Типові завдання НМТ: класи неорганічних сполук

У цьому розділі ми систематизуємо, за якими ознаками неорганічні сполуки поділяють на класи, як їх називають за сучасною номенклатурою і які тривіальні назви варто знати для НМТ. Ти вже знаєш, що таке оксиди, основи, кислоти й солі; тепер закріпимо вміння класифікувати речовину за її формулою.

Оксиди

Оксиди — це бінарні сполуки з Оксигеном у ступені окиснення −2. За хімічними властивостями їх поділяють на чотири групи:

Запам'ятай: основні оксиди реагують із кислотами, кислотні — із лугами, амфотерні — і з тими, і з тими, а несолетворні не реагують ні з чим із переліченого (не дають солей у жодній із цих реакцій).

Основи

Основи — це сполуки, що містять гідроксильну групу OH та йон металу. За розчинністю у воді основи поділяють на:

• Луги — розчинні основи: NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂. Вони добре дисоціюють у воді, даючи гідроксид-йони OH⁻.

• Нерозчинні основи — Cu(OH)₂ (блакитний осад), Fe(OH)₃ (бурий осад), Mg(OH)₂, Al(OH)₃. Останній, до речі, амфотерний.

Назви основ будують так: назва металу в родовому відмінку + «гідроксид». Наприклад: Ca(OH)₂ — кальцій гідроксид, NaOH — натрій гідроксид. Якщо метал має змінну валентність, її вказують римською цифрою в дужках: Fe(OH)₃ — ферум(III) гідроксид.

Кислоти

Кислоти — це сполуки, що містять атоми Гідрогену, здатні заміщуватися на атоми металу. За складом:

• Безоксигенові: HCl (хлоридна), H₂S (сульфідна), HBr, HI.

• Оксигеновмісні: H₂SO₄ (сульфатна), HNO₃ (нітратна), H₂CO₃ (карбонатна), H₃PO₄ (ортофосфатна).

За основністю (кількістю атомів Гідрогену, що можуть заміщуватися): одноосновні (HCl, HNO₃), двоосновні (H₂SO₄, H₂S) і триосновні (H₃PO₄). Це важливо для розуміння кислих солей.

Солі

Солі — це продукти заміщення атомів Гідрогену в кислоті на атоми металу або заміщення гідроксильних груп в основі на кислотний залишок. За складом їх поділяють на:

Ключова ознака кислої солі: у формулі обов'язково є символ Гідрогену (H), але він входить до складу кислотного залишку (аніону), а не стоїть окремо, як у кислоті. Наприклад, NaHCO₃ — натрій гідрогенкарбонат (систематична назва), а Na₂CO₃ — натрій карбонат (середня сіль). Кислі солі утворюються лише багатоосновними кислотами (H₂SO₄ → NaHSO₄, H₂CO₃ → NaHCO₃, H₃PO₄ → NaH₂PO₄ або Na₂HPO₄).

Тривіальні назви, які треба знати

У довідці НМТ цих назв немає, але вони можуть трапитися в умові завдання:

Амфотерні гідроксиди

До цього класу належать Al(OH)₃ та Zn(OH)₂. Вони виявляють подвійну природу — реагують і з кислотами (як основи), і з лугами (як кислоти). Про це детальніше — у третьому розділі.

Уміння передбачати, чи відбудеться реакція між двома речовинами, — основа для розв'язування завдань на генетичні ланцюжки й добір реагентів. На НМТ у тебе буде доступ до таблиці розчинності й ряду активності металів. Користуйся ними!

Реакції оксидів

Основні оксиди реагують:

• із кислотами: Na₂O + 2HCl → 2NaCl + H₂O (утворюються сіль і вода)

• із кислотними оксидами: CaO + CO₂ → CaCO₃ (утворюється сіль)

• із водою — тільки оксиди лужних і лужноземельних металів: Na₂O + H₂O → 2NaOH; CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Кислотні оксиди реагують:

• із лугами: SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O (сіль + вода)

• із водою — більшість утворює кислоти: SO₃ + H₂O → H₂SO₄; CO₂ + H₂O → H₂CO₃ (виняток — SiO₂, нерозчинний)

• із основними оксидами (див. вище)

Амфотерні оксиди (Al₂O₃, ZnO) реагують і з кислотами, і з лугами — окремо розглянемо в наступному розділі.

