Типові завдання НМТ: хімічні реакції та розчини
~25 хв · 9 розділів · 11 тестових запитань
Розв'язуй типові завдання НМТ з хімічних реакцій: визначай окисник і відновник, передбачай зміщення рівноваги, обирай спосіб розділення сумішей, складай йонні рівняння та розпізнавай середовище розчину за гідролізом солей.
У хімії всі реакції поділяють на чотири основні типи за кількістю й складом реагентів і продуктів: сполучення (дві або більше речовин утворюють одну), розкладу (одна речовина розпадається на кілька), заміщення (атом простої речовини заміщує атом у складній) та обміну (дві складні речовини обмінюються своїми складниками). Проте для НМТ важливіша інша класифікація — за зміною ступенів окиснення атомів.
Окисно-відновні реакції (ОВР) — це реакції, у яких змінюються ступені окиснення елементів. Реакції обміну та нейтралізації (наприклад, NaOH + HCl → NaCl + H₂O) не є окисно-відновними, бо ступені окиснення в них лишаються незмінними.
Окисник і відновник: головне правило
Найпростіше запам'ятати так:
Окисник — приймає електрони, тому його ступінь окиснення зменшується (відновлюється).
Відновник — віддає електрони, тому його ступінь окиснення збільшується (окиснюється).
Розберімо на конкретному прикладі:
Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
Визначаємо ступені окиснення:
Fe₂O₃: Fe має +3 (кисень −2, тому 3·(−2) + 2·x = 0 → x = +3), у продукті Fe — проста речовина, ступінь 0. Отже, Fe переходить із +3 до 0 — ступінь зменшується, Fe₂O₃ — окисник.
CO: C має +2 (O −2), у CO₂ — +4. С переходить із +2 до +4 — ступінь збільшується, CO — відновник.
Як швидко впізнавати окисники й відновники
Є кілька закономірностей, які стануть у пригоді на НМТ:
Проста речовина металу в реакції майже завжди є відновником (ступінь окиснення збільшується від 0 до позитивного).
Кисень O₂ і галогени Cl₂, Br₂, I₂ — типові окисники (ступінь зменшується від 0 до негативного).
H₂SO₄ (концентрована) — сильний окисник завдяки Сульфуру в ступені +6.
HNO₃ — сильний окисник завдяки Нітрогену в ступені +5.
Приклад: Zn + CuSO₄
Розгляньмо реакцію заміщення:
Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu
Цинк (проста речовина) має ступінь 0, у ZnSO₄ — +2. Zn віддає електрони, отже, він — відновник. Купрум у CuSO₄ має +2, у простій речовині Cu — 0. Cu²⁺ приймає електрони, отже, CuSO₄ (точніше, йон Cu²⁺) — окисник. Це узгоджується з рядом активності металів: цинк стоїть ліворуч від міді, тому витісняє її з розчину солі.
Швидкість хімічної реакції — це зміна концентрації реагентів або продуктів за одиницю часу. На НМТ тебе проситимуть не обчислювати її числове значення, а розуміти, які фактори на неї впливають.
Фактори, що прискорюють реакцію
Підвищення температури — молекули рухаються швидше, більше зіткнень досягають енергії активації.
Підвищення концентрації реагентів — більше частинок в одиниці об'єму, зіткнення відбуваються частіше.
Збільшення площі поверхні твердих реагентів (подрібнення) — більше атомів доступно для реакції.
Каталізатор — знижує енергію активації, прискорюючи і пряму, і зворотну реакції однаковою мірою.
Хімічна рівновага й принцип Ле Шательє
Хімічна рівновага — стан, коли швидкості прямої та зворотної реакцій зрівнюються, і концентрації всіх речовин не змінюються. Якщо зовнішні умови змінити, рівновага порушується й система переходить у новий стан.
Принцип Ле Шательє: якщо на систему, що перебуває в рівновазі, подіяти ззовні (змінити тиск, температуру або концентрацію), рівновага зміщується в той бік, який послаблює цю дію.
Як кожен фактор зміщує рівновагу
Фактор | Як діє | Напрям зміщення |
|---|---|---|
Тиск | Підвищення тиску | У бік меншої кількості молів газів |
Температура | Підвищення температури | У бік ендотермічної реакції (поглинає тепло) |
Концентрація | Збільшення концентрації реагенту | У бік продуктів |
Каталізатор | Прискорює обидві реакції однаково | Рівновагу не зміщує |
Розбір на прикладі: синтез амоніаку
N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ + Q
Реакція екзотермічна (Q виділяється). Підрахуймо газові молі: ліворуч — 1 + 3 = 4 моль, праворуч — 2 моль газу.
