Перейти до основного вмісту
Каталог

Типові завдання НМТ: метали і неметали

~25 хв · 9 розділів · 12 тестових запитань

Метали й неметали
Хімія НМТ

Частина кар’єрної траєкторії Підготовка до НМТ 2027: Хімія — повний курс.

Розв'язуй типові завдання НМТ про метали й неметали: окисні й відновні властивості, сполуки з Гідрогеном, дію нітратної та концентрованої сульфатної кислот, ряд активності, сплави, Алюміній і Ферум.

Окисні й відновні властивості неметалів

Неметали можуть виявляти як окисні, так і відновні властивості — це залежить від того, з яким реагентом вони взаємодіють. Єдиний спосіб визначити роль неметалу в конкретній реакції — порівняти ступені окиснення елемента до й після реакції. Якщо ступінь окиснення зменшився (елемент приєднав електрони) — він окисник; якщо зріс (віддав електрони) — відновник.

Галогени — типові окисники

Галогени (F₂, Cl₂, Br₂, I₂) — сильні окисники, але їхня окисна здатність зменшується в групі зверху вниз. Найсильніший окисник — фтор, далі хлор, потім бром, а найслабший — йод. Це ілюструють реакції витіснення:

  • Cl₂ + 2NaBr → 2NaCl + Br₂ — хлор витісняє бром, бо Cl₂ — сильніший окисник.

  • Br₂ + 2NaCl → не йде — бром слабкіший за хлор, тому не може витіснити хлор.

Отже, у реакції з галогенідом сильніший галоген окиснює аніон слабкішого.

Кисень — сильний окисник

Кисень O₂ майже завжди виступає окисником, його ступінь окиснення змінюється з 0 до -2. Приклад:

  • S + O₂ → SO₂ (сірка окиснюється, кисень відновлюється)

  • 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ (фосфор окиснюється, кисень — окисник)

Водень і вуглець — відновники

Водень H₂ і вуглець C відновлюють метали з їхніх оксидів. У таких реакціях вони є відновниками, а оксид металу — окисником.

  • CuO + H₂ → Cu + H₂O — водень відновлює мідь (Cu²⁺ → Cu⁰), сам окиснюється до H₂O.

  • Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO — вуглець відновлює залізо, перетворюючись на карбон(II) оксид.

Сірка й азот — подвійна поведінка

Деякі неметали можуть бути як окисниками, так і відновниками — усе залежить від другого реагенту.

Сірка S:

  • S + H₂ → H₂S — ступінь S зменшується від 0 до -2, сірка — окисник.

  • S + O₂ → SO₂ — ступінь S зростає від 0 до +4, сірка — відновник.

Азот N₂:

  • N₂ + O₂ → 2NO — ступінь N зростає від 0 до +2, азот — відновник.

  • N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ — ступінь N зменшується від 0 до -3, азот — окисник.

Алгоритм визначення: 1) познач ступені окиснення елемента в реагентах і продуктах; 2) якщо ступінь зменшився — елемент окисник; якщо зріс — відновник. Запам'ятай: окисник сам відновлюється, а відновник сам окиснюється.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Сполуки неметалів з Гідрогеном

Сполуки неметалів з Гідрогеном здебільшого леткі речовини: багато з них — гази, хоча H₂O за звичайних умов — рідина. Їхній склад можна передбачити за номером групи в Періодичній системі: елементи IV групи утворюють EH₄ (наприклад CH₄, SiH₄), V — EH₃ (NH₃, PH₃), VI — H₂E (H₂O, H₂S), VII — HE (HF, HCl). У завданнях НМТ довідка містить ці рядки.

Характер водних розчинів і pH

Потрапляючи у воду, ці сполуки по-різному змінюють pH. Важливо запам'ятати три ключові речовини:

Сполука

Формула

Характер водного розчину

pH

Гідроген хлорид

HCl

сильна кислота

< 7

Гідроген сульфід

H₂S

слабка кислота

< 7 (вищий, ніж у HCl)

Амоніак

NH₃

слабка основа

> 7

Ряд за зростанням pH для розчинів однакової концентрації:

HCl < H₂S < NH₃

Зверни увагу: для порівняння pH використовують силу кислоти чи основи, а не кількість атомів Гідрогену в молекулі. HCl дисоціює повністю і дає багато H⁺, H₂S — частково, тому pH вищий. NH₃ у воді створює гідроксид-іони:

NH₃ + H₂O ⇄ NH₄⁺ + OH⁻

Взаємодія амоніаку з HCl: «білий дим»

Газоподібні NH₃ та HCl реагують між собою, утворюючи твердий амоній хлорид — дрібні кристали, які виглядають як білий дим:

NH₃(г) + HCl(г) → NH₄Cl(т)

Це одна з небагатьох реакцій «газ + газ → тверда речовина». Її часто використовують для якісного виявлення амоніаку або хлороводню.

