Хімічні властивості солей

Одна з найважливіших властивостей солей — здатність реагувати з металами. Якщо занурити метал у розчин солі іншого металу, може відбутися реакція заміщення: активніший метал витісняє менш активний зі сполуки. Це явище називають витісненням металу, і воно підпорядковується ряду активності металів (електрохімічному ряду напруг).

Ряд активності металів — головний інструмент

Метал, який стоїть лівіше в ряду активності (активніший), здатний витісняти метал, який стоїть правіше (менш активний), із розчину його солі. Наприклад, залізо (Fe) стоїть лівіше від міді (Cu), тому залізо витісняє мідь із розчину купрум(II) сульфату:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Візуально це виглядає як поява червоного нальоту міді на поверхні залізного предмета, а блакитний розчин поступово стає зеленуватим (колір іонів Fe²⁺).

Інші приклади:

• Zn + Pb(NO₃)₂ → Zn(NO₃)₂ + Pb — цинк витісняє свинець

• Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag — мідь витісняє срібло; на мідному дроті з'являється сріблястий наліт

• Cu + ZnSO₄ — реакції немає, бо мідь (правіше) не може витіснити цинк (лівіше)

Важливе застереження: лужні й лужноземельні метали

Для типових дослідів витіснення беруть метали, які не реагують з водою (Zn, Fe, Cu, Ag тощо). Натрій, калій та інші лужні метали настільки активні, що передусім реагують з водою, а не з сіллю. Якщо кинути шматочок натрію в розчин CuSO₄, відбувається таке:

1. 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ — натрій реагує з водою, утворюючи луг і водень

2. 2NaOH + CuSO₄ → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ — луг осаджує блакитний купрум(II) гідроксид

Мідь у вигляді простого металу не виділяється. Тому відповідь «натрій витісняє мідь із CuSO₄» — хибна.

Ступінь окиснення заліза під час витіснення

Коли залізо витісняє мідь із солі Купруму(II), залізо переходить у ступінь окиснення +2, а не +3. Правильне рівняння:

Fe + CuCl₂ → FeCl₂ + Cu

Помилковий запис Fe + CuCl₂ → FeCl₃ + Cu не відповідає дійсності, бо в таких реакціях залізо утворює сполуки Феруму(II).

Нерозчинна плівка продукту на поверхні металу іноді гальмує реакцію (наприклад, свинець утворює малорозчинний шар), але для розв'язування типових завдань достатньо ряду активності металів.

Реакції обміну між сіллю та іншою сполукою (кислотою, лугом або іншою сіллю) в розчині відбуваються лише тоді, коли утворюється осад, газ або слабкий електроліт (найчастіше — вода). Це ключове правило, яке дозволяє швидко прогнозувати, чи відбудеться реакція. Кожен можливий продукт потрібно перевіряти за таблицею розчинності.

Сіль + кислота

Сіль реагує з кислотою, якщо утворюється осад, газ або слабка кислота. Розгляньмо типові приклади з хлоридною, сульфатною та нітратною кислотами:

• Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑ — виділяється вуглекислий газ

• K₂SO₃ + 2HCl → 2KCl + H₂O + SO₂↑ — виділяється сульфур(IV) оксид

• Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃↓ — утворюється драглистий осад силікатної кислоти

• BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl — білий осад барій сульфату

• AgNO₃ + HCl → AgCl↓ + HNO₃ — білий сирнистий осад аргентум хлориду

Нерозчинні карбонати, як-от CaCO₃, теж реагують із сильними кислотами, розчиняючись у них:

CaCO₃ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂↑

Сіль + луг

Сіль реагує з лугом, якщо утворюється нерозчинний гідроксид металу, газ (амоніак) або осад іншої солі. Приклади:

• CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ — блакитний осад купрум(II) гідроксиду

• FeCl₃ + 3KOH → Fe(OH)₃↓ + 3KCl — бурий осад ферум(III) гідроксиду

• Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + 2NaOH — білий осад кальцій карбонату

• NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃↑ + H₂O (за нагрівання) — виділяється амоніак

Якщо жоден із продуктів не випадає в осад, не виділяється як газ і не є слабким електролітом, реакція не відбувається. Наприклад:

Na₂SO₄ + KOH — реакції немає (і Na₂SO₄, і KOH, і можливі продукти — NaOH і K₂SO₄ — добре розчинні).

Сіль + сіль

Дві солі реагують у розчині, якщо обидві вихідні солі розчинні й серед продуктів утворюється осад. Приклади:

• BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl — білий осад барій сульфату

• AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃ — білий сирнистий осад аргентум хлориду

• CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl — білий осад кальцій карбонату

Якщо всі чотири солі (дві вихідні солі й два можливі продукти) добре розчинні, реакція не відбувається:

NaCl + KNO₃ — реакції немає.

Для добору реагентів у задачах на змішування двох розчинів потрібні саме розчинні солі. Однак це не означає, що тверда сіль взагалі не може реагувати — наприклад, CaCO₃ (твердий) реагує з HNO₃, як показано вище.