Підвищення тиску — рівновага зміщується в бік меншої кількості молів, тобто в бік NH₃. Вихід амоніаку зростає.
Зниження температури — рівновага зміщується в бік екзотермічної реакції (тієї, що виділяє тепло), тобто в бік NH₃. Вихід зростає.
Підвищення температури — рівновага зміщується в бік ендотермічної реакції (розклад NH₃). Вихід амоніаку падає.
Каталізатор — прискорює і синтез, і розклад, тому рівновагу не зміщує (але рівновага досягається швидше).
Коли тиск не діє
Тиск впливає лише на газоподібні речовини. Якщо в реакції немає газів або кількість газових молів ліворуч і праворуч однакова, зміна тиску не зміщує рівновагу. Наприклад:
H₂ + I₂ ⇄ 2HI
Ліворуч — 1 + 1 = 2 моль газу, праворуч — 2 моль газу. Зміна тиску не дає жодного ефекту.
Суміш — це система, що містить дві або більше речовин, які не вступили в хімічну реакцію. На відміну від чистої речовини, суміш не має сталої температури кипіння чи плавлення. На НМТ часто питають, яким способом можна розділити ту чи іншу суміш — і ключем завжди є різниця фізичних властивостей компонентів.
Способи розділення сумішей
Тип суміші | Властивість, що відрізняє компоненти | Спосіб розділення |
|---|---|---|
Нерозчинна тверда речовина + рідина (пісок + вода) | Розмір частинок / розчинність | Фільтрування або відстоювання |
Розчинена тверда речовина + рідина (сіль + вода) | Температура кипіння | Випарювання або кристалізація |
Дві рідини з різною температурою кипіння (вода + спирт) | Температура кипіння | Дистиляція (перегонка) |
Несумісні рідини (олія + вода) | Густина / незмішуваність | Ділильна лійка |
Металічні ошурки + пісок | Магнітні властивості | Магніт |
Важливо! Спосіб розділення обирають за фізичними властивостями (розчинність, температура кипіння, густина, магнетизм), а не хімічними. Хімічні методи (додавання реактиву) змінюють склад речовин — це вже не розділення суміші, а хімічне перетворення.
Розчини й масова частка
Розчин — це однорідна суміш, де одна речовина (розчинник, зазвичай вода) розподіляє іншу (розчинену речовину) на рівні молекул або йонів. Кількісний склад розчину виражають масовою часткою:
w = m(речовини) / m(розчину) · 100%
де m(розчину) = m(речовини) + m(води). Наприклад, якщо в 200 г води розчинили 50 г цукру, масова частка цукру: 50 / (50 + 200) · 100% = 20%.
Електролітична дисоціація — це розпад речовини на йони під дією розчинника (найчастіше води). Сильні електроліти (луги, сильні кислоти, розчинні солі) дисоціюють практично повністю, тому в йонних рівняннях їх записують у вигляді йонів. Слабкі електроліти, осади, гази й вода лишаються в молекулярній формі.
Як складати йонні рівняння
Алгоритм простий:
Запиши повне молекулярне рівняння.
Розпиши на йони розчинні сильні електроліти (луги NaOH, KOH; сильні кислоти HCl, H₂SO₄, HNO₃; розчинні солі). Осади (↓), гази (↑), воду H₂O та слабкі електроліти (CH₃COOH, NH₃·H₂O) залиш у молекулярному вигляді.
Скороти однакові йони ліворуч і праворуч.
Запиши скорочене йонне рівняння.
Приклад: BaCl₂ + Na₂SO₄
Молекулярне рівняння: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl.
Повне йонне: Ba²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻.
Скорочуємо Na⁺ та Cl⁻ з обох боків. Залишається:
Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓
Сума коефіцієнтів у скороченому йонному рівнянні: 1 (Ba²⁺) + 1 (SO₄²⁻) + 1 (BaSO₄) = 3. Таке завдання допомагає перевірити, чи правильно складено йонне рівняння.
