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.

ТЕМА: Органічна хімія. Класифікація хімічних реакцій в органічній хімії (реакції гідрування, гідратації, дегідрування).

Перевірці підлягає вміння розрізняти типи реакцій за їхніми реактантами й продуктами.

Гідрування (1)

Це реакція приєднання водню (\(\mathrm{H_2}\)) до органічних сполук (найчастіше за місцями кратних зв'язків). У реакції Б етен (\(\mathrm{C_2H_4}\)) приєднує водень з утворенням етану (\(\mathrm{C_2H_6}\)):

\begin{gather*}\mathrm{C_2H_4 + H_2 \rightarrow C_2H_6}.\end{gather*}

Отже, 1 – Б.

Гідратація (2)

Це реакція приєднання води (\(\mathrm{H_2O}\)) до ненасичених сполук. Цій вимозі відповідає реакція А: приєднання води до етену (\(\mathrm{C_2H_4}\)) з утворенням етанолу (\(\mathrm{C_2H_5OH}\))

\begin{gather*}\mathrm{C_2H_4 + H_2O \rightarrow C_2H_5OH}.\end{gather*}

Отже, 2 – А.

Дегідрування (3)

Це реакція відщеплення водню (\(\mathrm{H_2}\)) від молекул органічних речовин. Реакція В – приклад перетворення, у якому від циклогексану (\(\mathrm{C_6H_{12}}\)) відщеплюється водень (\(\mathrm{H_2}\)) й утворюється бензен (\(\mathrm{C_6H_6}\)):

\begin{gather*}\mathrm{C_6H_{12} \rightarrow C_6H_6 + 3H_2}.\end{gather*}

Отже, 3 – В.

У варіанті Г описано окиснення чи дегідрування спирту з утворенням альдегіду, а у варіанті Д – взаємодія спирту з активним металом із виділенням водню (реакція заміщення).

Відповідь: 1-Б, 2-А, 3-В.

ТЕМА: Загальна хімія. Основні поняття хімії. Молярна маса. Відносна густина газів. Обчислення в хімії.

Перевірці підлягають уміння обчислювати молярну масу речовин і густину одного газу за іншим.

Густину одного газу за іншим обчислюють як відношення молярних мас цих газів:

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{D}(O_2/He) = \mathit{M}(O_2) : \mathit{M}(He)};\\[7pt]\mathrm{\mathit{D}(O_2/He) = 32\ \text{г/моль} : 4\ \text{г/моль}};\\[7pt]\mathrm{\mathit{D}(O_2/He) = 8}.\end{gather*}

Відповідь: 8.

ТЕМА: Загальна хімія. Кількість речовини. Молярна маса. Обчислення за хімічними рівняннями.

Перевірці підлягають уміння застосовувати закони стехіометрії, обчислювати кількість речовини й молярну масу.

Рівняння реакції оксиду (\(\mathrm{EO_3}\)) з воднем (\(\mathrm{H_2}\)):

\begin{gather*}\mathrm{EO_3 + 3H_2 \rightarrow E + 3H_2O}.\end{gather*}

Згідно з рівнянням реакції, на відновлення оксиду (\(\mathrm{EO_3}\)) кількістю речовини \(1\) моль витрачається водень (\(\mathrm{H_2}\)) кількістю речовини \(3\) моль.

Кількість речовини (\(\mathit{n}\)) оксиду (\(\mathrm{EO_3}\)), що прореагував:

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{n}(EO_3) = \mathit{n}(H_2) : 3 = 0{,}75\ \text{моль} : 3 = 0{,}25\ \text{моль}}.\end{gather*}

Молярна маса (\(\mathit{M}\)) оксиду (\(\mathrm{EO_3}\)) дорівнює відношенню його маси (\(\mathit{m}\)) до кількості речовини (\(\mathit{n}\)):

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{M}(EO_3) = \mathit{m}(EO_3) : \mathit{n}(EO_3) = 58\ \text{г} : 0{,}25\ \text{моль} = 232\ \text{г/моль}}.\end{gather*}

Відповідь: 232.

ТЕМА: Органічна хімія. Оксигеновмісні органічні сполуки. Одноатомні спирти, карбонові кислоти. Реакція естерифікації. Закон збереження маси в хімічних реакціях. Обчислення в хімії.

Перевірці підлягає вміння застосовувати закон збереження маси речовин у розрахунках за хімічними рівняннями.

