ТЕМА: Органічна хімія. Оксигеновмісні органічні сполуки. Фенол: хімічні властивості (взаємодія з металами, лугами, бромом).

Перевірці підлягають знання хімічних властивостей фенолу, зумовлених гідроксильною групою і взаємним впливом атомів у молекулі.

Фенол (\(\mathrm{C_6H_5OH}\)) має кислі властивості завдяки гідроксильній групі (\(\mathrm{{-}OH}\)), сполученій із бензеновим кільцем (\(\mathrm{{-}C_6H_5}\)). Під впливом гідроксильної групи бензенове кільце виявляє підвищену реакційну здатність у реакціях заміщення, тобто активується.

А Фенол (\(\mathrm{C_6H_5OH}\)) реагує з активними металами (зокрема натрієм \(\mathrm{Na}\)) з утворенням натрій феноляту (\(\mathrm{C_6H_5ONa}\)) й виділенням водню (\(\mathrm{H_2}\)):

\begin{gather*}\mathrm{2C_6H_5OH+2Na\rightarrow2C_6H_5ONa+H_2{\uparrow}.}\end{gather*}

Б Фенол (\(\mathrm{C_6H_5OH}\)) виявляє слабкі кислотні властивості й реагує з лугами (зокрема натрій гідроксидом \(\mathrm{NaOH}\)) з утворенням солі (натрій феноляту \(\mathrm{C_6H_5ONa}\)) і води (\(\mathrm{H_2O}\)):

\begin{gather*}\mathrm{C_6H_5OH+NaOH\rightarrow C_6H_5ONa+H_2O.}\end{gather*}

В Завдяки взаємному впливу атомів у молекулі фенолу (гідроксильна група активує бензенове кільце в орто- і пара-положеннях) фенол реагує з бромною водою (якісна реакція), утворюючи білий осад \(2{,}4{,}6\)-трибромофенолу:

Г Бромідна кислота (\(\mathrm{HBr}\)) не реагує з фенолом (\(\mathrm{C_6H_5OH}\)), бо фенол не вступає в реакції обміну з гідроген галогенідами.

Відповідь: Г.

ТЕМА: Органічна хімія. Вуглеводні. Алкани. Горіння алканів.

Перевірці підлягають уміння застосовувати закон збереження маси для визначення якісного й кількісного складу речовини за продуктами реакції горіння, визначати за молекулярною формулою вуглеводню його природу.

За законом збереження маси речовин загальна кількість атомів кожного хімічного елемента в лівій частині рівняння (у молекулах реактантів) дорівнює їхній загальній кількості в правій частині (у молекулах продуктів реакції).

Визначмо кількість атомів Карбону й Гідрогену в продуктах реакції (\(\mathrm{3CO_2+4H_2O}\)).

Кількість атомів Карбону: три атоми Карбону містяться в трьох молекулах вуглекислого газу, що утворився. Отже, у молекулі вуглеводню \(\mathrm{X}\) також три атоми Карбону.

Кількість атомів Гідрогену: вісім атомів Гідрогену містяться в чотирьох молекулах води, що утворилися. Отже, у молекулі вуглеводню \(\mathrm{X}\) також вісім атомів Гідрогену.

Отже, молекулярна формула вуглеводню \(\mathrm{X}\) – \(\mathrm{C_3H_8}\), що відповідає загальній формулі алканів (\(\mathrm{C_\mathit{n}H_{2\mathit{n}+2}}\)). Цей вуглеводень – пропан.

Відповідь: А.

ТЕМА: Органічна хімія. Вуглеводи. Дисахариди (мальтоза, сахароза), їхні властивості та ізомерія.

Перевірці підлягають:

• уміння розрізняти представників вуглеводів (моно-, ди- і полісахариди);
• знання продуктів гідролізу найважливіших ди- і полісахаридів;
• розуміння структурної ізомерії органічних сполук.

Унаслідок гідролізу вуглеводу \(\mathrm{X}\) утворюються дві молекули глюкози. Тобто молекулярна формула вуглеводу \(\mathrm{X}\) – \(\mathrm{C_{12}H_{22}O_{11}}\).