Реакції основ

Нейтралізація: будь-яка основа + кислота → сіль + вода. Наприклад:

• NaOH + HCl → NaCl + H₂O

• Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O

Луг + розчинна сіль: реакція відбувається, якщо серед продуктів є осад або газ. Наприклад:

• 2NaOH + CuSO₄ → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ — випадає блакитний осад

• NaOH + NH₄Cl → NaCl + NH₃↑ + H₂O — виділяється газ амоніак

Реакції кислот

Кислота + сіль: реакція відбувається, якщо утворюється осад, газ (CO₂, H₂S, SO₂) або слабка кислота. Приклади:

• HCl + AgNO₃ → AgCl↓ + HNO₃ — білий осад

• 2HCl + Na₂CO₃ → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O — виділення газу

• H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2HCl — білий осад нерозчинний навіть у кислотах

Метал + кислота: за рядом активності метали, розташовані лівіше від Гідрогену, витісняють H₂ з розведених кислот (HCl, H₂SO₄ розведеної). Винятки: нітратна кислота HNO₃ і концентрована H₂SO₄ реагують з металами по-іншому — без виділення водню (утворюються оксиди Нітрогену або SO₂). Наприклад:

• Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑ (цинк лівіше H, водень виділяється)

• Cu + HCl → не реагує (Cu правіше H)

Якщо сумніваєшся, чи випаде осад або чи розчинна речовина, — звіряйся з таблицею розчинності в довідці НМТ. Якщо метал правіше H в ряду активності, він не витісняє H₂ з розведеної кислоти.

Амфотерні сполуки — це оксиди й гідроксиди, які виявляють подвійну хімічну природу: реагують і з кислотами (як основи), і з лугами (як кислоти). У програмі НМТ найважливіші амфотерні сполуки — Алюмінію та Цинку.

Амфотерні оксиди: Al₂O₃ і ZnO

Алюміній оксид Al₂O₃ і цинк оксид ZnO належать до амфотерних оксидів. Вони реагують:

• із кислотами — як основні оксиди, утворюючи сіль і воду: Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O; ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O

• із лугами — як кислотні оксиди. У розчині лугу утворюються комплексні солі: Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2Na[Al(OH)₄] (натрій тетрагідроксоалюмінат); ZnO + 2NaOH + H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] (натрій тетрагідроксоцинкат)

• під час сплавлення з лугами утворюються алюмінати й цинкати: Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O; ZnO + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂O

Амфотерні гідроксиди: Al(OH)₃ і Zn(OH)₂

Al(OH)₃ і Zn(OH)₂ — нерозчинні у воді гідроксиди, які виявляють амфотерні властивості.

• Реакція з кислотою (проявляють основні властивості): Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O; Zn(OH)₂ + H₂SO₄ → ZnSO₄ + 2H₂O

• Реакція з лугом (проявляють кислотні властивості): Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]; Zn(OH)₂ + 2NaOH → Na₂[Zn(OH)₄]

У цих реакціях Al утворює катіон Al³⁺ (у кислому середовищі, наприклад в AlCl₃) і входить до складу аніону [Al(OH)₄]⁻ (у лужному середовищі, наприклад в Na[Al(OH)₄]). Саме цю подвійність перевіряють у демоваріанті НМТ 2026 у завданні № 10.

