллические свойства, чем углерод. Утверждение №5 неверно.
Таким образом, верными являются утверждения под номерами 2 и 4.
Ответ: 24
Источник: ФИПИ
Задание №7
Из предложенного перечня веществ выберите две кислоты.
1)
CH4
2)
H2S
3)
NH4Cl
4)
HNO3
5)
Fe(OH)3
Запишите номера выбранных ответов.
Подряд, без пробелов и запятых
Правильный ответ
24
Пояснение
Решение.
Для выполнения этого задания необходимо вспомнить определение кислот. Кислоты — это сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов водорода, способных замещаться на атомы металлов, и кислотных остатков. В формулах кислот на первом месте всегда записывается символ водорода H.
Разберём каждое вещество из предложенного списка:
1) CH4 (метан) — это органическое соединение, относящееся к классу алканов. Несмотря на наличие водорода, это не кислота, а газ со слабыми кислотными свойствами, которые в рамках школьного курса химии не рассматриваются как кислотные.
2) H2S (сероводород) — это бинарное соединение, которое при растворении в воде образует слабую сероводородную кислоту. Формула начинается с водорода, за которым следует кислотный остаток (сульфид-ион S2−). Это кислота.
3) NH4Cl (хлорид аммония) — это соль, образованная катионом аммония NH4+ и анионом хлора Cl−. Не является кислотой.
4) HNO3 (азотная кислота) — это сильная одноосновная кислота. В её составе мы видим атом водорода и кислотный остаток — нитрат-группу NO3−. Это кислота.
5) Fe(OH)3 (гидроксид железа(III)) — это нерастворимое основание. В его составе есть гидроксогруппы OH, что характерно для класса оснований, а не кислот.
Таким образом, к кислотам относятся вещества под номерами 2 и 4.
Ответ: 24
Источник: ФИПИ
Задание №8
Какие два из перечисленных веществ вступают в реакцию с литием?
Подряд, без пробелов и запятых
Правильный ответ
15
Пояснение
Решение.
Литий (Li) — это типичный щелочной металл, обладающий высокой химической активностью. Чтобы определить, с какими из предложенных веществ он будет реагировать, проанализируем каждое из них:
1) Фосфорная кислота (H3PO4). Литий, как и все активные металлы, энергично взаимодействует с растворами кислот. В ходе этой реакции металл вытесняет водород из кислоты и образует соль.
Уравнение реакции: 6Li+2H3PO4→2Li3PO4+3H2↑.
Следовательно, это утверждение верно.
2) Алюминий (Al). Алюминий сам является металлом. Металлы друг с другом в обычных условиях в химические реакции с образованием соединений не вступают (они могут образовывать сплавы, но это физический процесс). Реакция между Li и Al не протекает.
3) Гидроксид калия (KOH). Литий — это щелочной металл, и KOH — это типичная щёлочь. Щелочные металлы не реагируют с растворимыми основаниями (щелочами).
4) Сульфат бария (BaSO4). Это нерастворимая соль. Активные металлы могут вытеснять менее активные металлы из растворов их солей. Однако BaSO4 практически недиссоциирует в воде, а барий (Ba) сам является крайне активным щелочноземельным металлом. Реакция в обычных условиях не идет.
5) Азот (N2). Литий — единственный металл, который реагирует с азотом при комнатной температуре, образуя нитрид лития. Это уникальное свойство лития, которое часто встречается в заданиях.
Уравнение реакции: 6Li+N2→2Li3N.
Следовательно, это утверждение верно.
Таким образом, литий вступает в реакцию с фосфорной кислотой и азотом.
Ответ: 15
Источник: ФИПИ
Задание №9
Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктом(-ами) их взаимодействия: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
| А) | KOH и HNO3 |
| Б) | KOH и N2O5 |
| В) | P2O5 и H2O |
| 1) | H3PO4 |
| 2) | KNO3 и H2O |
| 3) | H3PO3 |
| 4) | KNO2 и KNO3 |
| 5) | KNO2 и H2O |
Впишите цифры от 1 до 5
Правильный ответ
221
Пояснение
Решение.
Разберём каждое химическое взаимодействие по порядку, определив продукты реакций.
А) KOH и HNO3
Перед нами реакция нейтрализации между сильным основанием (гидроксидом калия) и сильной кислотой (азотной кислотой). В таких реакциях ион водорода из кислоты соединяется с гидроксид-ионом из основания, образуя воду, а оставшиеся ионы образуют соль.
Уравнение реакции:
KOH+HNO3→KNO3+H2O
Продуктами являются нитрат калия и вода. Это соответствует варианту 2.
