Відповідність «реагенти — продукти реакції»

У завданнях формату «логічні пари» на НМТ лівий стовпчик містить реагенти (часто з указанням умов — концентрації, температури, світла чи каталізатора), а правий — набори продуктів. Твоє завдання — для кожного рядка ліворуч дібрати один правий варіант. Зайві варіанти в правому стовпчику — це пастки, які створено, щоб перевірити, чи ти справді розумієш, як умови впливають на перебіг реакції.

Перше правило: перевір зрівняння атомів

Перш ніж ухвалювати рішення, подумки склади зрівняне рівняння. У продуктах мають бути ті самі хімічні елементи, що й у реагентах, і з тією самою кількістю атомів. Якщо в запропонованому наборі продуктів є Оксиген, а в реагентах його немає — такий варіант одразу відкидай. Наприклад, у реакції Fe + HCl (розчин) не може утворитися Fe₂O₃, бо в реагентах немає Оксигену.

Реакції обміну в розчині

Для реакцій обміну (йонного обміну) керуйся таблицею розчинності й правилом «осад, газ або вода». Реакція відбувається, якщо серед продуктів є нерозчинна сполука (осад ↓), газ (↑) або малодисоційована речовина (найчастіше H₂O). Якщо всі продукти добре розчинні й не утворюють газу чи води — реакція не відбувається.

Реакції окиснення-відновлення

В окисно-відновних реакціях звертай увагу на ступені окиснення елементів і ряд активності металів. Сильніший окисник (наприклад, Cl₂) може окиснити метал до вищого ступеня, ніж слабший (H⁺). Метал, що стоїть у ряді активності лівіше, витісняє менш активний метал із його солі. Водень виділяється тільки в реакціях металів, які стоять у ряді активності лівіше від Гідрогену, з кислотами-неокисниками (HCl, розведена H₂SO₄).

Умови над стрілкою — не прикраса

Позначки над стрілкою в рівнянні (t — нагрівання, hν — світло, кат. — каталізатор, конц. — концентрована кислота, розв. — розведена) кардинально змінюють продукти. Наприклад, метан із хлором на світлі дає хлорометан (CH₃Cl), а без світла реакція не відбувається. Бензен реагує з бромом лише в присутності каталізатора FeBr₃, даючи бромобензен, а без каталізатора — не реагує. Тому завжди читай умови, написані над стрілкою.

Одна й та сама речовина може давати різні продукти залежно від того, з яким реагентом і за яких умов вона реагує. Найяскравіше це видно на прикладі заліза, міді та кислот-окисників.

Залізо: хлор vs хлоридна кислота

Залізо реагує з хлором і з хлоридною кислотою, але продукти — різні:

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃ — хлор, сильний окисник, окиснює залізо до ступеня +3.

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑ — йони H⁺ окиснюють залізо лише до +2.

Чому так? Хлор — дуже сильний окисник, він здатен відібрати три електрони від атома Феруму. А йони Гідрогену в кислоті — слабший окисник, вони забирають лише два електрони. Тому в парі «Fe + Cl₂» шукай FeCl₃, а в парі «Fe + HCl» — FeCl₂ і H₂.

Мідь і нітратна кислота: концентрація вирішує

Мідь реагує з нітратною кислотою обох концентрацій, але продукти відновлення Нітрогену різні:

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

3Cu + 8HNO₃(розв.) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O — безбарвний газ NO (на повітрі буріє).

Запам'ятай: концентрована HNO₃ відновлюється до NO₂, розведена — до NO. Це типова пастка в завданнях на відповідність.

Мідь і сульфатна кислота

Cu + 2H₂SO₄(конц.) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O (при нагріванні). З розведеною H₂SO₄ та з HCl мідь не реагує, бо мідь стоїть у ряді активності після Гідрогену.

Пасивація: коли реакції немає

Холодна концентрована HNO₃ та концентрована H₂SO₄ пасивують залізо, алюміній і хром. Це означає, що на поверхні металу утворюється щільна оксидна плівка, яка блокує подальшу реакцію. Тому в парі «Al + HNO₃(конц., без нагрівання)» правильна відповідь — «реакція не відбувається». Водень із цими кислотами (крім розведеної H₂SO₄) не виділяється.

Магній і цинк: глибше відновлення

Активніші метали (Mg, Zn) відновлюють нітратну кислоту глибше, ніж мідь:

• З розведеною HNO₃ — N₂O або N₂.

• З дуже розведеною HNO₃ — NH₄NO₃: 4Zn + 10HNO₃ → 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O.

• З концентрованою H₂SO₄ — SO₂, S або H₂S залежно від активності металу й температури.

У парах «реагенти — продукти» продукт задає саме умова: концентрація кислоти або названий газ.