Осад Al(OH)₃: утворення й розчинення

Якщо до розчину солі Алюмінію (наприклад, AlCl₃) додавати луг, спочатку утворюється білий драглистий осад Al(OH)₃:

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃↓ + 3NaCl

Якщо продовжувати додавати луг (надлишок), осад розчиняється, утворюючи тетрагідроксоалюмінат:

Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]

Це характерна ознака амфотерності. На НМТ можуть запитати: «Чи розчиниться осад Al(OH)₃ в надлишку лугу?» — відповідь: так, розчиниться, утворюючи комплексну сіль.

Цей розділ поєднує три важливі теми: солі (зокрема кислі), жорсткість води та генетичні ланцюжки перетворень. Усі вони пов'язані з умінням писати хімічні реакції та передбачати їхній перебіг.

Жорсткість води

Жорсткість води — це сукупність властивостей, зумовлених наявністю в ній розчинних сполук Кальцію (Ca²⁺) та Магнію (Mg²⁺). Розрізняють два види жорсткості:

Воду, що містить обидва типи жорсткості, пом'якшують содою Na₂CO₃, яка осаджує йони Ca²⁺ та Mg²⁺ у вигляді карбонатів. Питна сода NaHCO₃ для цього не підходить: йони Ca²⁺ і Mg²⁺ осаджує саме карбонат-йон кальцинованої соди Na₂CO₃, а гідрогенкарбонат-йон осаду з ними не дає.

Генетичні ланцюжки

Генетичний ланцюжок — це послідовність перетворень, де кожна наступна сполука хімічно пов'язана з попередньою. У неорганічній хімії типовий ланцюжок виглядає так:

• Метал → основний оксид → основа → сіль

• Неметал → кислотний оксид → кислота → сіль

Кожну стрілку треба реалізувати окремою хімічною реакцією з конкретним реагентом. Розгляньмо два приклади.

Приклад 1: Купрум

Ланцюжок: Cu → CuO → CuSO₄ → Cu(OH)₂ → CuO

• Cu → CuO: 2Cu + O₂ → 2CuO (нагрівання, реагент — кисень)

• CuO → CuSO₄: CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O (реагент — сульфатна кислота)

• CuSO₄ → Cu(OH)₂: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ (реагент — луг, випадає блакитний осад)

• Cu(OH)₂ → CuO: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O (нагрівання, розкладання)

Приклад 2: Кальцій

Ланцюжок: Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃

• Ca → CaO: 2Ca + O₂ → 2CaO

• CaO → Ca(OH)₂: CaO + H₂O → Ca(OH)₂ (гашення вапна)

• Ca(OH)₂ → CaCO₃: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O (або Ca(OH)₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaOH)

Як знайти реагент у завданні НМТ

У завданнях на логічні пари (1–3 → А–Д) потрібно дібрати реагент до кожного перетворення. Стратегія:

1. Запиши, яка речовина є вихідною, а яка — продуктом.

2. Подумай, який клас речовин має взяти участь у реакції (кислота, луг, вода, нагрівання).

3. Перевір, чи не утворюються зайві продукти (якщо в запропонованому варіанті утворюється сіль іншого складу — відкинь його).

4. Використовуй виключення: з п'яти варіантів А–Д лише три правильні; два — зайві.

Наприклад, для перетворення CuO → CuSO₄ не підійде розчин HCl, бо утвориться CuCl₂, а не CuSO₄. Треба саме H₂SO₄.

Розв'яжемо чотири типові завдання НМТ, які охоплюють різні формати: логічні пари й вибір однієї правильної відповіді.

Приклад 1. Логічні пари «Перетворення — реагент»

Установи відповідність між перетворенням і реагентом, який потрібен для його здійснення.

Розв'язання:

1. Для CuSO₄ → Cu(OH)₂ потрібен луг, який дасть гідроксидну групу. Серед варіантів — розчин NaOH (Б). Реакція: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.

2. Для Cu(OH)₂ → CuO потрібно розкласти нерозчинну основу нагріванням. Варіант А. Реакція: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O (t).

3. Для CuO → CuSO₄ потрібна сульфатна кислота, бо лише вона дасть сульфат. Варіант В. Реакція: CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O.