Б) KOH и N2O5
В данном случае взаимодействуют щёлочь (гидроксид калия) и кислотный оксид (оксид азота(V)). Оксиду азота(V) соответствует азотная кислота HNO3, в которой азот имеет степень окисления +5. При реакции кислотного оксида с основанием образуется соль этой кислоты и вода.
Уравнение реакции:
2KOH+N2O5→2KNO3+H2O
Продуктами также являются нитрат калия и вода. Это соответствует варианту 2.
В) P2O5 и H2O
Оксид фосфора(V) является типичным кислотным оксидом. При его взаимодействии с водой (особенно при нагревании или избытке воды) образуется соответствующая ему трёхосновная кислота — ортофосфорная кислота.
Уравнение реакции:
P2O5+3H2O→2H3PO4
Продуктом является фосфорная кислота. Это соответствует варианту 1.
Сопоставим буквы и цифры:
А — 2
Б — 2
В — 1
Ответ: 221
Источник: ФИПИ
Задание №10
Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из которых оно может вступать в реакцию: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
| А) | Si |
| Б) | CaO |
| В) | LiCl |
| 1) | H2O, CO2 |
| 2) | K3PO4, AgNO3 |
| 3) | FeSO4, HCl |
| 4) | O2,NaOH |
Впишите цифры от 1 до 4
Правильный ответ
412
Пояснение
Решение.
Для решения этой задачи проанализируем химические свойства каждого из предложенных веществ и подберем подходящую пару реагентов.
А) Кремний (Si).
Кремний — это неметалл. Он способен гореть в кислороде и растворяться в растворах щелочей с выделением водорода.
1) Реакция с кислородом: Si+O2tSiO2.
2) Реакция со щелочью (в присутствии воды): Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑.
Следовательно, для кремния подходит вариант 4.
Б) Оксид кальция (CaO).
Это основной оксид (оксид активного металла). Он активно взаимодействует с водой и кислотными оксидами.
1) Реакция с водой (гашение извести): CaO+H2O→Ca(OH)2.
2) Реакция с углекислым газом (кислотным оксидом): CaO+CO2→CaCO3.
Следовательно, для оксида кальция подходит вариант 1.
В) Хлорид лития (LiCl).
Это растворимая соль. Для солей характерны реакции ионного обмена, которые протекают, если образуется осадок, газ или вода.
1) Реакция с фосфатом калия: 3LiCl+K3PO4→Li3PO4↓+3KCl. Фосфат лития — малорастворимое соединение, выпадающее в осадок.
2) Реакция с нитратом серебра: LiCl+AgNO3→AgCl↓+LiNO3. Хлорид серебра — характерный белый творожистый осадок.
Следовательно, для хлорида лития подходит вариант 2.
Ответ: 412
Источник: ФИПИ
Задание №11
Из предложенного перечня выберите две пары веществ, между которыми не протекает реакция обмена.
Подряд, без пробелов и запятых
Правильный ответ
13
Пояснение
Решение.
Для выполнения задания необходимо вспомнить определение реакции обмена и проанализировать каждую из предложенных пар веществ. Реакция обмена — это химическая реакция между двумя сложными веществами, в ходе которой они обмениваются своими составными частями. При этом степени окисления элементов не меняются.
Разберём предложенные варианты:
1) Угарный газ (CO) и кислород (O2). В этой паре происходит реакция соединения: 2CO+O2=2CO2. Это окислительно-восстановительная реакция, а не реакция обмена. Следовательно, этот вариант нам подходит.
2) Гашёная известь (Ca(OH)2) и серная кислота (H2SO4). Это типичная реакция обмена (реакция нейтрализации) между основанием и кислотой: Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O. Реакция протекает с образованием воды.
3) Сернистый газ (SO2) и кислород (O2). Здесь протекает реакция соединения: 2SO2+O2⇌2SO3. Как и в первом случае, это окислительно-восстановительный процесс, который не относится к реакциям обмена. Этот вариант нам подходит.
4) Карбонат кальция (CaCO3) и соляная кислота (HCl). Это реакция обмена между солью и кислотой: CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑. Реакция идёт до конца, так как выделяется газ и образуется вода.
5) Негашёная известь (CaO) и серная кислота (H2SO4). Это реакция между основным оксидом и кислотой: CaO+H2SO4=CaSO4+H2O. По механизму взаимодействия её также относят к реакциям обмена.
Таким образом, в парах № 1 и № 3 протекают реакции соединения (окислительно-восстановительные), а не реакции обмена.
Ответ: 13
Источник: ФИПИ
Задание №12
Установите соответствие между реагирующими веществами и признаком протекающей между ними реакции: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
| А) | BaI2 и AgNO3 |
| Б) | BaCl2 и Na2CO3 |
| В) | Ba(OH)2 и FeCl3 |
| 1) | выпадение белого осадка |
| 2) | выпадение бурого осадка |
| 3) | выпадение серо-зелёного осадка |
| 4) | выпадение жёлтого осадка |
Впишите цифры от 1 до 4
Правильный ответ
412
Пояснение
Решение.