Окиснення амоніаку

Амоніак може окиснюватися до азоту N₂ (без каталізатора) або до нітроген(II) оксиду NO (у присутності каталізатора). Це важливо в завданнях на генетичні ланцюжки.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Нітратна й концентрована сульфатна кислоти з металами

Нітратна кислота HNO₃ і концентрована сульфатна кислота H₂SO₄ — сильні окисники. Їхня взаємодія з металами докорінно відрізняється від дії хлоридної або розведеної сульфатної кислоти: водень H₂ не виділяється, натомість утворюються продукти відновлення Нітрогену або Сульфуру (найчастіше їхні оксиди).

Нітратна кислота з міддю

Мідь стоїть у ряду активності правіше за Гідроген, тому з HCl або розведеною H₂SO₄ вона не реагує. Однак із HNO₃ реагує, причому продукт залежить від концентрації кислоти:

  • Cu + 4HNO₃(конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O — виділяється бурий газ NO₂

  • 3Cu + 8HNO₃(розв.) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O — виділяється безбарвний газ NO, який на повітрі буріє (окиснюється до NO₂)

Запам'ятай: концентрована HNO₃ → NO₂; розведена HNO₃ → NO. Водень не виділяється в жодному разі!

Концентрована сульфатна кислота з міддю

Концентрована H₂SO₄ при нагріванні окиснює менш активні метали, зокрема мідь. Відновлюється Сульфур до SO₂:

Cu + 2H₂SO₄(конц.) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

Без нагрівання реакція практично не йде. Водень також не виділяється.

Пасивація: Fe, Al, Cr

Холодна концентрована HNO₃ та H₂SO₄ пасивують залізо, алюміній і хром. На поверхні металу утворюється щільна оксидна плівка (Fe₃O₄, Al₂O₃), яка блокує подальшу реакцію. Саме тому концентровану нітратну кислоту перевозять у залізних або алюмінієвих цистернах!

Мідь Cu та срібло Ag не пасивуються — вони реагують із концентрованою HNO₃ навіть на холоді.

Глибше відновлення: активні метали

Активніші метали (Mg, Zn) здатні відновлювати кислоти глибше:

  • Розведена HNO₃ із Zn: можливі продукти — N₂O, N₂ або навіть NH₄NO₃ (залежно від концентрації)

  • Концентрована H₂SO₄ із Zn: можливі продукти — SO₂, S або H₂S. Приклад: 4Zn + 5H₂SO₄ → 4ZnSO₄ + H₂S↑ + 4H₂O

Який саме продукт утворюється — зазвичай указано в умові завдання або можна визначити за зміною ступеня окиснення.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Ряд активності, сплави, Алюміній і Ферум

Ряд активності металів (електрохімічний ряд напруг) — головний інструмент для прогнозування, чи реагує метал із кислотою. У довідці НМТ подано розширений ряд, що містить Sr, Be, Cr, Cd, Bi.

Взаємодія з кислотами за рядом активності

Метал, що стоїть лівіше за Гідроген (H) у ряду, витісняє водень із розведених кислот (HCl, H₂SO₄(розв.)). Метал, що стоїть правіше H (Cu, Ag, Hg), не реагує з цими кислотами.

  • Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑ — цинк (ліворуч H) реагує

  • Cu + HCl → не реагує — мідь (праворуч H)

Лужні (Li, Na, K) та лужноземельні (Ca, Sr, Ba) метали реагують навіть із водою, витісняючи водень.