Середовище розчину й pH
Водневий показник pH показує кислотність середовища:
pH < 7 — кисле середовище (HCl, NH₄Cl)
pH > 7 — лужне середовище (NaOH, Na₂CO₃)
pH = 7 — нейтральне середовище (NaCl, чиста вода)
Середовище розчину солі залежить від того, якою кислотою й основою вона утворена:
Кислота | Основа | Середовище | Приклади |
|---|---|---|---|
Сильна | Сильна | Нейтральне (pH = 7) | NaCl, KNO₃, BaCl₂ |
Слабка | Сильна | Лужне (pH > 7) | CH₃COOK, Na₂CO₃ |
Сильна | Слабка | Кисле (pH < 7) | NH₄Cl, Fe(NO₃)₃ |
Слабка | Слабка | Залежить від констант дисоціації | CH₃COONH₄ |
Якісні реакції на йони
Якісна реакція дає характерну ознаку (осад, газ, зміну кольору), за якою можна однозначно визначити йон. Програма НМТ (тема 1.6) обмежує перелік реактивів і йонів, які можуть трапитися в завданнях:
Йон | Реактив | Ознака | Рівняння |
|---|---|---|---|
Cl⁻ | AgNO₃ (Ag⁺) | Білий осад | Cl⁻ + Ag⁺ → AgCl↓ |
SO₄²⁻ | BaCl₂ (Ba²⁺) | Білий осад | SO₄²⁻ + Ba²⁺ → BaSO₄↓ |
CO₃²⁻ | Кислота (H⁺) | Газ (бульбашки) | CO₃²⁻ + 2H⁺ → CO₂↑ + H₂O |
NH₄⁺ | Луг (OH⁻) | Запах амоніаку | NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O |
Fe²⁺ | Луг (OH⁻) | Світло-зелений осад, на повітрі буріє | Fe²⁺ + 2OH⁻ → Fe(OH)₂↓ |
Fe³⁺ | Луг (OH⁻) | Бурий осад | Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓ |
Зверни увагу: Реактиви поза програмою, як-от K₃[Fe(CN)₆] або KSCN, у завданнях НМТ не використовують. Користуйся лише тим переліком, що дано в темі 1.6 програми.
У цьому розділі розв'яжемо п'ять типових завдань НМТ, які охоплюють усі ключові теми: окисники й відновники, рівновагу, способи розділення сумішей, йонні рівняння, гідроліз і середовище розчину.
Приклад 1. Гідроліз солей — логічні пари
У завданні формату «логічні пари» потрібно встановити відповідність між сіллю та середовищем її водного розчину. Познач пари:
CH₃COOK — А. pH > 7
Fe(NO₃)₃ — Б. pH < 7
BaCl₂ — В. pH = 7
Г. залежить від тиску
Д. не розчиняється
Розв'язок:
CH₃COOK — сіль слабкої кислоти (CH₃COOH) і сильної основи (KOH). Гідроліз за аніоном створює лужне середовище: pH > 7.
Fe(NO₃)₃ — сіль сильної кислоти (HNO₃) і слабкої основи (Fe(OH)₃). Гідроліз за катіоном створює кисле середовище: pH < 7.
BaCl₂ — сіль сильної кислоти (HCl) і сильної основи (Ba(OH)₂). Гідролізу практично немає: pH ≈ 7.
Ключ: 1 → А, 2 → Б, 3 → В.
Варіант Г («залежить від тиску») — пастка для тих, хто плутає гідроліз із рівновагою в газах. BaCl₂ добре розчиняється у воді, тому варіант Д теж хибний.
Приклад 2. Зміщення рівноваги — вибір однієї відповіді
Що збільшить вихід амоніаку в реакції N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ + Q?
А. Підвищення тиску
Б. Каталізатор
В. Підвищення температури
Г. Видалення азоту з системи
Розв'язок:
Ліворуч — 4 моль газів, праворуч — 2 моль. За принципом Ле Шательє, підвищення тиску зміщує рівновагу в бік меншої кількості молів — у бік NH₃. Отже, правильна відповідь — А.
Чому інші неправильні?
Б (каталізатор) — прискорює і пряму, і зворотну реакції, рівновагу не зміщує.
В (підвищення температури) — реакція екзотермічна, тому рівновага зміститься в бік реагентів (ендотермічний напрямок — розклад NH₃).
Г (видалення азоту) — зменшує концентрацію реагенту, рівновага зміщується в бік реагентів, вихід падає.
Приклад 3. Окисник у реакції — вибір однієї відповіді
Окисником у реакції Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ є:
А. Fe₂O₃
Б. CO
В. Fe
Г. CO₂
Розв'язок:
Визначаємо ступені окиснення. У Fe₂O₃: Fe має +3 (кисень −2, отже 2·x + 3·(−2) = 0 → x = +3). У продукті Fe — проста речовина, ступінь 0. Fe переходить із +3 до 0 — ступінь зменшується, отже Fe₂O₃ приймає електрони й є окисником. Правильна відповідь — А.