Для определения признаков реакций необходимо составить уравнения химического взаимодействия между предложенными веществами и проанализировать свойства образующихся продуктов (осадков).
А) BaI2 и AgNO3
Запишем уравнение реакции ионного обмена:
BaI2+2AgNO3→Ba(NO3)2+2AgI↓
В ходе реакции образуется нерастворимая соль — иодид серебра (AgI). Согласно качественным признакам в химии, иодид серебра представляет собой осадок ярко-жёлтого цвета. Следовательно, признак реакции — выпадение жёлтого осадка.
Соответствие: А → 4.
Б) BaCl2 и Na2CO3
Запишем уравнение реакции:
BaCl2+Na2CO3→2NaCl+BaCO3↓
В результате взаимодействия образуется карбонат бария (BaCO3). Это типичная нерастворимая соль белого цвета. Таким образом, мы наблюдаем выпадение белого осадка.
Соответствие: Б → 1.
В) Ba(OH)2 и FeCl3
Запишем уравнение реакции:
3Ba(OH)2+2FeCl3→3BaCl2+2Fe(OH)3↓
Продуктом реакции является гидроксид железа(III) (Fe(OH)3). Это вещество хорошо известно своим характерным цветом — оно выпадает в виде объёмистого бурого (ржавого) осадка.
Соответствие: В → 2.
Ответ: А → 4, Б → 1, В → 2.
Источник: ФИПИ
Задание №13
Из предложенного перечня выберите два вещества, при полной диссоциации 1 моль которых образуется 3 моль ионов?
Подряд, без пробелов и запятых
Правильный ответ
14
Пояснение
Решение.
Для решения этой задачи необходимо составить уравнения электролитической диссоциации для каждого из предложенных веществ и подсчитать общее количество моль ионов, образующихся при распаде 1 моль вещества.
1) Карбонат натрия — Na2CO3.
Это растворимая соль. При её диссоциации образуются два катиона натрия и один карбонат-анион:
Na2CO3→2Na++CO32−
Считаем количество ионов: 2 (иона натрия) + 1 (карбонат-ион) = 3 моль ионов. Данный вариант нам подходит.
2) Нитрат калия — KNO3.
При диссоциации образуется один катион калия и один нитрат-анион:
KNO3→K++NO3−
Считаем количество ионов: 1+1=2 моль ионов. Вариант не подходит.
3) Гидроксид лития — LiOH.
Это щелочь, которая диссоциирует на катион лития и гидроксид-анион:
LiOH→Li++OH−
Считаем количество ионов: 1+1=2 моль ионов. Вариант не подходит.
4) Хлорид магния — MgCl2.
При диссоциации образуется один катион магния и два хлорид-аниона:
MgCl2→Mg2++2Cl−
Считаем количество ионов: 1 (ион магния) + 2 (иона хлора) = 3 моль ионов. Данный вариант нам подходит.
5) Сульфат алюминия — Al2(SO4)3.
При диссоциации образуются два катиона алюминия и три сульфат-аниона:
Al2(SO4)3→2Al3++3SO42−
Считаем количество ионов: 2+3=5 моль ионов. Вариант не подходит.
Таким образом, 3 моль ионов образуется при диссоциации карбоната натрия (1) и хлорида магния (4).
Ответ: 14
Источник: ФИПИ
Задание №14
Выберите два иона, взаимодействие которых сопровождается выделением газа.
Подряд, без пробелов и запятых
Правильный ответ
15
Пояснение
Решение.
Для решения этой задачи необходимо вспомнить условия протекания реакций ионного обмена до конца. Одним из таких условий является образование газообразного вещества. Рассмотрим предложенные ионы и возможные комбинации между ними:
1. Анализ ионов 1 и 5: При взаимодействии карбонат-иона CO32− и иона водорода H+ происходит реакция с образованием слабой и неустойчивой угольной кислоты H2CO3. Угольная кислота мгновенно разлагается на воду и углекислый газ:
2H++CO32−→H2O+CO2↑
Выделение бесцветного газа без запаха (углекислого газа) подтверждает, что эта пара ионов подходит под условие задачи.
2. Анализ ионов 2 и 5: При взаимодействии силикат-иона SiO32− и иона водорода H+ образуется кремниевая кислота H2SiO3. Она является нерастворимой и выпадает в осадок в виде студенистой массы, газ при этом не выделяется:
2H++SiO32−→H2SiO3↓
3. Анализ ионов 4 и 5: Ионы аммония NH4+ и ионы водорода H+ не взаимодействуют друг с другом с образованием газа, так как оба являются катионами (или частицами с кислотными свойствами в разных теориях) и не образуют летучих соединений в кислой среде.