Сплави: латунь, бронза, сталь і чавун

Назва

Склад

Особливість

Латунь

Cu + Zn

Zn реагує з HCl, Cu — ні

Бронза

Cu + Sn

Sn стоїть лівіше H і реагує з HCl, Cu — ні

Сталь

Fe + C (≤ 2,14%)

Fe реагує з HCl

Чавун

Fe + C (≥ 2,14%)

Fe реагує з HCl

Ключова ідея для розрахунків: якщо сплав обробляють кислотою, реагує лише той компонент, що стоїть лівіше H. Для латуні це Zn, а Cu залишається в осаді. За об'ємом виділеного H₂ обчислюють масу активного металу, а потім масу іншого компонента як різницю.

Залізо: різні ступені окиснення

Залізо може утворювати сполуки Fe²⁺ або Fe³⁺ залежно від окисника:

  • Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑ — утворюється Fe²⁺ (хлоридна кислота — слабкий окисник)

  • 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃ — утворюється Fe³⁺ (хлор — сильний окисник)

  • Fe(OH)₂ на повітрі окиснюється: 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃ (зелений осад буріє)

Алюміній: амфотерність

Алюміній — активний метал, але стійкий завдяки тонкій оксидній плівці Al₂O₃. Його оксид і гідроксид амфотерні, тому Al реагує і з кислотами, і з лугами:

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

Це важливо: більшість металів не реагують із лугами, а алюміній — реагує, і виділяє водень.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Розбираємо завдання

У цьому розділі розберемо чотири типові завдання НМТ, які охоплюють основні теми — від газів-продуктів до розрахунку складу сплаву.

Приклад 1. Пари «метал + кислота — газ»

Установіть відповідність між реагентами (метал + кислота) та газоподібним продуктом реакції.

Реагенти:

  1. Cu + HNO₃(конц.)

  2. Cu + HNO₃(розв.)

  3. Zn + HCl(розв.)

Гази: А) NO₂, Б) NO, В) H₂, Г) SO₂, Д) N₂

Розв'язання. Для кожної пари визначаємо можливий продукт.

  • 1 — Cu + конц. HNO₃. Концентрована нітратна кислота окиснює мідь до Cu(NO₃)₂, а сама відновлюється до NO₂ (бурий газ). Отже, 1 → А (NO₂).

  • 2 — Cu + розв. HNO₃. Розведена нітратна кислота окиснює мідь, але відновлюється до NO (безбарвний газ, буріє на повітрі). Отже, 2 → Б (NO).

  • 3 — Zn + розв. HCl. Цинк стоїть лівіше H у ряду активності, тому витісняє водень із хлоридної кислоти: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑. Отже, 3 → В (H₂).

Ключ: 1А, 2Б, 3В.

Чому Г (SO₂) і Д (N₂) зайві? SO₂ виділяється при взаємодії Cu з концентрованою H₂SO₄ (а не HNO₃). N₂ утворюється при відновленні розведеної HNO₃ активнішими металами (Mg, Zn), але не міддю. У цьому завданні обидва гази є дистракторами.


Приклад 2. pH і забарвлення індикатора

Фенолфталеїн набуває малинового забарвлення у водному розчині:

  • А) амоніаку

  • Б) гідроген хлориду

  • В) гідроген сульфіду

  • Г) карбон(IV) оксиду

Розв'язання. Фенолфталеїн змінює колір на малиновий у лужному середовищі (pH > 8,2). Серед запропонованих речовин лужне середовище дає лише водний розчин амоніаку:

NH₃ + H₂O ⇄ NH₄⁺ + OH⁻

Утворені гідроксид-іони OH⁻ зумовлюють лужну реакцію, і фенолфталеїн стає малиновим.

Ключ: А (амоніак).

Розчини HCl і H₂S — кислі (pH < 7), тому фенолфталеїн у них безбарвний. Розчин CO₂ у воді (карбонатна кислота) також має pH < 7.


Приклад 3. Розрахунок складу сплаву

Сплав міді та цинку масою 20 г обробили надлишком хлоридної кислоти. При цьому виділилось 4,48 л водню (н. у.). Обчисліть масу міді в сплаві (у грамах).

Розв'язання.

  1. Із HCl реагує лише цинк (Cu стоїть правіше H і не реагує). Рівняння: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑.

  2. Об'єм водню 4,48 л (н. у.). Кількість речовини: n(H₂) = 4,48 / 22,4 = 0,2 моль.

  3. За рівнянням n(Zn) = n(H₂) = 0,2 моль.

  4. Маса цинку: m(Zn) = 0,2 · 65 = 13 г.

  5. Маса міді: m(Cu) = 20 − 13 = 7 г.

Відповідь: 7 г.