Речовиною з такою самою молекулярною формулою, але іншою будовою з-поміж запропонованих варіантів є сахароза. Фруктоза – моносахарид \(\mathrm{(C_6H_{12}O_6)}\), а крохмаль і целюлоза – полісахариди складу \(\mathrm{(C_6H_{10}O_5)_\mathit{n}}\).

Відповідь: Б.

ТЕМА: Загальна й неорганічна хімія. Метали. Ряд активності металів. Реакції заміщення за участю розчинів солей.

Перевірці підлягають уміння прогнозувати можливість перебігу реакцій між металом і водою, металом і розчиненою сіллю,  аналізувати зміни маси металевих пластинок унаслідок хімічних реакцій.

І. У посудині \(1\) реакція не відбулася, бо цинк був захищений оксидною плівкою, стійкою до дії води, тому маса пластинки не змінилася.

II. У посудині \(2\) відбулася хімічна реакція:

\begin{gather*}\mathrm{Zn+2Ag^+\rightarrow Zn^{2+}+2Ag{\downarrow}}.\end{gather*}

Маса пластинки з осадом срібла більша за її початкову масу, бо атомна маса Аргентуму (\(108\)) більша за атомну масу Цинку (\(65\)). З огляду на мольні співвідношення реактантів і продуктів

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{n}(Zn) : \mathit{n}(Ag^+) : \mathit{n}(Zn^{2+}) : \mathit{n}(Ag) = 2 : 1 : 1 : 2}\end{gather*}

маємо приріст маси внаслідок перетворення атомів Цинку на катіони й осідання срібла на пластинці. Зважмо на те, що відносна атомна маса Аргентуму (\(108\)) більша за відносну атомну масу Цинку (\(65\)), а замість йона Цинку, який переходить у розчин, на пластинці осідають два атоми срібла.

III. У посудині \(3\) відбулася хімічна реакція:

\begin{gather*}\mathrm{Zn+Cu^{2+}\rightarrow Zn^{2+}+Cu{\downarrow}}.\end{gather*}

Маса пластинки з осадом міді менша за початкову масу пластинки, бо атомна маса Купруму (\(64\)) менша за атомну масу Цинку (\(65\)). З огляду на мольні співвідношення реактантів і продуктів

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{n}(Zn) : \mathit{n}(Cu^{2+}) : \mathit{n}(Zn^{2+}) : \mathit{n}(Cu) = 1 : 1 : 1 : 1}\end{gather*}

маємо зменшення маси внаслідок перетворення атомів Цинку на катіони й осідання міді на пластинці.

Відповідь: А.

ТЕМА: Загальна хімія. Метали. Хімічні властивості металів. Взаємодія металів із кислотами.

Перевірці підлягає вміння прогнозувати продукти реакцій металів із кислотами залежно від положення металу в ряду активності й від природи кислоти.

Водень (\(\mathrm{H_2}\)) виділяється під час взаємодії металів, що стоять у ряду активності до водню (активних і середньої активності), з розведеними кислотами-неокисниками (наприклад, розведеною сульфатною кислотою або хлоридною кислотою).

А і Б Мідь (\(\mathrm{Cu}\)) – малоактивний метал, який стоїть у ряду активності після водню, тому вона не витісняє водень із кислот. У реакції з нітратною кислотою (\(\mathrm{HNO_3}\)), яка є сильним окисником незалежно від концентрації) мідь реагує з утворенням оксидів Нітрогену (\(\mathrm{NO}\) або \(\mathrm{NO_2}\)), а не водню.

В Магній (\(\mathrm{Mg}\)) – активний метал (розташований у ряду активності до водню). Під час його взаємодії з розведеною сульфатною кислотою (\(\mathrm{H_2SO_4}\)) відбувається реакція заміщення, унаслідок якої утворюється сіль (магній сульфат \(\mathrm{MgSO_4}\)) і виділяється водень (\(\mathrm{H_2}\)):

\begin{gather*}\mathrm{Mg+H_2SO_4=MgSO_4+H_2{\uparrow}}.\end{gather*}

Г Концентрована сульфатна кислота (\(\mathrm{H_2SO_4}\)) – сильний окисник. У реакції з активними металами (як-от магній) вона відновлюється до сірчистого газу (\(\mathrm{SO_2}\)), сірки (\(\mathrm{S_8}\)) або навіть сульфідів (\(\mathrm{S^{2-}}\)), а водень (\(\mathrm{H_2}\)) унаслідок цього не виділяється.