4. Анализ ионов 1 и 6: При взаимодействии карбонат-иона CO32− и иона кальция Ca2+ образуется нерастворимая соль — карбонат кальция (мел), который выпадает в осадок:
Ca2++CO32−→CaCO3↓
5. Анализ иона 3: Нитрат-ион NO3− в реакциях ионного обмена в растворах практически никогда не дает газообразных продуктов (газы образуются только в специфических окислительно-восстановительных реакциях с металлами, что не является простым взаимодействием ионов).
Таким образом, выделение газа наблюдается только при взаимодействии карбонат-иона (1) и иона водорода (5).
Ответ: 15
Источник: ФИПИ
Задание №15
Установите соответствие между схемой процесса, происходящего
в окислительно-восстановительной реакции, и названием этого процесса:
к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
| А) | P0 → P+5 |
| Б) | Mn+2→ Mn+4 |
| В) | Br+1→ Br–1 |
| 1) | окисление |
| 2) | восстановление |
Впишите цифры от 1 до 2
Правильный ответ
112
Пояснение
Решение.
Для решения этой задачи необходимо вспомнить основные определения окислительно-восстановительных реакций:
1. Окисление — это процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. При этом степень окисления элемента повышается.
2. Восстановление — это процесс принятия электронов. При этом степень окисления элемента понижается.
Разберем каждую схему процесса по отдельности:
А) P0→P+5
Мы видим, что степень окисления фосфора увеличилась с 0 до +5. Это происходит, когда атом отдает отрицательно заряженные электроны (−5eˉ). Повышение степени окисления соответствует процессу окисления. (Цифра 1)
Б) Mn+2→Mn+4
Степень окисления марганца увеличилась с +2 до +4. Атом отдал 2 электрона (−2eˉ). Так как степень окисления повысилась, этот процесс называется окислением. (Цифра 1)
В) Br+1→Br−1
Степень окисления брома уменьшилась с +1 до −1. Это означает, что частица приняла 2 отрицательно заряженных электрона (+2eˉ). Понижение степени окисления соответствует процессу восстановления. (Цифра 2)
Сопоставим буквы и цифры:
А — 1
Б — 1
В — 2
Ответ: 112
Источник: ФИПИ
Задание №16
Из перечисленных суждений о чистых веществах, смесях и правилах работы с ними в школьной лаборатории выберите верное(-ые) суждение(-я).
Подряд, без пробелов и запятых
Правильный ответ
124
Пояснение
Решение.
Разберём каждое утверждение по порядку, опираясь на правила техники безопасности и физико-химические свойства веществ.
1) При приготовлении раствора серной кислоты концентрированную кислоту необходимо добавлять в воду.
Это утверждение верно. При смешивании концентрированной серной кислоты с водой выделяется огромное количество теплоты. Плотность кислоты выше плотности воды. Если лить воду в кислоту, вода останется на поверхности, мгновенно закипит и начнёт разбрызгиваться вместе с каплями кислоты, что крайне опасно. Поэтому всегда льют кислоту в воду тонкой струёй при перемешивании: так тепло распределяется равномерно.
2) Для отделения поваренной соли от мелкого гравия и снега можно последовательно использовать нагревание, фильтрование, выпаривание.
Это утверждение верно. Разберём цепочку действий:
— Нагревание: приведёт к таянию снега, в результате чего образуется раствор соли в воде с примесью гравия.
— Фильтрование: позволит отделить нерастворимый гравий от жидкого раствора соли.
— Выпаривание: позволит удалить воду из раствора, в результате чего в чашке останутся кристаллы чистой поваренной соли.
3) Смесь воды и медного купороса можно разделить фильтрованием.
Это утверждение неверно. Медный купорос (CuSO4⋅5H2O) хорошо растворяется в воде, образуя истинный раствор. Частицы растворённого вещества настолько малы, что они свободно проходят через поры бумажного фильтра. Фильтрованием можно разделить только неоднородные смеси (например, воду и песок).
4) Перманганат калия является чистым веществом.
Это утверждение верно. Перманганат калия (KMnO4) — это индивидуальное химическое соединение, которое имеет постоянный состав и определённые физические свойства. В отличие от смесей, чистое вещество нельзя разделить на компоненты физическими методами (такими как фильтрование или отстаивание).
Таким образом, верными являются суждения под номерами 1, 2 и 4.