Типова помилка — ділити 20 г на обидва метали або вважати, що мідь теж реагує. Пам'ятай: Cu з HCl не взаємодіє.


Приклад 4. Пасивація металів

Яка пара металів не реагує з холодною концентрованою HNO₃ через утворення захисної оксидної плівки?

  • А) Al і Fe

  • Б) Cu і Ag

  • В) Zn і Mg

  • Г) Na і K

Розв'язання. Пасивація — це утворення на поверхні металу щільної оксидної плівки, яка блокує подальшу реакцію. Холодна концентрована HNO₃ пасивує залізо, алюміній та хром. З варіантів — Al і Fe (А).

Ключ: А (Al і Fe).

Cu і Ag (Б) реагують з концентрованою HNO₃ без нагрівання (утворюють NO₂). Zn і Mg (В) — активні метали, вони реагують з HNO₃ (хоча й з утворенням різних продуктів, але через пасивацію — ні). Na і K (Г) вибухово реагують з водою, а з кислотою — теж реагують.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Типові помилки й пастки

Під час розв'язування завдань НМТ на метали й неметали учні найчастіше припускаються таких помилок.

  • Вважати водень продуктом реакції металу з нітратною чи концентрованою сульфатною кислотою. Насправді HNO₃ та концентрована H₂SO₄ — сильні окисники, і водень з ними не виділяється. Продуктами відновлення є сполуки чи прості речовини Нітрогену (NO₂, NO, N₂O, N₂, NH₄NO₃) або Сульфуру (SO₂, S, H₂S).

  • Плутати NO₂ (з концентрованою HNO₃) і NO (з розведеною HNO₃). Запам'ятай асоціацію: концентрована → концентрований колір (NO₂ — бурий); розведена → безбарвний (NO — безбарвний, буріє на повітрі).

  • Вважати, що Cu реагує з розведеною HCl або H₂SO₄. Мідь стоїть правіше Гідрогену в ряду активності, тому з розведеними кислотами-неокисниками вона не реагує. Для взаємодії потрібна HNO₃ або концентрована H₂SO₄ (при нагріванні).

  • Не враховувати пасивацію Fe й Al холодною концентрованою кислотою. Холодна конц. HNO₃ і H₂SO₄ пасивують Fe, Al, Cr — утворюють оксидну плівку, яка блокує реакцію. При нагріванні пасивація зникає.

  • Плутати Fe²⁺ (з HCl) і Fe³⁺ (з Cl₂) у продуктах. Розведена HCl окиснює Fe лише до Fe²⁺: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂. Хлор — сильніший окисник, він окиснює Fe до Fe³⁺: 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃.

  • Рахувати склад сплаву за загальною масою замість маси того компонента, що реагує. Наприклад, у латуні (Cu + Zn) із HCl реагує лише Zn. За об'ємом H₂ знаходять масу Zn, а масу Cu — як різницю загальної маси та маси Zn. Не можна ділити загальну масу на обидва метали.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Як це перевіряють на НМТ

Завдання на метали й неметали та їхні сполуки входять до НМТ з хімії. Розгляньмо, у яких номерах і формах вони з'являються.

Демоваріант 2026 року

У демонстраційному варіанті НМТ-2026 завдання на цю тему були представлені в кількох номерах:

  • № 5 — порівняння pH водних розчинів сполук неметалічних елементів з Гідрогеном (HCl, H₂S, NH₃). Це завдання з вибором однієї правильної відповіді.

  • № 8 — визначення складу сплаву за взаємодією з кислотою (ряд активності металів). Це завдання з вибором однієї відповіді (0 або 1 бал).

  • № 9 — взаємодія газоподібних сполук неметалічних елементів з Гідрогеном (наприклад, NH₃ + HCl → NH₄Cl). Теж завдання з вибором однієї відповіді.

  • № 23 — розрахункова задача на відносний вихід продукту за об'ємами газів.

Форми завдань

Завдання з теми «Метали й неметали» можуть мати будь-яку з трьох форм НМТ:

  • Вибір однієї з чотирьох (А–Г) — 1 бал. Наприклад: визначення pH, продукту реакції, пасивації.

  • Логічні пари (1–3 → А–Д) — від 0 до 3 балів. Наприклад: зіставити пару «метал + кислота» з газом.