Відповідь: 1 — Б, 2 — А, 3 — В.

Чому не підходять інші варіанти? Г (розчин HCl) теж реагує з CuO, але утворює CuCl₂, а не CuSO₄. Д (метал Ag) не реагує з CuO: срібло менш активне, ніж мідь, тому не може відновити її з оксиду. Крім того, продуктом мала б бути мідь, а не сульфат.

Приклад 2. З якою речовиною реагують і Al₂O₃, і ZnO?

Умова: вибери одну речовину з переліку, з якою реагують обидва оксиди — Al₂O₃ і ZnO.

• розчин KOH

• вода

• CO₂

• розчин KCl

Розв'язання: Al₂O₃ і ZnO — амфотерні оксиди. Вони реагують і з кислотами, і з лугами. З переліку лугом є розчин KOH. Вода з Al₂O₃ і ZnO не реагує (лише оксиди лужних і лужноземельних металів реагують із водою). CO₂ — кислотний оксид, він не реагує з іншими кислотними оксидами. KCl — сіль, яка не реагує з оксидами.

Відповідь: розчин KOH.

Приклад 3. Яку сіль містить вода з тимчасовою жорсткістю?

Умова: обери сіль, наявність якої у воді спричиняє тимчасову жорсткість.

• CaCO₃

• CaSO₄

• CaCl₂

• Ca(HCO₃)₂

Розв'язання: тимчасова жорсткість зумовлена гідрокарбонатами Кальцію та Магнію — Ca(HCO₃)₂ і Mg(HCO₃)₂. CaSO₄ і CaCl₂ спричиняють постійну жорсткість. CaCO₃ — нерозчинна сіль, в осаді, тому жорсткості не дає.

Відповідь: Ca(HCO₃)₂.

Приклад 4. Формула кислої солі

Умова: обери формулу, яка відповідає кислій солі.

• NaHSO₄

• Na₂SO₄

• Na₂S

• NaCl

Розв'язання: кисла сіль містить атом Гідрогену в складі аніону. NaHSO₄ — натрій гідрогенсульфат, аніон HSO₄⁻ містить H. Na₂SO₄ — середня сіль (немає H). Na₂S — середня сіль сульфідної кислоти (H₂S — двоосновна, але заміщені обидва H). NaCl — середня сіль хлоридної кислоти (одноосновна, кислих солей не утворює).

Відповідь: NaHSO₄.

Проаналізуймо найпоширеніші помилки, яких припускаються учні в завданнях на класи неорганічних сполук. Уникаючи їх, ти значно підвищиш свій результат.

• Записувати реакції, що суперечать таблиці розчинності чи ряду активності. Наприклад, Cu + HCl — не реагує, бо Cu правіше H. Або CaCO₃ + NaOH — не реагує, бо CaCO₃ нерозчинний, а NaOH — луг, який не діє на нерозчинні солі. Завжди звіряй продукти з таблицею розчинності.

• Вважати всі гідроксиди розчинними або нерозчинними без перевірки таблиці. Наприклад, Ca(OH)₂ — малорозчинний, але вважається лугом. Ba(OH)₂ — добре розчинний. А Cu(OH)₂, Fe(OH)₃ — нерозчинні. Не роби припущень наосліп.

• Плутати кислу й середню сіль. NaHCO₃ — кисла сіль (містить H в аніоні), Na₂CO₃ — середня. Багато хто помилково вважає NaHCO₃ середньою сіллю через те, що він «сода». Запам'ятай: Гідроген в аніоні = кисла сіль.

• Вважати, що Al(OH)₃ реагує лише з кислотами, забувши про луги. Це амфотерний гідроксид — він реагує і з HCl, і з NaOH. У завданні «З якою речовиною реагує Al(OH)₃?» серед варіантів може бути і кислота, і луг — правильні обоє.