Ответ: 124
Источник: ФИПИ
Задание №17
Установите соответствие между двумя веществами, взятыми в виде водных растворов, и реактивом, с помощью которого можно различить эти два вещества: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
| А) | AgNO3 и NaNO3 |
| Б) | Ba(OH)2 и NaOH |
| В) | Zn(NO3)2 и MgSO4 |
| 1) | HNO3 |
| 2) | Ba(NO3)2 |
| 3) | K3PO4 |
| 4) | фенолфталеин |
Впишите цифры от 1 до 4
Правильный ответ
332
Пояснение
Решение.
Чтобы различить два вещества с помощью реактива, необходимо подобрать такое соединение, которое при взаимодействии с ними будет давать разные видимые признаки: выпадение осадка разного цвета, выделение газа или отсутствие реакции в одном из случаев.
А) AgNO3 и NaNO3
Рассмотрим реактив №3 — фосфат калия K3PO4.
1. При добавлении к нитрату серебра происходит реакция ионного обмена:
3AgNO3+K3PO4→Ag3PO4↓+3KNO3.
Выпадает ярко-жёлтый осадок фосфата серебра.
2. Нитрат натрия NaNO3 с фосфатом калия не взаимодействует, так как все соли натрия и калия растворимы (видимых признаков нет).
Следовательно, реактив №3 подходит для этой пары.
Б) Ba(OH)2 и NaOH
Оба вещества являются щелочами, поэтому индикатор (фенолфталеин) окрасит оба раствора в малиновый цвет, а азотная кислота вступит в реакцию нейтрализации без видимых признаков. Снова проверим реактив №3 — K3PO4.
1. При взаимодействии гидроксида бария с фосфатом калия образуется нерастворимый фосфат бария:
3Ba(OH)2+2K3PO4→Ba3(PO4)2↓+6KOH.
Наблюдается образование белого осадка.
2. Гидроксид натрия с фосфатом калия не реагирует, так как оба вещества содержат катионы щелочных металлов и не образуют осадка.
Следовательно, реактив №3 подходит для этой пары.
В) Zn(NO3)2 и MgSO4
Рассмотрим реактив №2 — нитрат бария Ba(NO3)2.
1. При добавлении к нитрату цинка реакция не идет, так как оба вещества — нитраты (общий анион).
2. При добавлении к сульфату магния происходит реакция:
MgSO4+Ba(NO3)2→BaSO4↓+Mg(NO3)2.
Выпадает характерный белый мелкокристаллический осадок сульфата бария, который не растворяется в кислотах.
Следовательно, реактив №2 позволяет однозначно определить сульфат-ионы в растворе.
Ответ: А → 3, Б → 3, В → 2.
Источник: ФИПИ
Задание №18
Вычислите массовую долю (в процентах) фтора во фториде алюминия. Запишите число с точностью до целых.
Препараты фтора являются эффективными средствами профилактики кариеса зубов. Фторид алюминия (AlF3) входит в состав лечебно-профилактических зубных паст. В 100 г фторированной зубной пасты содержится 10 г фторида алюминия.
Правильный ответ
68
Пояснение
Решение.
Для того чтобы найти массовую долю химического элемента в веществе, нам необходимо знать относительную молекулярную массу всего вещества и суммарную относительную атомную массу искомого элемента в этом веществе.
1. Сначала определим относительные атомные массы алюминия и фтора по Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева (округляем до целых чисел):
Ar(Al)=27
Ar(F)=19
2. Рассчитаем относительную молекулярную массу фторида алюминия AlF3. В состав молекулы входит один атом алюминия и три атома фтора:
Mr(AlF3)=Ar(Al)+3⋅Ar(F)
Mr(AlF3)=27+3⋅19=27+57=84
3. Теперь вычислим массовую долю фтора w(F) в данном соединении. Массовая доля элемента — это отношение массы этого элемента в молекуле к массе всей молекулы, выраженное в процентах:
w(F)=Mr(AlF3)3⋅Ar(F)⋅100%
w(F)=843⋅19⋅100%=8457⋅100%
4. Проведём вычисления:
8457≈0,67857...
В процентах это составит примерно 67,857...%
5. По условию задачи результат необходимо округлить до целых. Так как первая отбрасываемая цифра после запятой — 8 (что больше 5), округляем в большую сторону:
67,857...%≈68%
Ответ: 68 %
Источник: ФИПИ
Задание №19
Определите массу (в граммах) фтора, который содержится в тюбике зубной пасты массой 150 г. Запишите число с точностью до целых.
Препараты фтора являются эффективными средствами профилактики кариеса зубов. Фторид алюминия (AlF3) входит в состав лечебно-профилактических зубных паст. В 100 г фторированной зубной пасты содержится 10 г фторида алюминия.
Правильный ответ
10
Пояснение
Решение.
Для решения задачи нам необходимо сначала определить массовую долю фтора в химическом соединении — фториде алюминия, а затем рассчитать его массу в заданном количестве зубной пасты.