Відповідь: В.

ТЕМА: Загальна й неорганічна хімія. Генетичний зв'язок між металами та їхніми солями. Ряд активності металів.

Перевірці підлягають:

• уміння використовувати ряд активності металів для прогнозування реакцій заміщення в розчинах солей;
• знання особливостей взаємодії металів із кислотами й неметалами.

Перетворення 1 (\(\mathrm{FeCl_2+X\rightarrow Fe}\))

Щоб виділити чисте залізо з розчину його солі (\(\mathrm{FeCl_2}\)), треба використати реакцію заміщення, додавши метал, який активніший за залізо (розташований лівіше від нього в ряду активності металів (наприклад, цинк \(\mathrm{Zn}\)):

\begin{gather*}\mathrm{Zn+FeCl_2\rightarrow ZnCl_2+Fe{\downarrow}}.\end{gather*}

Нікель (\(\mathrm{Ni}\)) розташований у ряду активності правіше від заліза, тому він не може витіснити його з водного розчину солі.

Отже, реактант \(\mathrm{X}\) – цинк (\(\mathrm{Zn}\)).

Перетворення 2 (\(\mathrm{Fe+Y\rightarrow FeCl_2}\))

Щоб залізо знов перетворити на ферум(II) хлорид (\(\mathrm{FeCl_2}\)), треба обробити метал розведеною хлоридною кислотою (\(\mathrm{HCl}\)), бо під час взаємодії заліза з кислотами-неокисниками утворюються солі Феруму(ІІ), а не Феруму(ІІІ), як у реакції з хлором (\(\mathrm{Cl_2}\)):

\begin{gather*}\mathrm{Fe+2HCl\rightarrow FeCl_2+H_2{\uparrow}}.\end{gather*}

Отже, реактант \(\mathrm{Y}\) – хлоридна кислота (\(\mathrm{HCl}\)).

Відповідь: А.

ТЕМА: Загальна й неорганічна хімія. Амфотерність. Хімічні властивості амфотерних гідроксидів.

Перевірці підлягають:

• розуміння амфотерності;
• уміння добирати реагенти (кислоти й луги) для експериментального підтвердження подвійного хімічного характеру амфотерних сполук.

Амфотерність – здатність сполуки виявляти кислотні або основні властивості залежно від умов і речовин, з якими вона реагує.

Для підтвердження амфотерності цинк гідроксиду (\(\mathrm{Zn(OH)_2}\)) треба довести його здатність взаємодіяти з кислотами й лугами (основами).

Реакція з кислотою (виявленя основних властивостей)

Унаслідок додавання хлоридної кислоти (\(\mathrm{HCl}\)) білий драглистий осад цинк гідроксиду (\(\mathrm{Zn(OH)_2}\)) розчиняється з утворенням солі й води:

\begin{gather*}\mathrm{Zn(OH)_2+2HCl=ZnCl_2+2H_2O}.\end{gather*}

Реакція з лугом (виявлення кислотних властивостей)

Унаслідок додавання розчину натрій гідроксиду (\(\mathrm{NaOH}\)) білий драглистий осад цинк гідроксиду також розчиняється з утворенням розчинної комплексної солі:

\begin{gather*}\mathrm{Zn(OH)_2+2NaOH=Na_2[Zn(OH)_4]}.\end{gather*}

Солі, як-от натрій хлорид або калій хлорид (у варіантах А, Б, Г), не реагують із нерозчинними гідроксидами металічних елементів і не можуть бути доказом їхнього хімічного характеру.

Відповідь: В.

ТЕМА: Загальна й неорганічна хімія. Хімічні властивості неорганічних речовин.

А За звичайних умов азот (\(\mathrm{N_2}\)) і кисень (\(\mathrm{O_2}\)) не реагують. Їхня взаємодія з утворенням нітроген(II) оксиду є ендотермічною і відбувається лише за високих температур (приблизно \(2000\)–\(3000\) °C або під час електричного розряду).