Співвідношення кількостей реагентів — один із найважливіших чинників, що визначає продукт реакції. Особливо це стосується реакцій кислотних оксидів із лугами, амфотерних гідроксидів із лугами, а також багатоосновних кислот.

CO₂ і луги: середня чи кисла сіль?

Вуглекислий газ CO₂ — кислотний оксид. Залежно від того, якого реагенту більше, утворюється середня або кисла сіль:

CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O — надлишок лугу дає середню сіль (натрій карбонат).

CO₂ + NaOH → NaHCO₃ — надлишок CO₂ дає кислу сіль (натрій гідрогенкарбонат).

Так само з кальцій гідроксидом: вапняна вода мутніє від CO₂, утворюючи CaCO₃↓, а в надлишку CO₂ осад розчиняється, даючи розчинну кислу сіль Ca(HCO₃)₂.

Амфотерний гідроксид і надлишок лугу

Алюміній гідроксид Al(OH)₃ — амфотерна сполука. Він реагує з лугами, але продукт залежить від кількості лугу:

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃↓ + 3NaCl — у нестачі лугу випадає білий осад алюміній гідроксиду.

Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄] — у надлишку лугу осад розчиняється, утворюючи натрій тетрагідроксоалюмінат.

Це означає: якщо в умові сказано «надлишок лугу», то Al(OH)₃ не буде серед продуктів — він перетвориться на розчинну комплексну сполуку.

Багатоосновні кислоти: ступінчаста нейтралізація

Фосфатна кислота H₃PO₄ — триосновна. Вона реагує з лугом ступінчасто:

Для двоосновної кислоти (H₂SO₄, H₂CO₃, H₂S): співвідношення 1 : 1 дає кислу сіль (NaHSO₄), а 1 : 2 — середню (Na₂SO₄). У завданні співвідношення часто задано словами «надлишок» чи «нестача» — звертай на це особливу увагу.

В органічній хімії умови реакції (світло, каталізатор, нагрівання) часто визначають не лише швидкість, а й сам тип перетворення. Одна й та сама пара реагентів може давати різні продукти залежно від того, чи діє світло, чи присутній каталізатор.

Світло: радикальне заміщення в алканах

Алкани реагують з галогенами лише на світлі (hν) або при сильному нагріванні. Реакція відбувається за радикальним механізмом — заміщення атома Гідрогену на галоген:

CH₄ + Cl₂ →(hν) CH₃Cl + HCl — хлорометан.

Якщо хлору більше, заміщення триває далі: CH₂Cl₂ (дихлорометан), CHCl₃ (трихлорометан), CCl₄ (тетрахлорометан). У завданні на відповідність зазвичай питають перший продукт — CH₃Cl.

Каталізатор: заміщення в бензені

Бензен не реагує з бромною водою (на відміну від етену). Для реакції бензену з бромом потрібен каталізатор — FeBr₃ (або Fe, з якого FeBr₃ утворюється безпосередньо в реакційній суміші):

C₆H₆ + Br₂ →(FeBr₃) C₆H₅Br + HBr — бромобензен.

Без каталізатора реакція не відбувається. Це важливо: у парі «C₆H₆ + Br₂ (FeBr₃)» продукт — C₆H₅Br, а не продукт приєднання.

Нагрівання й каталізатор: дегідратація й окиснення

Нагрівання в присутності концентрованої сульфатної кислоти зумовлює внутрішньомолекулярну дегідратацію етанолу:

C₂H₅OH →(H₂SO₄ конц., t > 140 °C) C₂H₄ + H₂O — етен.

Окиснення альдегідів свіжоосадженим купрум(II) гідроксидом також потребує нагрівання:

CH₃CHO + 2Cu(OH)₂ →(t) CH₃COOH + Cu₂O↓ + 2H₂O — утворюється червоний осад купрум(I) оксиду.

Приєднання за кратним зв'язком

Алкени легко приєднують галогени без каталізатора — просто знебарвлюють бромну воду:

C₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂ — 1,2-дибромоетан.

Гідратація (приєднання води) потребує кислотного каталізатора:

C₂H₄ + H₂O →(H⁺) C₂H₅OH — етанол.

Розрізняй: алкен + Br₂ (без умов) → дибромоалкан (приєднання); арен + Br₂ (FeBr₃) → бромоарен (заміщення). Це типова пастка в завданнях на відповідність.

Розгляньмо чотири типові завдання на відповідність «реагенти — продукти реакції». Кожне з них ілюструє окремий чинник, що впливає на продукт: природа реагенту, концентрація кислоти, надлишок реагенту та умови перебігу.

Приклад 1. Пари «реагенти — продукти»: залізо, мідь і кислоти

Установи відповідність між реагентами (1–3) і продуктами реакції (А–Д).

