ТЕМА: Неорганічна хімія. Основні класи неорганічних сполук. Реакції солей у розчинах із металами.

Завдання скеровано на перевірку вміння прогнозувати можливість перебігу реакцій солей у водних розчинах із металами.

Скориставшись довідковою таблицею «Ряд активності металів», можна визначити, що цинк витіснятиме із солей свинець (А) і нікель (Б), оскільки в ряду активності він розташований лівіше від них: \begin{gather*} \mathrm{Zn+Pb^{2+}=Zn^{2+}+Pb}\downarrow;\\[7pt] \mathrm{Zn+Ni^{2+}=Zn^{2+}+Ni}\downarrow. \end{gather*}

Затим потрібно порівняти відносні атомні маси цих елементів (їх зазначено в довідковій таблиці «Періодична система хімічних елементів»): $$ A_r(\mathrm{Ni})\lt A_r(\mathrm{Zn})\lt A_r(\mathrm{Pb}). $$

Вочевидь маса цинкової пластинки збільшиться, якщо її занурити у водний розчин плюмбум(ІІ) нітрату, і зменшиться внаслідок занурення у водний розчин нікель(ІІ) нітрату.

Відповідь: A.

ТЕМА: Загальна хімія. Окисно-відновні реакції. Поняття окисник, відновник, окиснення, відновлення.

Завдання скеровано на перевірку вміння визначати ступені окиснення атомів хімічних елементів і прогнозувати їхні окисно-відновні властивості.

Спочатку потрібно визначити ступені окиснення атомів Сульфуру в речовинах, формули яких наведено в умові завдання, узявши до уваги, що:

• ступінь окиснення – це умовний цілочисловий заряд на атомі в молекулярній частинці, якого би він набув, якщо відокремити зв’язані з ним електронегативніші атоми разом із парами електронів, що належать зв’язкам;
• ступінь окиснення атомів Гідрогену в молекулах складних речовин дорівнює +1, а Оксигену, зазвичай, -2;
• алгебрична сума ступенів окиснення всіх атомів в молекулі дорівнює нулю.

А саме: $$ \overset{+1}{\mathrm{H}}_2\overset{+6}{\mathrm{S}}\overset{-2}{\mathrm{O}}_4;\ \ \overset{+4}{\mathrm{S}}\overset{-2}{\mathrm{O}}_2;\ \ \overset{+6}{\mathrm{S}}\overset{-2}{\mathrm{O}}_3;\ \ \overset{+1}{\mathrm{H}}_2\overset{-2}{\mathrm{S}}. $$

Виявляти лише відновні властивості (віддавати електрони) у хімічних реакціях може атом Сульфуру з мінімально можливим для нього ступенем окиснення. Сульфур – елемент головної підгрупи VI групи. На на зовнішньому енергетичному рівні його атома 6 електронів. Тому найменший ступінь окиснення атома Сульфуру дорівнює -2 (різниці між номером групи й числом 8). Такий ступінь окиснення мають атоми Сульфуру в молекулі гідроген сульфіду.

Атоми Сульфуру зі ступенем окиснення -2 віддають електрони й виявляють відновні властивості:

Відповідь: Г.

ТЕМА: Реакції обміну між електролітами в розчині. Якісні реакції на деякі йони.

Завдання скеровано на перевірку вміння визначати склад солей за допомогою якісних реакцій на йони.

Узявши до уваги дані, наведені в довідковій таблиці «Розчинність основ, кислот, амфотерних гідроксидів і солей за температури 20–25 °С у воді», можна дійти висновку, що сіль, про яку йдеться в умові завдання, – натрій гідрогенкарбонат. Рівняння реакцій, описаних у завданні, такі:

Відповідь: B.

ТЕМА: Неорганічні речовини і їхні властивості. Забарвлення індикаторів (універсального, фенолфталеїну, метилоранжу) у кислому, лужному й нейтральному середовищах.

Завдання скеровано на перевірку знання властивостей речовин, уміння прогнозувати їхню здатність реагувати з водою, забарвлення індикатора в розчині.

Фенолфталеїн – специфічний індикатор лужного середовища, у якому він набуває характерного малинового забарвлення.