Б Реакція синтезу амоніаку (\(\mathrm{NH_3}\)) зворотна й екзотермічна, але за звичайних умов практично не відбувається через дуже високу енергію потрійного зв'язку в молекулі азоту; реакція відбувається за участю каталізатора, за високого тиску й підвищеної температури (приблизно \(400\)–\(500\) °C).

В Амоніак (\(\mathrm{NH_3}\)) і гідроген хлорид (\(\mathrm{HCl}\)) за звичайних умов (нормальний тиск і температура \(20\)–\(25\) °C) дуже швидко й бурхливо реагують між собою. Унаслідок цієї реакції утворюється густий білий дим, який складається з кристаликів амоній хлориду (\(\mathrm{NH_4Cl}\)):

\begin{gather*}\mathrm{NH_3 + HCl = NH_4Cl}.\end{gather*}

Г Карбон(II) оксид (\(\mathrm{CO}\)) за звичайних умов не реагує з амоніаком (\(\mathrm{NH_3}\)).

Відповідь: В.

ТЕМА: Загальна й неорганічна хімія. Оксиди (кислотні, основні, амфотерні) та їхні хімічні властивості.

Перевірці підлягає вміння виявляти взаємозв'язок між хімічними властивостями речовин і результатами якісних експериментів (взаємодія з водою, кислотами й лугами).

Посудина \(1\): речовина реагує і з лугом (\(\mathrm{NaOH}\)), і з хлоридною кислотою (\(\mathrm{HCl}\)), але не реагує з водою (\(\mathrm{H_2O}\))

Цим властивостям відповідає амфотерний алюміній оксид (\(\mathrm{Al_2O_3}\)). Він взаємодіє з натрій гідроксидом (\(\mathrm{NaOH}\)), утворюючи комплексну сіль, і з хлоридною кислотою (\(\mathrm{HCl}\)), утворюючи алюміній хлорид, проте з водою за звичайних умов не реагує.

Отже, 1 – Г.

Посудина \(2\): речовина реагує з натрій гідроксидом (\(\mathrm{NaOH}\)) і з водою (\(\mathrm{H_2O}\)), але не реагує з хлоридною кислотою (\(\mathrm{HCl}\))

Такі властивості характерні для кислотного оксиду, який є ангідридом кислоти. Фосфор(V) оксид (\(\mathrm{P_4O_{10}}\)) енергійно реагує з водою (\(\mathrm{H_2O}\)) з утворенням ортофосфатної кислоти (\(\mathrm{H_3PO_4}\)), а також взаємодіє з лугами (натрій гідроксидом \(\mathrm{NaOH}\)) з утворенням солей, але не реагує з хлоридною кислотою (\(\mathrm{HCl}\)).

Отже, 2 – А.

Посудина \(3\): речовина реагує лише з натрій гідроксидом (\(\mathrm{NaOH}\)), не реагує ні з водою (\(\mathrm{H_2O}\)), ні з хлоридною кислотою (\(\mathrm{HCl}\))

Це властивість кислотного оксиду, який не взаємодіє з водою, але здатний реагувати з лугами внаслідок сплавляння чи під дією концентрованого розчину. У завданні – силіцій(IV) оксид (\(\mathrm{SiO_2}\), кремнезем), який не розчиняється у воді, не реагує ні з водою (\(\mathrm{H_2O}\)), ні з хлоридною кислотою (\(\mathrm{HCl}\)), проте взаємодіє з розплавом або концентрованим розчином натрій гідроксиду (\(\mathrm{NaOH}\))

\begin{gather*}\mathrm{2NaOH + SiO_2 = Na_2SiO_3 + H_2O.}\end{gather*}

Отже, 3 – В.

Кальцій гідроксид (\(\mathrm{Ca(OH)_2}\)) належить до лугів, реагує з хлоридною кислотою (\(\mathrm{HCl}\)) і не реагує з водою (\(\mathrm{H_2O}\)) і натрій гідроксидом (\(\mathrm{NaOH}\)).

Калій нітрат (\(\mathrm{KNO_3}\)) – сіль сильної кислоти й сильної основи, не реагує ні з водою (\(\mathrm{H_2O}\)), ні з натрій гідроксидом (\(\mathrm{NaOH}\)), ні з хлоридною кислотою (\(\mathrm{HCl}\)).

Відповідь: 1-Г, 2-А, 3-В.