1 Fe + Cl₂

2 Fe + HCl (розчин)

3 Cu + HNO₃ (конц.)

А FeCl₂ і H₂

Б FeCl₃

В Cu(NO₃)₂, NO₂ і H₂O

Г Cu(NO₃)₂, NO і H₂O

Д CuCl₂

Розв'язання:

1. Fe + Cl₂ — хлор сильний окисник, окиснює залізо до +3. Рівняння: 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃. Відповідь — Б.

1. Fe + HCl (розчин) — хлоридна кислота окиснює залізо до +2. Рівняння: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑. Відповідь — А.

1. Cu + HNO₃ (конц.) — концентрована нітратна кислота відновлюється до NO₂. Рівняння: Cu + 4HNO₃(конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O. Відповідь — В.

Ключ: 1Б, 2А, 3В.

Чому Г — пастка? Варіант Г (Cu(NO₃)₂, NO і H₂O) відповідає реакції міді з розведеною HNO₃, а в умові вказано концентровану кислоту. Якщо не звернути уваги на позначку «конц.», можна помилково обрати Г.

Приклад 2. Пари «реагенти — продукти» із надлишком

Установи відповідність між реагентами (1–3) і продуктами реакції (А–Д).

1 CO₂ (надлишок) + NaOH

2 CO₂ + NaOH (надлишок)

3 AlCl₃ + NaOH (нестача)

А Na₂CO₃ і H₂O

Б NaHCO₃

В Al(OH)₃ і NaCl

Г Na[Al(OH)₄]

Д Al₂O₃

Розв'язання:

1. CO₂ (надлишок) + NaOH — надлишок кислотного оксиду дає кислу сіль: CO₂ + NaOH → NaHCO₃. Відповідь — Б.

1. CO₂ + NaOH (надлишок) — надлишок лугу дає середню сіль: CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O. Відповідь — А.

1. AlCl₃ + NaOH (нестача) — у нестачі лугу випадає осад Al(OH)₃: AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃↓ + 3NaCl. Відповідь — В.

Ключ: 1Б, 2А, 3В.

Пастка Г (Na[Al(OH)₄]) — це продукт реакції Al(OH)₃ з надлишком лугу, а в умові сказано «нестача». Пастка Д (Al₂O₃) — оксид алюмінію утворюється при прожарюванні Al(OH)₃, а не в реакції з лугом.

Приклад 3. Пари «реагенти й умови — продукт» (органічна хімія)

Установи відповідність між реагентами з умовами (1–3) і продуктами реакції (А–Д).

1 CH₄ + Cl₂ (hν)

2 C₂H₄ + Br₂

3 C₆H₆ + Br₂ (FeBr₃)

А C₂H₄Br₂

Б CH₃Cl і HCl

В C₆H₅Br і HBr

Г C₆H₁₂Br₂

Д C₂H₅Br

Розв'язання:

1. CH₄ + Cl₂ (hν) — на світлі відбувається радикальне заміщення: CH₄ + Cl₂ →(hν) CH₃Cl + HCl. Відповідь — Б.

1. C₂H₄ + Br₂ — алкен приєднує бром без каталізатора: C₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂. Відповідь — А.

1. C₆H₆ + Br₂ (FeBr₃) — бензен реагує з бромом лише в присутності каталізатора, відбувається заміщення: C₆H₆ + Br₂ →(FeBr₃) C₆H₅Br + HBr. Відповідь — В.

Ключ: 1Б, 2А, 3В.

Пастка Г (C₆H₁₂Br₂) — це продукт приєднання брому до гексену C₆H₁₂, а не реакції бензену. Бензен із бромом за наявності FeBr₃ дає бромобензен C₆H₅Br (заміщення). Якщо переплутати тип реакції, можна помилково обрати Г.

Приклад 4. Пари для холодної конц. HNO₃ і розв. H₂SO₄

Установи відповідність між реагентами (1–3) і продуктами реакції (А–Д).

1 Al + HNO₃ (конц., без нагрівання)

2 Zn + H₂SO₄ (розв.)

3 Cu + H₂SO₄ (конц., нагрівання)

А ZnSO₄ і H₂

Б Al(NO₃)₃ і NO₂

В Реакція не відбувається

Г CuSO₄ і H₂

Д CuSO₄ і SO₂

Розв'язання:

1. Al + HNO₃ (конц., без нагрівання) — холодна концентрована HNO₃ пасивує алюміній, реакція не відбувається. Відповідь — В.

1. Zn + H₂SO₄ (розв.) — цинк стоїть у ряді активності лівіше від Гідрогену, тому витісняє водень: Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑. Відповідь — А.