Шаг 1. Вычислим относительную молекулярную массу фторида алюминия AlF3.
Для этого воспользуемся значениями относительных атомных масс элементов из Периодической таблицы: Ar(Al)=27, Ar(F)=19.
Mr(AlF3)=Ar(Al)+3⋅Ar(F)=27+3⋅19=27+57=84.
Шаг 2. Определим массовую долю фтора в AlF3.
Массовая доля элемента w находится как отношение массы атомов этого элемента к молекулярной массе всего вещества:
w(F)=Mr(AlF3)3⋅Ar(F)=8457≈0,67857.
Шаг 3. Найдем массу фторида алюминия в тюбике пасты массой 150 г.
По условию, в 100 г пасты содержится 10 г AlF3. Это значит, что массовая доля соли в пасте составляет 10%.
Вычислим массу соли в 150 г пасты:
m(AlF3)=100 г150 г⋅10 г=15 г.
Шаг 4. Вычислим массу чистого фтора в тюбике.
Для этого умножим массу фторида алюминия на массовую долю фтора в нём:
m(F)=m(AlF3)⋅w(F)=15 г⋅8457=84855≈10,178 г.
Шаг 5. Округлим результат.
Согласно условию задачи, число необходимо записать с точностью до целых.
10,178≈10 г.
Ответ: 10
Источник: ФИПИ
Задание №20
Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты
в схеме реакции
H2SO4 + Al → Al2(SO4)3 + S + H2O
Запишите в отдельной(-ых) строчке(-ах) формулы вещества/частицы окислителя и восстановителя. Укажите, какое(-ая) из этих веществ/частиц является окислителем, а какое(-ая) – восстановителем.
Решение
Решение.
Для того чтобы расставить коэффициенты в данной окислительно-восстановительной реакции, выполним следующие шаги:
1. Определим степени окисления элементов, которые их меняют в ходе реакции:
В серной кислоте H2S+6O4 сера имеет степень окисления +6.
Алюминий Al0 — простое вещество, его степень окисления равна 0.
В сульфате алюминия Al2+3(SO4)3 алюминий имеет степень окисления +3.
Сера S0 — простое вещество, её степень окисления равна 0.
2. Составим электронный баланс, чтобы уравнять число отданных и принятых электронов:
Восстановитель (алюминий) отдаёт электроны:
Al0−3eˉ→Al+3 | коэффициент 2 (так как в правой части Al2, удобно сразу учесть удвоение: 2Al0−6eˉ→2Al+3)
Окислитель (сера) принимает электроны:
S+6+6eˉ→S0 | коэффициент 1
Выпишем множители для баланса:
2Al0−6eˉ→2Al+3 | 1
S+6+6eˉ→S0 | 1
3. Перенесём коэффициенты в уравнение реакции:
Перед Al ставим коэффициент 2.
Перед S (простым веществом) ставим коэффициент 1 (не пишется).
Перед Al2(SO4)3 ставим коэффициент 1 (не пишется).
Теперь посчитаем общее количество атомов серы в правой части: 3 атома в составе сульфата и 1 атом простого вещества, итого 4 атома. Значит, перед H2SO4 ставим коэффициент 4.
Посчитаем водород: в левой части 4×2=8 атомов. Чтобы в правой части было столько же, перед H2O ставим коэффициент 4.
Итоговое уравнение:
4H2SO4+2Al=Al2(SO4)3+S+4H2O
4. Укажем окислитель и восстановитель:
Алюминий в степени окисления 0 (Al0) является восстановителем.
Сера в степени окисления +6 (в составе H2SO4) является окислителем.
Ответ:
4H2SO4+2Al=Al2(SO4)3+S+4H2O
Al0 (или Al) — восстановитель;
S+6 (или H2SO4) — окислитель.
Источник: ФИПИ
Задание №21
Дана схема превращений:
S→ X → Na2SO3 → SO2
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения.
Решение
Решение.
Для выполнения задания проанализируем схему превращений серы и её соединений. Нам необходимо составить три уравнения химических реакций.
Шаг 1. Превращение S→X.
На втором этапе мы видим получение сульфита натрия (Na2SO3). Сульфиты — это соли сернистой кислоты, в которых сера имеет степень окисления +4. Следовательно, промежуточным веществом X является оксид серы (IV) — SO2.
Чтобы получить SO2 из простой серы, её нужно сжечь в кислороде:
S+O2tSO2
Шаг 2. Превращение SO2→Na2SO3.
Оксид серы (IV) является кислотным оксидом. Чтобы превратить его в соль (сульфит натрия), можно провести реакцию со щелочью (гидроксидом натрия) или с основным оксидом (оксидом натрия).