CO містить C(+2), який у CO₂ переходить у C(+4) — ступінь збільшується, отже CO — відновник. Fe і CO₂ — продукти, вони не можуть бути окисниками в цій реакції.
Приклад 4. Сума коефіцієнтів у йонному рівнянні — коротка відповідь
У відповідь запиши число — суму коефіцієнтів у скороченому йонному рівнянні реакції між BaCl₂ та Na₂SO₄.
Розв'язок:
Молекулярне рівняння: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl.
Повне йонне: Ba²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻.
Скорочуємо йони Na⁺ і Cl⁻. Скорочене йонне рівняння:
Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓
Коефіцієнти: 1 + 1 + 1 = 3.
Відповідь: 3.
Типова помилка — записати суму коефіцієнтів повного йонного рівняння (1 + 2 + 2 + 1 + 1 + 2 + 2 = 11). Уважно читай завдання: питають саме скорочене йонне рівняння.
Приклад 5. Зміщення рівноваги — логічні пари
Для реакції 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ (ΔH < 0, тобто екзотермічна) встанови відповідність між зміною умови та напрямком зміщення рівноваги:
Підвищення тиску — А. У бік продукту
Підвищення температури — Б. У бік реагентів
Додавання каталізатора — В. Не зміщується
Г. Спершу в бік продукту, потім назад
Д. Залежить від об'єму посудини
Розв'язок:
Підрахуймо газові молі: ліворуч 2 + 1 = 3 моль, праворуч 2 моль. Підвищення тиску зміщує рівновагу в бік меншої кількості молів — у бік продукту (1 → А).
Реакція екзотермічна (ΔH < 0). Підвищення температури зміщує рівновагу в бік ендотермічної реакції, тобто розкладу SO₃ — у бік реагентів (2 → Б).
Каталізатор прискорює пряму й зворотну реакції однаково, тому рівновагу не зміщує (3 → В).
Ключ: 1 → А, 2 → Б, 3 → В.
Щоб не втратити бали на НМТ, запам'ятай найпоширеніші помилки, яких припускаються учні в завданнях на хімічні реакції та розчини.
Помилка: каталізатор зміщує рівновагу. Насправді каталізатор однаково прискорює пряму й зворотну реакції, тому рівновага не зміщується — вона просто досягається швидше. Вихід продукту каталізатор не збільшує.
Помилка: розкладати на йони осади, гази й слабкі електроліти в йонному рівнянні. У йонних рівняннях на йони записують лише розчинні сильні електроліти. Осади (BaSO₄↓, AgCl↓), гази (CO₂↑, NH₃↑), воду H₂O, слабкі кислоти (CH₃COOH) і слабкі основи (NH₃·H₂O) залишають у молекулярному вигляді.
Помилка: плутати окисник і відновник. Запам'ятай: окисник приймає електрони (ступінь окиснення зменшується), відновник віддає електрони (ступінь окиснення збільшується). Не плутай: назва «окисник» — бо він окиснює іншу речовину (відбирає в неї електрони), а сам при цьому відновлюється.
Помилка: вважати розчин усіх солей нейтральним. Сіль, утворена слабкою кислотою й сильною основою (CH₃COOK, Na₂CO₃), має лужне середовище. Сіль, утворена сильною кислотою й слабкою основою (NH₄Cl, Fe(NO₃)₃), має кисле середовище. Нейтральне середовище — лише в солей сильної кислоти й сильної основи (NaCl, BaCl₂).
Помилка: плутати способи розділення сумішей. Фільтрування — для нерозчинної твердої речовини в рідині. Випарювання — для розчиненої твердої речовини. Дистиляція — для суміші рідин з різною температурою кипіння. Ділильна лійка — для несумісних рідин. Магніт — для феромагнітних домішок. Завжди визначай, яка фізична властивість відрізняє компоненти.
Помилка: забувати, що тиск не зміщує рівновагу, коли кількість газових молів не змінюється. Якщо в реакції однакова кількість молів газів ліворуч і праворуч (H₂ + I₂ ⇄ 2HI), або в реакції взагалі немає газів, зміна тиску не впливає на рівновагу.
Завдання теми «Хімічні реакції та розчини» трапляються в різних частинах НМТ — і як прості завдання з вибором однієї відповіді, і як логічні пари. Розберімо структуру на прикладі демоваріанта 2026 року.