Один реагент — різні ознаки

Це важливий прийом для завдань на розпізнавання речовин. Один і той самий реагент може давати різні ознаки з різними солями:

• Хлоридна кислота з розчином Na₂CO₃ виділяє газ (CO₂), а з розчином Na₂SiO₃ дає драглистий осад (H₂SiO₃).

• BaCl₂ з розчином Na₂SO₄ дає білий осад (BaSO₄), а з розчином NaCl змін немає.

Під час сильного нагрівання багато карбонатів розкладаються на оксид металу й вуглекислий газ. Це важливе промислове явище — наприклад, випалювання вапняку дає негашене вапно. Однак не всі карбонати розкладаються однаково.

Нерозчинні карбонати розкладаються

Нерозчинні у воді карбонати під час сильного прожарювання розкладаються на оксид металу та CO₂. Найвідоміший приклад — випалювання вапняку:

CaCO₃ → CaO + CO₂↑

Твердий кальцій карбонат (вапняк, крейда, мармур) під дією високої температури перетворюється на кальцій оксид (негашене вапно) і вуглекислий газ. Цю реакцію широко використовують у будівництві для одержання вапна.

Інший приклад — магній карбонат:

MgCO₃ → MgO + CO₂↑

Чому Na₂CO₃ і K₂CO₃ не розкладаються?

Карбонати Натрію й Калію (Na₂CO₃, K₂CO₃) дуже стійкі до нагрівання. Вони плавляться за високої температури, але не розкладаються на оксид і CO₂. Причина в тому, що оксиди лужних металів (Na₂O, K₂O) є дуже сильними основами, і вони миттєво реагували б із CO₂ назад, утворюючи карбонат. Тому термічний розклад для них термодинамічно невигідний.

Гідрогенкарбонати й амоній карбонат

Гідрогенкарбонати (кислі солі) розкладаються вже за слабкого нагрівання — цю тему детально розглянуто в уроці про кислі солі. Амоній карбонат розкладається повністю, утворюючи газоподібні продукти:

(NH₄)₂CO₃ → 2NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O↑

Ступені окиснення не змінюються

Термічний розклад карбонату — це реакція розкладу без зміни ступенів окиснення. Метал в оксиді має той самий ступінь окиснення, що й у вихідній солі. Наприклад, у CaCO₃ ступінь окиснення Кальцію +2, і в CaO він теж +2. Те саме для Магнію: +2 в MgCO₃ і +2 в MgO.

Розгляньмо кілька типових завдань НМТ на хімічні властивості солей. Кожне розв'яжемо покроково.

Приклад 1. Вибір речовини, що реагує з розчином солі

Завдання: З якою з перелічених речовин реагує розчин купрум(II) сульфату (CuSO₄)?

• А) Ag

• Б) Fe

• В) HCl

• Г) NaNO₃

Розв'язання:

1. Перевірмо метали за рядом активності. Ag стоїть правіше від Cu, тому не витісняє мідь — реакції немає.

2. Fe стоїть лівіше від Cu, тому витісняє мідь: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu.

3. HCl — сильна кислота. CuSO₄ + HCl: можливі продукти CuCl₂ + H₂SO₄. Сіль розчинна, кислота сильна, газ не виділяється, слабкий електроліт не утворюється — реакції немає.

4. NaNO₃ — сіль. CuSO₄ + NaNO₃: можливі продукти Cu(NO₃)₂ + Na₂SO₄ — усі розчинні, реакції немає.

Відповідь: Б (Fe).

Чому інші варіанти неправильні: Ag не активніший за Cu; HCl не утворює ні осаду, ні газу з CuSO₄; NaNO₃ — усі продукти розчинні.

Приклад 2. Розпізнавання розчинів солей

Завдання: Яким реагентом можна розрізнити розчини натрій сульфату (Na₂SO₄) і натрій карбонату (Na₂CO₃)?

• А) BaCl₂

• Б) HCl

• В) KOH

• Г) KNO₃

Розв'язання:

1. BaCl₂ дає білий осад BaSO₄ з Na₂SO₄ і білий осад BaCO₃ з Na₂CO₃ — обидва білі, тому не розрізняє.

2. HCl реагує з Na₂CO₃: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑ (виділення газу). З Na₂SO₄ реакції немає. Це дає різні ознаки.

3. KOH і KNO₃ не реагують із жодною з цих солей — змін немає.

Відповідь: Б (HCl).

Чому інші варіанти неправильні: BaCl₂ дає осад з обома солями; KOH і KNO₃ не дають змін із жодною.

Приклад 3. Логічні пари: реагенти → ознака реакції

Завдання: Установіть відповідність між реагентами (1–3) та ознакою реакції (А–Д).

Розв'язання:

1. Na₂CO₃ + 2HNO₃ → 2NaNO₃ + H₂O + CO₂↑ — виділяється вуглекислий газ без запаху. 1 → А.

2. FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl — бурий осад ферум(III) гідроксиду. 2 → Б.

3. AgNO₃ + KCl → AgCl↓ + KNO₃ — білий сирнистий осад аргентум хлориду. 3 → В.

Відповідь: 1–А, 2–Б, 3–В. Зайві варіанти: Г (блакитний осад — Cu(OH)₂) і Д (видимих змін немає).