  • Коротка відповідь (число) — 0 або 2 бали. Наприклад: обчислити масу металу в сплаві.

Довідка на НМТ

Довідкові матеріали містять:

  • ряд активності металів (розширений: Li, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Be, Al, Mn, Cr, Zn, Fe, Cd, Ni, Sn, Pb, (H₂), Bi, Cu, Ag, Hg, Pt, Au)

  • Періодичну систему з рядками летких сполук з Гідрогеном (EH₄, EH₃, H₂E, HE)

Користуйся довідкою активно — вона містить підказки для визначення складу летких сполук і прогнозування реакційної здатності металів.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Питання й відповіді

Чому мідь реагує з концентрованою HNO₃, а з HCl — ні?

Мідь стоїть у ряду активності правіше за Гідроген, тому вона не може витіснити водень із HCl (слабкий окисник). Натомість концентрована HNO₃ — сильний окисник: вона окиснює Cu до Cu²⁺, а сама відновлюється до NO₂. Для реакції міді з кислотою потрібен не просто H⁺, а сильний окисник-аніон (NO₃⁻ у кислому середовищі).

Як швидко порівняти pH розчинів HCl, H₂S і NH₃?

Визнач, який характер має водний розчин кожної сполуки. HCl — сильна кислота (pH найнижчий). H₂S — слабка кислота (pH вищий, ніж у HCl). NH₃ — слабка основа (pH > 7). Кінцевий ряд за зростанням pH: HCl < H₂S < NH₃. Не зважай на кількість атомів H у формулі — важлива сила кислоти чи основи.

Чому залізну цистерну можна використовувати для концентрованої нітратної кислоти?

Холодна концентрована HNO₃ пасивує залізо: на поверхні металу утворюється щільна оксидна плівка (Fe₃O₄), яка блокує подальший контакт кислоти з металом. Те саме відбувається з алюмінієм (Al₂O₃) і хромом. Тому концентровану нітратну кислоту безпечно перевозять у сталевих (залізних) або алюмінієвих цистернах. Але при нагріванні або з розведеною HNO₃ пасивація не працює — реакція відбувається.

Як знайти склад сплаву за об'ємом водню?

Спочатку визнач, який компонент сплаву реагує з кислотою (той, що стоїть лівіше H у ряду активності). Склади рівняння реакції. За об'ємом H₂ (н. у.) обчисли кількість речовини водню: n = V / 22,4. За рівнянням знайди кількість речовини металу (зазвичай n(Me) = n(H₂) або вдвічі менше). Обчисли масу активного металу: m = n · M. Масу іншого компонента знайди як різницю: m = m(сплаву) − m(активного металу). Важливо: реагує тільки один компонент, інший — інертний до кислоти.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Коротко: головне

  • З HNO₃ і концентрованою H₂SO₄ водень не виділяється. Продукти — сполуки Нітрогену (NO₂, NO тощо) або Сульфуру (SO₂, H₂S тощо).

  • Cu + конц. HNO₃ → NO₂ (бурий газ); Cu + розв. HNO₃ → NO (безбарвний).

  • Fe, Al, Cr пасивуються холодною концентрованою HNO₃ та H₂SO₄. Cu й Ag — ні, вони реагують.

  • Ряд pH для однакової концентрації: HCl < H₂S < NH₃.

  • Склад сплаву (наприклад, латуні) знаходять за реакцією активного компонента (Zn) з кислотою. Пасивний компонент (Cu) не реагує, його масу отримують відніманням.

  • Залізо з HCl дає Fe²⁺ (FeCl₂), а з Cl₂ — Fe³⁺ (FeCl₃). Fe(OH)₂ на повітрі окиснюється до Fe(OH)₃ (буріє).

  • Алюміній реагує і з кислотами, і з лугами (амфотерність).

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Самоперевірка

Перевірте себе на цьому юніті

Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.

1. Який метал із перелічених пасивується холодною концентрованою нітратною кислотою?

2. У якій реакції неметал виступає відновником?

3. Який газоподібний продукт утворюється при взаємодії міді з концентрованою нітратною кислотою?

4. Який із газів реагує з хлороводнем (HCl), утворюючи тверду сіль, що виглядає як білий дим?

5. Водні розчини HCl, H₂S і NH₃ однакової концентрації мають різне pH. Укажіть правильний ряд за зростанням pH.

Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 12 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.

Приєднатися, щоб пройти тест