Формат і розподіл завдань
Номер у демоваріанті 2026 | Що перевіряє | Форма |
|---|---|---|
№ 4 | Спосіб розділення суміші за допомогою побутового приладу | Вибір однієї з чотирьох |
№ 5 | pH водних розчинів (середовище) | Вибір однієї з чотирьох |
№ 6 | Окисник за зміною ступеня окиснення | Вибір однієї з чотирьох |
№ 7 | Зміщення рівноваги дисоціації слабкої кислоти | Вибір однієї з чотирьох |
№ 20 | Гідроліз солей, середовище розчину, забарвлення метилоранжу | Логічні пари (1–3 → А–Д) |
Важливо знати:
Завдання з вибором однієї відповіді оцінюють у 0 або 1 бал.
Логічні пари (1–3 → А–Д) оцінюють від 0 до 3 балів (по 1 балу за кожну правильну пару).
Забарвлення індикаторів у довідкових матеріалах НМТ не наводять. Це треба вивчити окремо: метилоранж у кислому середовищі рожевий (червоно-рожевий), у нейтральному — оранжевий, у лужному — жовтий; лакмус — червоний у кислому, синій у лужному.
Як розподілити час
На завдання з вибором однієї відповіді (1 бал) витрачай не більше ніж 1,5–2 хвилини. На логічні пари — до 3 хвилин. Якщо завдання здається складним, пропусти його й повернися пізніше. Стратегія проста: спершу зроби всі завдання, які знаєш точно, потім повернися до сумнівних.
Чому каталізатор не змінює вихід продукту?
Каталізатор однаковою мірою прискорює пряму й зворотну реакції. Він знижує енергію активації для обох напрямків, тому рівновага досягається швидше, але її положення (співвідношення концентрацій реагентів і продуктів) не змінюється. Вихід продукту зростає лише тоді, коли рівновага зміщується в бік продукту — це роблять зміна тиску, температури або концентрації.
Які речовини в йонному рівнянні записують молекулярно?
Молекулярно (тобто не розкладаючи на йони) записують: осади (позначають стрілкою вниз ↓), гази (стрілка вгору ↑), воду H₂O, слабкі електроліти (слабкі кислоти, як-от CH₃COOH; слабкі основи, як-от NH₃·H₂O; малорозчинні сполуки). Розчинні сильні електроліти (луги, сильні кислоти, розчинні солі) записують у вигляді йонів.
Як швидко визначити окисник у рівнянні?
Знайди елемент, ступінь окиснення якого в продуктах нижчий, ніж у реагентах — цей елемент входить до складу окисника. Підказки: простий метал (Zn, Fe, Al) майже завжди відновник; кисень O₂ і галогени — окисники; концентрована H₂SO₄ і HNO₃ — сильні окисники. Алгоритм: розстав ступені окиснення → подивись, у кого ступінь зменшився (окисник) / збільшився (відновник).
Чому забарвлення індикаторів треба вчити самому?
Довідкові матеріали НМТ з хімії містять періодичну систему (коротку й довгу форми), таблицю розчинності й ряд активності металів; таблиці електронегативності в них немає. Забарвлення індикаторів (лакмусу, метилоранжу, фенолфталеїну) у різних середовищах у довідці не наведено. Тому кольори переходів потрібно вивчити окремо: метилоранж — рожевий (червоно-рожевий) у кислому, оранжевий у нейтральному, жовтий у лужному; лакмус — червоний/синій; фенолфталеїн — безбарвний/малиновий.
Окисник приймає електрони (ступінь окиснення зменшується), відновник віддає електрони (ступінь окиснення збільшується). Прості метали — відновники, кисень, галогени, H₂SO₄(конц.) і HNO₃ — окисники.
Принцип Ле Шательє: тиск, температура й концентрація зміщують рівновагу. Підвищення тиску — в бік меншої кількості газових молів. Підвищення температури — в бік ендотермічної реакції. Каталізатор рівновагу не зміщує.
Спосіб розділення сумішей обирають за різницею фізичних властивостей (розчинність, температура кипіння, густина, магнетизм), а не хімічних.
У йонному рівнянні осади, гази, воду й слабкі електроліти не розписують на йони — залишають молекулярно.
Середовище розчину солі визначають за силою кислоти й основи: сіль слабкої кислоти й сильної основи — лужне (pH > 7); сіль сильної кислоти й слабкої основи — кисле (pH < 7); сіль сильної кислоти й сильної основи — нейтральне (pH = 7).