• Плутати тимчасову й постійну жорсткість води. Тимчасова — гідрокарбонати (Ca(HCO₃)₂), усувається кип'ятінням. Постійна — сульфати й хлориди (CaSO₄, CaCl₂), усувається содою. Пам'ятай: у назві «тимчасова» — підказка, що її можна усунути нагріванням.

• Не помічати, що перетворення потребує двох реагентів (послідовно). Наприклад, для Cu → Cu(OH)₂ не можна взяти один реагент — спершу треба окиснити Cu до CuO (O₂), потім CuO прореагувати з H₂SO₄ до CuSO₄, і лише тоді додати NaOH. Якщо в завданні дано ланцюжок, кожна стрілка — окремий крок.

Розгляньмо, як саме тема «Класи неорганічних сполук» представлена в демоваріанті НМТ 2026 року. Це допоможе зрозуміти, на що звертати увагу під час підготовки.

Завдання з демоваріанту 2026

• № 10 — Алюміній у складі катіонів і аніонів, амфотерність оксиду. Перевіряє, чи розумієш ти, що Al утворює катіон Al³⁺ (у AlCl₃) і входить до складу аніону [Al(OH)₄]⁻ (у Na[Al(OH)₄]). Окремо перевіряють властивість Al₂O₃ реагувати з лугами.

• № 11 — Сіль одноосновної кислоти, середні й кислі солі. Потрібно визначити, яка з формул відповідає солі одноосновної кислоти, і розрізнити середню та кислу сіль.

• № 12 — Реагент, що по-різному діє на розчини карбонату й силікату. Перевіряє знання якісних реакцій на карбонат-йон (CO₃²⁻) і силікат-йон (SiO₃²⁻).

Формати завдань

На НМТ з хімії використовують дві основні форми:

• Вибір однієї правильної відповіді з чотирьох (А–Г). Оцінюється: 0 або 1 бал.

• Логічні пари: три перетворення (1–3) до п'яти реагентів (А–Д). Оцінюється: 0–3 бали (по 1 балу за кожну правильну пару).

Що можна знайти в довідці

Під час тесту ти отримаєш:

• Таблицю розчинності кислот, основ і солей у воді (розчинні, нерозчинні, малорозчинні).

• Ряд активності металів.

• Періодичну систему хімічних елементів.

Чого в довідці немає: тривіальних назв (гашене вапно, питна сода тощо), назв кислотних залишків і назв елементів (у періодичній системі лише символи). Формули аніонів є в таблиці розчинності, а от назви речовин треба знати наперед.

Як розподілити час

Окремого часу на кожну тему НМТ не встановлює: на весь тест з хімії орієнтовно відведено 60 хвилин, тож розподіляй час самостійно. Якщо завдання складне (ланцюжок або амфотерність), спершу обери простіші, а до цього повернися наприкінці. Пам'ятай: навіть частково правильна відповідь у логічних парах дає бали.

• Оксиди й гідроксиди Al і Zn — амфотерні: реагують і з кислотами, і з лугами. Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O; Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2Na[Al(OH)₄].

• Кисла сіль містить Гідроген в аніоні (NaHCO₃, NaHSO₄). Середня сіль — без H в аніоні (Na₂CO₃, Na₂SO₄). Кислі солі утворюються лише багатоосновними кислотами.

• Тимчасова жорсткість води зумовлена Ca(HCO₃)₂ і Mg(HCO₃)₂, усувається кип'ятінням. Постійна — CaSO₄, CaCl₂, MgSO₄, MgCl₂; усувається содою Na₂CO₃.

• Реакцію перевіряють за таблицею розчинності (чи випадає осад) і рядом активності (чи витісняє метал H₂ з кислоти).

• Генетичний ланцюжок: кожну стрілку реалізують окремою реакцією. Реагент для перетворення шукають виключенням — продукт має мати правильний склад і не суперечити таблиці розчинності.

• Тривіальні назви, які можуть трапитися: гашене вапно Ca(OH)₂, негашене вапно CaO, питна сода NaHCO₃, кальцинована сода Na₂CO₃.