Приклад 4. Термічний розклад солі

Завдання: Яка з перелічених солей під час нагрівання розкладається з утворенням основного оксиду?

• А) Na₂CO₃

• Б) MgCO₃

• В) K₂SO₄

• Г) NaCl

Розв'язання:

1. Na₂CO₃ — карбонат лужного металу, не розкладається під час нагрівання (плавиться).

2. MgCO₃ — малорозчинний карбонат (позначка «М»), під час нагрівання розкладається: MgCO₃ → MgO + CO₂↑. MgO — основний оксид.

3. K₂SO₄ і NaCl — стійкі до нагрівання, не розкладаються.

Відповідь: Б (MgCO₃).

Чому інші варіанти неправильні: Na₂CO₃ не розкладається; K₂SO₄ і NaCl не дають основного оксиду під час нагрівання.

На НМТ з хімії властивості солей перевіряють у завданнях, де легко припуститися типових помилок. Ось типові з них.

• Витісняють метал із розчину солі натрієм чи калієм, забуваючи, що вони реагують з водою. Насправді Na і K спершу реагують з H₂O, утворюючи луг і водень, а луг осаджує гідроксид металу — простий метал не виділяється.

• Записують реакцію менш активного металу із сіллю активнішого: Cu + FeSO₄. Мідь стоїть правіше від заліза в ряду активності, тому не витісняє його — реакції немає.

• Пишуть Fe + CuSO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + Cu. Насправді залізо під час витіснення міді переходить у ступінь окиснення +2: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu.

• Записують реакцію обміну без осаду, газу чи слабкого електроліту: NaCl + KNO₃, Na₂SO₄ + HCl. Такі реакції не відбуваються, бо всі продукти добре розчинні й не утворюють газу.

• Вважають, що будь-які дві солі реагують: CaCO₃ + NaCl у воді не дають реакції. Правило для змішування розчинів не поширюють автоматично на тверді речовини — CaCO₃ нерозчинний, тому обміну в розчині не буде.

• Записують розклад Na₂CO₃ під час нагрівання. Na₂CO₃ і K₂CO₃ не розкладаються — вони лише плавляться. Карбонати інших металів (CaCO₃, MgCO₃) розкладаються на оксид і CO₂, а амоній карбонат і гідрогенкарбонати — навіть за слабкого нагрівання.

Тема «Солі» (пункт 2.2.4 програми) є однією з ключових у тесті НМТ з хімії. Розгляньмо, у яких завданнях демоваріанта 2026 року вона трапляється.

Формат завдань

• Завдання № 12 (демоваріант 2026) — вибір однієї відповіді з чотирьох, 1 бал. Потрібно дібрати реагент, що по-різному діє на розчини карбонату й силікату. Перевіряє вміння прогнозувати різні ознаки реакцій з одним реагентом.

• Завдання № 24 — коротка відповідь, 2 бали. Комбінована задача, де солі реагують з лугом і кислотою. Потрібно скласти рівняння й провести обчислення.

• Завдання № 19–20 — логічні пари (1–3 → А–Д, дві букви зайві), до 3 балів. У демоваріанті 2026 року солей стосувалося № 20: гідроліз, середовище розчину, забарвлення метилоранжу. Вправи «реагенти → ознака реакції» в цьому уроці — тренувальні.

Довідкові матеріали

Під час тестування ти матимеш доступ до:

• Таблиці розчинності (Р — розчинна, М — малорозчинна, Н — практично нерозчинна, «—» — речовина не існує, «#» — речовина існує, але реагує з водою, тому її розчинність визначити не можна). Вона показує, чи випаде осад під час реакції обміну.

• Ряду активності металів (електрохімічного ряду напруг). Він показує, чи витіснить один метал інший із розчину солі.

Стратегія розв'язування

Для реакції обміну спершу запиши формули можливих продуктів (обміняй катіони й аніони місцями) і перевір кожен продукт за таблицею розчинності. Якщо хоча б один продукт — осад, газ або слабкий електроліт (H₂O, H₂CO₃, H₂SO₃, NH₃·H₂O тощо), реакція відбувається. Для реакцій заміщення (метал + сіль) звір положення металів у ряду активності: активніший витісняє менш активний, але лужні й лужноземельні метали спершу реагують з водою.

• Метал витісняє з розчину солі лише менш активний метал і лише тоді, коли сам не реагує з водою.

• Обмін солі з кислотою, лугом чи іншою сіллю відбувається, якщо утворюється осад, газ або слабкий електроліт.

• Типові реакції осадження проводять змішуванням розчинів солей; нерозчинні карбонати реагують із сильними кислотами.

• Нерозчинні карбонати під час нагрівання розкладаються на оксид і CO₂, Na₂CO₃ і K₂CO₃ — ні.

• Залізо, витісняючи мідь із солі Купруму(II), утворює сполуку Феруму(II).