Запишем уравнение реакции со щелочью:
SO2+2NaOH→Na2SO3+H2O
Шаг 3. Превращение Na2SO3→SO2.
Чтобы выделить летучий оксид серы (IV) из его соли, необходимо подействовать на сульфит более сильной кислотой (например, серной или соляной). В ходе реакции образуется нестойкая сернистая кислота H2SO3, которая тут же распадается на газ SO2 и воду.
Запишем уравнение реакции с соляной кислотой:
Na2SO3+2HCl→2NaCl+SO2↑+H2O
Ответ:
1) S+O2=SO2
2) SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O
3) Na2SO3+2HCl=2NaCl+SO2+H2O
Источник: ФИПИ
Задание №22
После пропускания через раствор гидроксида калия 4,48 л сернистого газа (н.у.) получили 252,8 г раствора сульфита калия. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе.
В ответе запишите уравнение реакции, о которой идёт речь в условии задачи,
и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Решение
Решение.
1. Составим уравнение химической реакции между сернистым газом (оксидом серы(IV)) и гидроксидом калия. В результате образуется средняя соль — сульфит калия и вода:
SO2+2KOH→K2SO3+H2O
2. Вычислим количество вещества сернистого газа (SO2), вступившего в реакцию. Для этого используем формулу через молярный объем (Vm=22,4 л/моль):
n(SO2)=VmV(SO2)=22,4 л/моль4,48 л=0,2 моль
3. Определим количество вещества образовавшейся соли (K2SO3). Согласно уравнению реакции, коэффициенты перед SO2 и K2SO3 равны (1:1), следовательно:
n(K2SO3)=n(SO2)=0,2 моль
4. Рассчитаем молярную массу сульфита калия (K2SO3):
M(K2SO3)=2⋅39+32+3⋅16=78+32+48=158 г/моль
5. Вычислим массу полученной соли в растворе:
m(K2SO3)=n(K2SO3)⋅M(K2SO3)=0,2 моль⋅158 г/моль=31,6 г
6. Теперь найдем массовую долю соли в растворе. По условию масса итогового раствора составляет 252,8 г. Используем формулу:
ω(K2SO3)=m(раствора)m(K2SO3)⋅100%
ω(K2SO3)=252,8 г31,6 г⋅100%=0,125⋅100%=12,5%
Ответ: 12,5%
Источник: ФИПИ
Задание №23
Для проведения эксперимента выданы склянки № 1 и № 2 с соляной кислотой и раствором сульфата магния, а также три реактива: цинк, растворы хлорида бария и хлорида меди(II).
1) только из указанных в перечне трёх реактивов выберите два, которые необходимы для определения каждого вещества, находящегося в склянках № 1 и № 2;
2) составьте молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции, которую планируете провести для определения вещества из склянки № 1;
3) составьте молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции, которую планируете провести для определения вещества из склянки № 2;
4) для оформления хода эксперимента используйте предложенную ниже таблицу, в которой в строчках 1 и 2 запишите формулы/названия выбранных реактивов;
Таблица для записи результатов эксперимента
№ опыта | Реактив (формула или название) | Наблюдаемые признаки реакции | |
Вещество | Вещество | ||
1 | |||
2 | |||
ВЫВОД: | |||
5) приступайте к выполнению эксперимента.
Инструкция по проведению эксперимента
1) из склянки 1 отберите в две чистые пробирки по 1–2 мл раствора;
2) добавьте в одну из пробирок 1–2 мл первого из двух реактивов,
а во вторую – второго из двух реактивов, отобранных Вами на этапе планирования эксперимента;
3) запишите наблюдаемые признаки протекания реакций (наличие/ отсутствие запаха у газа, цвет осадка или раствора) или укажите на их отсутствие в соответствующих ячейках таблицы;
4) из склянки 2 отберите в две новые чистые пробирки по 1–2 мл раствора;
5) добавьте в одну из пробирок 1–2 мл первого из двух реактивов,
а во вторую – второго из двух реактивов, отобранных Вами на этапе планирования эксперимента;
6) запишите наблюдаемые признаки протекания реакций (наличие/ отсутствие запаха у газа, цвет осадка или раствора) или укажите на их отсутствие в соответствующих ячейках таблицы;
7) в строке «вывод» запишите формулы или названия веществ, содержащихся в склянках № 1 и № 2.
Инструкция по выполнению практического задания
Внимание: в случае ухудшения самочувствия перед началом опытов или во время их выполнения обязательно сообщите об этом организатору в аудитории.
1. Вы приступаете к выполнению практического задания. Для этого получите лоток с лабораторным оборудованием и реактивами у специалиста по обеспечению лабораторных работ в аудитории.