Середовище водного розчину амоніаку лужне внаслідок перебігу реакції за схемою $$ \mathrm{NH_3+HOH}\rightleftarrows \mathrm{NH^+_4+OH^-}. $$

Гідроксид-аніони у водному розчині амоніаку зумовлюють лужну реакцію середовища в ньому.

Натрій хлорид – сіль сильної основи й сильної кислоти – не зазнає гідролізу, тож середовище його водного розчину нейтральне.

Водний розчин гідроген сульфіду – слабка сульфідна кислота.

Сульфур(IV) оксид – кислотний, унаслідок його змішування з водою утворюється слабка сульфітна кислота.

Відповідь: A.

ТЕМА: Загальна хімія. Окисно-відновні реакції. Поняття окисник, відновник, окиснення, відновлення.

Завдання скеровано на перевірку вміння аналізувати рівняння окисно-відновних реакцій.

Спочатку потрібно визначити ступені окиснення атомів Нітрогену в лівій і правій частинах хімічного рівняння, узявши до уваги, що алгебрична сума ступенів окиснення всіх атомів у молекулі дорівнює нулю:

Зниження ступеня окиснення атома елемента в молекулі називають відновленням. У цій реакції атоми Нітрогену зі ступенем окиснення +5 в натрій нітраті приймають електрони й відновлюються до азоту, у якому ступінь окиснення атомів Нітрогену дорівнює нулю.

Відповідь: B.

ТЕМА: Загальна хімія. Розчини. Розчинність речовин, її залежність від різних чинників.

Завдання скеровано на перевірку вміння аналізувати й інтерпретувати подану в графічній формі інформацію щодо залежності розчинності солей від температури.

За кривими розчинності, наведеними в умові завдання, легко визначити, що за температури 60 °С в порціях води масою 100 г для отримання насичених розчинів потрібно розчинити калій нітрат масою 110 г і рубідій нітрат масою 200 г (рис. 1).

Рис. 1. Криві розчинності нітратів Рубідію і Калію

За умовою завдання для приготування насичених розчинів солей узято їхні наважки масою по 110 г. Тож для приготування насиченого за температури 60 °С розчину калій нітрату потрібно використати воду масою 100 г. Маса виготовленого розчину становить 210 г.

Для приготування насиченого за температури 60 °С розчину рубідій нітрату води масою 100 г достатньо для розчинення солі масою 200 г. Тобто для розчинення рубідій нітрату масою 110 г потрібно використати воду, маса якої трохи більша за 50 г, точніше – 55 г. Тож маса розчину рубідій нітрату дорівнює 165 г, що менше за масу розчину калій нітрату.

Масова частка солі в розчині дорівнює відношенню маси солі до маси розчину. Порівнявши вирази 110/210 і 110/165 легко дійти висновку, що масова частка калій нітрату у його розчині менша за масову частку рубідій нітрату.

Тобто правильним є лише твердження I.

Відповідь: A.

ТЕМА: Загальна хімія. Гідроліз солей.

Завдання скеровано на перевірку вміння прогнозувати реакцію середовища розбавленого водного розчину солі з огляду на її хімічний склад і здатність до гідролізу.

Гідроліз – реакція солі з водою, що приводить до утворення слабкого або малорозчинного електроліту й зміни рН розчину. Може відбуватися за аніоном, коли сіль утворено катіоном сильної основи й аніоном слабкої кислоти (лужне середовище), або за катіоном, коли сіль утворено катіоном слабкої основи й аніоном сильної кислоти (кисле середовище).

Солі сильних основ і кислот не зазнають гідролізу, їхні водні розчини мають нейтральну реакцію.

Як за аніоном, так і за катіоном відбувається гідроліз солі, утвореної катіоном слабкої основи й аніоном слабкої кислоти.

Адже \(\mathrm{NH^{+}_4}\) – катіон слабкої основи, а \(\mathrm{Na^{+}}\) – сильної, \(\mathrm{SO^{2-}_4}\) – аніон сильної сульфатної кислоти, а \(\mathrm{CO^{2-}_3}\) і \(\mathrm{SiO^{2-}_{3}}\) – аніони слабких карбонатної та силікатної кислот.