За законом збереження маси загальна маса реактантів (спирту й кислоти) дорівнює загальній масі продуктів реакції (естеру й води) у реакції естерифікації:

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{m}\text{(спирту)} + \mathit{m}\text{(кислоти)} = \mathit{m}\text{(естеру)} + \mathit{m}\text{(води)}};\\[7pt]\mathrm{30\ \text{г} + 36\ \text{г} = 57\ \text{г} + \mathit{m}\text{(води)}};\\[7pt]\mathrm{\mathit{m}\text{(води)} = 66\ \text{г} − 57\ \text{г} = 9\ \text{г}}.\end{gather*}

Кількість речовини води

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{n}\text{(води)} = \mathit{m}\text{(води)} : \mathit{M}\text{(води)} = 9\ \text{г} : 18\ \text{г/моль} = 0{,}5\ \text{моль}}.\end{gather*}

У реакції естерифікації

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{n}\text{(спирту)} = \mathit{n}\text{(кислоти)} = \mathit{n}\text{(естеру)} = \mathit{n}\text{(води)}}.\end{gather*}

Молярна маса спирту

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{M}\text{(спирту)} = \mathit{m}\text{(спирту)} : \mathit{n}\text{(спирту)} = 30\ \text{г} : 0{,}5\ \text{моль} = 60\ \text{г/моль}}.\end{gather*}

Отже, відносна молекулярна маса спирту дорівнює \(60\).

Відповідь: 60.

ТЕМА: Загальна й неорганічна хімія. Карбон і його сполуки. Газові закони. Обчислення за хімічними рівняннями.

Перевірці підлягають:

• знання хімічних властивостей оксидів Карбону;
• уміння виконувати розрахунки за об'ємом і масою речовин, визначати склад суміші газів.

Хімічні властивості газів – складників суміші:

• чадний газ (\(\mathrm{CO}\)) – це несолетворний оксид, не реагує з розчиненим у воді натрій гідроксидом (\(\mathrm{NaOH}\)) і проходить крізь уміст склянки, не змінюючи його маси;
• вуглекислий газ (\(\mathrm{CO_2}\)) – це кислотний оксид, що реагує з лугом (\(\mathrm{NaOH}\)), надлишок якого запобігає утворенню кислої солі. Тобто продуктами реакції є натрій карбонат (\(\mathrm{Na_2CO_3}\)) і вода (\(\mathrm{H_2O}\)):

\begin{gather*}\mathrm{CO_2 + 2NaOH = Na_2CO_3 + H_2O}.\end{gather*}

Кількість речовини (\(\mathit{n}\)) вуглекислого газу (\(\mathrm{CO_2}\)):

• маса вмісту склянки збільшилася внаслідок поглинання розчином лугу вуглекислого газу (\(\mathrm{CO_2}\)). Отже, маса поглинутого \(\mathrm{CO_2}\) дорівнює \(22\) г;
• молярна маса (\(\mathit{M}\)) вуглекислого газу (\(\mathrm{CO_2}\))

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{M}(CO_2) = 12\ \text{г/моль} + 2 \cdot 16\ \text{г/моль} = 44\ \text{г/моль}};\end{gather*}

• кількість речовини (\(\mathit{n}\)) вуглекислого газу (\(\mathrm{CO_2}\))

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{n}(CO_2) = \mathit{m}(CO_2) : \mathit{M}(CO_2) = 22\ \text{г} : 44\ \text{г/моль} = 0{,}5\ \text{моль}};\end{gather*}

• об’єм (\(\mathit{\!V\,}\)) вуглекислого газу (\(\mathrm{CO_2}\)) за нормальних умов (н. у.)

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{V}(CO_2) = \mathit{n}(CO_2)\mathit{V}_m = 0{,}5\ \text{моль} \cdot 22{,}4\ \text{л/моль} = 11{,}2\ \text{л}}.\end{gather*}

Об’єм (\(\mathit{\!V\,}\)) чадного газу (\(\mathrm{CO}\)) в суміші:

• загальний об’єм (\(\mathit{\!V\,}\)) суміші становить \(44{,}8\) л;
• об’єм чадного газу

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{V}(CO) = \mathit{V}\text{(суміші)} - \mathit{V}(CO_2)};\\[7pt]\mathrm{\mathit{V}(CO) = 44{,}8\ \text{л} - 11{,}2\ \text{л} = 33{,}6\ \text{л}}.\end{gather*}

Об’ємна частка (\(\varphi\)) чадного газу

\begin{gather*}\mathrm{\varphi(CO) = \mathit{V}(CO) : \mathit{V}\text{(суміші)} \cdot 100\, \% = 33{,}6\ \text{л} : 44{,}8\ \text{л} \cdot 100\, \% =} \\[7pt] \mathrm{= 0{,}75 \cdot 100\, \% = 75\, \%}.\end{gather*}

Також можна обчислити об’ємну частку (\(\varphi\)) чадного газу, скориставшись кількостями речовини чадного й вуглекислого газів:

• загальна кількість речовини газів

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{n}(CO, CO_2) = 44{,}8\ \text{л} : 22{,}4\ \text{л/моль} = 2\ \text{моль}};\end{gather*}

• кількість речовини чадного газу

\begin{gather*}\mathrm{\mathit{n}(CO) = 2\ \text{моль} - 0{,}5\ \text{моль} = 1{,}5\ \text{моль}};\end{gather*}

• об’ємна частка чадного газу (дорівнює його мольній частці, адже за однакових умов молярні об’єми газів однакові)

\begin{gather*}\mathrm{\varphi(CO) = \chi(CO) = 1{,}5\ \text{моль} : 2\ \text{моль} = 0{,}75\ \text{або}\ 75\, \%}.\end{gather*}

Відповідь: 75.