1. Cu + H₂SO₄ (конц., нагрівання) — мідь реагує з концентрованою сульфатною кислотою при нагріванні, утворюючи SO₂: Cu + 2H₂SO₄(конц.) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O. Відповідь — Д.

Ключ: 1В, 2А, 3Д.

Чому Б — пастка? Варіант Б (Al(NO₃)₃ і NO₂) відповідав би реакції алюмінію з концентрованою HNO₃ при нагріванні, але в умові вказано «без нагрівання» — діє пасивація. Чому Г — пастка? Варіант Г (CuSO₄ і H₂) неможливий, бо мідь не витісняє водень із кислоти (стоїть після H у ряді активності).

• Вважати, що залізо завжди дає FeCl₃ або завжди FeCl₂, не дивлячись на реагент. Правильно: з хлором — FeCl₃, з хлоридною кислотою — FeCl₂.

• Плутати NO₂ (мідь + концентрована HNO₃) і NO (мідь + розведена HNO₃). Запам'ятай: концентрована → NO₂ (бурий газ), розведена → NO (безбарвний).

• Ігнорувати надлишок лугу, що розчиняє Al(OH)₃, або надлишок CO₂, що перетворює середню сіль на кислу. Якщо в умові сказано «надлишок», це змінює продукт.

• Записувати водень як продукт реакції міді з кислотою або металу з нітратною кислотою. Мідь не витісняє H₂ (стоїть після H у ряді активності). Нітратна кислота — сильний окисник, водень із нею не виділяється.

• Не перевіряти зрівняння: продукти містять елемент, якого немає в реагентах. Наприклад, якщо в реагентах немає Оксигену, а в продуктах він є — варіант неможливий.

• Плутати заміщення в бензені (FeBr₃) з приєднанням до кратного зв'язку. Бензен + Br₂ (FeBr₃) → C₆H₅Br (заміщення), а етен + Br₂ → C₂H₄Br₂ (приєднання).

На НМТ завдання на відповідність «реагенти — продукти реакції» можуть з'явитися в різних формах. Розуміння того, як саме їх перевіряють, допоможе тобі правильно розподілити час і зусилля.

Формат «логічні пари» (№ 19–20)

Завдання № 19 і № 20 у тесті НМТ — це «логічні пари» формату 1–3 → А–Д. Кожне завдання містить три елементи в лівому стовпчику (позначені 1, 2, 3) і п'ять варіантів у правому (А–Д, з яких два зайві). За кожну правильно встановлену пару нараховують 1 бал, тобто максимум 3 бали за завдання.

У демоваріанті НМТ 2026 року № 19 перевіряв відповідність «ознака → реакція» для органічних сполук, а № 20 — гідроліз солей. Це означає, що тема «реагенти — продукти» може бути подана як у неорганічному, так і в органічному контексті.

Інші завдання, де потрібен добір продуктів

У завданнях № 8 і № 12 демоваріанта потрібні ряд активності металів і таблиця розчинності — ці інструменти безпосередньо допомагають визначити, чи відбудеться реакція та які будуть продукти. У № 9 перевіряють знання про те, які гази реагують між собою. Усі ці навички працюють і для добору продуктів у парах.

Довідкові матеріали

Довідка, яку надають на НМТ, містить періодичну систему (коротку й довгу форми), таблицю розчинності та ряд активності металів. Вона не містить рівнянь реакцій. Тому умови концентрації, нагрівання, світла й каталізатора треба знати напам'ять. Жодна довідка не підкаже, що концентрована HNO₃ дає NO₂, а розведена — NO.

Порада: перед тестом склади собі коротку опорну схему «умова → продукт» для найпоширеніших пар. Це заощадить час на самому тесті.

• Продукт реакції залежить від реагенту, концентрації кислоти, надлишку реагенту й умов (нагрівання, світло, каталізатор).

• Fe + Cl₂ → FeCl₃ (ступінь окиснення +3), а Fe + HCl → FeCl₂ + H₂ (ступінь окиснення +2).

• Cu + концентрована HNO₃ → NO₂ (бурий газ), а Cu + розведена HNO₃ → NO (безбарвний газ).

• Надлишок лугу розчиняє амфотерний Al(OH)₃ до Na[Al(OH)₄]; надлишок CO₂ перетворює середню сіль на кислу (NaHCO₃).

• Продукти мають узгоджуватися з реагентами за атомами кожного елемента — перевіряй зрівнянням.

• Холодна концентрована HNO₃ і H₂SO₄ пасивують Fe, Al, Cr — реакція не відбувається.

• В органічній хімії: світло (hν) → заміщення в алканах; FeBr₃ → заміщення в бензені; без умов → приєднання до алкенів.