2. Прочтите ещё раз перечень веществ, приведённый в тексте к заданию, и убедитесь (по формулам на этикетках) в том, что на выданном лотке находятся указанные в перечне вещества (или их растворы). При обнаружении несоответствия набора веществ на лотке перечню веществ в условии задания сообщите об этом организатору в аудитории.
3. Перед началом выполнения эксперимента осмотрите ёмкости с реактивами и продумайте способ работы с ними. При этом обратите внимание на правила, которым Вы должны следовать.
3.1. В склянке находится пипетка. Это означает, что отбор жидкости и переливание её в пробирку для проведения реакции необходимо проводить только с помощью пипетки. Для проведения опытов отбирают 7–10 капель реактива.
3.2. Пипетка в склянке с жидкостью отсутствует. В этом случае переливание раствора осуществляют через край склянки, которую располагают так, чтобы при её наклоне этикетка оказалась сверху («этикетку – в ладонь!»). Склянку медленно наклоняют над пробиркой, пока нужный объём раствора не перельётся в неё. Объём перелитого раствора должен составлять 1–2 мл (1–2 см по высоте пробирки).
3.3. Для проведения опыта требуется порошкообразное (сыпучее) вещество. Отбор порошкообразного вещества из ёмкости осуществляют только с помощью ложечки или шпателя.
3.4. При отборе исходного реактива взят его излишек. Возврат излишка реактива в исходную ёмкость категорически запрещён. Его помещают в отдельную, резервную пробирку.
3.5. Сосуд с исходным реактивом (жидкостью или порошком) обязательно закрывают крышкой (пробкой) от этой же ёмкости.
3.6. При растворении в воде порошкообразного вещества или при перемешивании реактивов следует слегка ударять пальцем по дну пробирки.
3.7. Для определения запаха вещества следует взмахом руки над горлышком сосуда направлять на себя пары этого вещества.
3.8. Если реактив попал на рабочий стол, кожу или одежду, необходимо незамедлительно обратиться за помощью к специалисту по обеспечению лабораторных работ в аудитории.
4. Начинайте выполнять опыт. После проведения каждой реакции записывайте в черновик свои наблюдения за изменениями (или их отсутствием), происходящими с веществами.
5. Вы завершили эксперимент. Проверьте, соответствуют ли результаты опытов теоретическим предсказаниям. При необходимости скорректируйте их, используя записи в черновике, которые сделаны при проведении эксперимента.
Решение
Решение.
Для определения веществ в склянках (соляная кислота HCl и сульфат магния MgSO4) необходимо подобрать такие реактивы из предложенного списка (цинк Zn, хлорид бария BaCl2, хлорид меди(II) CuCl2), которые дадут характерные визуальные признаки реакции хотя бы с одним из определяемых веществ.
1. Выбор реактивов:
- Цинк (Zn): реагирует с соляной кислотой с выделением бесцветного газа (водорода), но не реагирует с сульфатом магния (так как магний активнее цинка). Это позволит определить HCl.
- Хлорид бария (BaCl2): реагирует с сульфатом магния с образованием белого мелкокристаллического осадка сульфата бария, но не дает видимых признаков реакции с соляной кислотой. Это позволит определить MgSO4.
- Хлорид меди(II) не подходит, так как не дает качественных признаков с данными веществами.
2. Определение вещества в склянке № 1 (соляная кислота HCl):
При добавлении цинка наблюдается выделение пузырьков газа.
Молекулярное уравнение:
Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑
Полное ионное уравнение:
Zn+2H++2Cl−=Zn2++2Cl−+H2↑
Сокращённое ионное уравнение:
Zn+2H+=Zn2++H2↑
3. Определение вещества в склянке № 2 (сульфат магния MgSO4):
При добавлении хлорида бария выпадает белый осадок.
Молекулярное уравнение:
MgSO4+BaCl2=BaSO4↓+MgCl2
Полное ионное уравнение:
Mg2++SO42−+Ba2++2Cl−=BaSO4↓+Mg2++2Cl−
Сокращённое ионное уравнение:
Ba2++SO42−=BaSO4↓
4. Таблица результатов эксперимента:
| № опыта | Реактив | Вещество из склянки № 1 (HCl) | Вещество из склянки № 2 (MgSO4) |
|---|---|---|---|
| 1 | Цинк (Zn) | Выделение бесцветного газа без запаха | Видимых признаков реакции нет |
| 2 | Хлорид бария (BaCl2) | Видимых признаков реакции нет | Выпадение белого осадка |
ВЫВОД: В склянке № 1 находится соляная кислота (HCl), в склянке № 2 — раствор сульфата магния (MgSO4).
Ответ: Выбранные реактивы — цинк (Zn) и хлорид бария (BaCl2). В склянке № 1 — HCl, в склянке № 2 — MgSO4.
Источник: ФИПИ