З-поміж солей, формули яких наведено в завданні, катіоном слабкої основи й аніоном слабкої кислоти утворено амоній карбонат.

Відповідь: Г.

ТЕМА: Загальна хімія. Гідроліз солей.

Завдання скеровано на перевірку вміння прогнозувати реакцію середовища розбавленого водного розчину солі з огляду на її хімічний склад і здатність до гідролізу.

Гідроліз – реакція солі з водою, що приводить до утворення слабкого або малорозчинного електроліту й зміни рН розчину. Може відбуватися за аніоном, коли сіль утворено катіоном сильної основи й аніоном слабкої кислоти (лужне середовище), або за катіоном, коли сіль утворено катіоном слабкої основи й аніоном сильної кислоти (кисле середовище).

Солі сильних основ і кислот не зазнають гідролізу, їхні водні розчини мають нейтральну реакцію.

Тобто за умовою завдання потрібно визначити рядок, у якому послідовно наведено формули солей слабкої основи й сильної кислоти, сильної основи й сильної кислоти, сильної основи й слабкої кислоти.

Цій умові відповідають солі, формули яких наведено в рядку A. Адже \(\mathrm{Al^{3+}}\) – катіон слабкої основи, а \(\mathrm{K^{+}}\) і \(\mathrm{Na^{+}}\) – сильних; \(\mathrm{Cl^{-}}\) і \(\mathrm{SO^{2-}_4}\) – аніони сильних хлоридної та сульфатної кислот, а \(\mathrm{S^{2-}}\) – слабкої сульфідної кислоти.

Відповідь: A.

ТЕМА: Загальна хімія. Хімічна рівновага, принцип Ле Шательє.

Завдання скеровано на перевірку вміння інтерпретувати інформацію, подану в графічній формі, застосовувати принцип Ле Шательє для керування хімічною рівновагою.

Згідно з принципом Ле Шательє система, що перебуває у стані стійкої хімічної рівноваги, під зовнішнім впливом прагне повернутися до стану рівноваги, компенсувавши дію цього впливу.

Проаналізувавши графіки залежності об’ємної частки (%) продукту реакції в рівноважній газуватій суміші від температури за різних значень тиску, можна дійти висновку, що з підвищенням температури вміст продукту реакції зменшується. Тобто йдеться про екзотермічну реакцію. До таких належать реакції синтезу амоніаку (Б) і гідроген хлориду (В).

За графіком також можна визначити, що об’ємна частка продукту реакції зменшується зі зниженням тиску (наприклад, за температури 400 °С вміст продукту реакції в суміші за тиску 1000 атм більший порівняно з його вмістом за 600, 300, 100...1 атм).

Тиск не впливає на рівновагу реакції (В), оскільки за її рівнянням мольні (і, відповідно, об’ємні) частки газів у лівій і правій частинах рівні:

Натомість реакція (Б), перебіг якої супроводжуваний зменшенням загального об’єму, залежить від тиску:

Тобто зі зниженням тиску рівновага цієї реакції зміщується ліворуч й об’ємна частка її продукту (амоніаку) у реакційній суміші зменшується.

Відповідь: Б.

ТЕМА: Загальна хімія. Ступінь окиснення. Хімічний зв’язок. Обмінний і донорно-акцепторний механізми утворення ковалентних зв’язків.

Завдання скеровано на перевірку знання формули йона амонію, розуміння відмінності між способами утворення ковалентного зв’язку за обмінним і донорно-акцепторним механізмами, уміння визначати ступені окиснення хімічних елементів за формулою речовини чи йона.

Ступінь окиснення – це умовний цілочисловий заряд на атомі в молекулярній частинці, якого би він набув, якщо відокремити зв’язані з ним електронегативніші атоми разом із парами електронів, що належать зв’язкам. Це ціле число – додатне, від’ємне або нуль.

Алгебрична сума ступенів окиснення всіх атомів у нейтральній молекулі дорівнює нулю, а в йоні – величині його заряду.

Гідроген у сполуках із неметалічними елементами має ступінь окиснення \(+1\). Формула катіона амонію – \(\mathrm{NH_4^+}\). Вочевидь ступінь окиснення Нітрогену в катіоні амонію можна обчислити, склавши алгебричне рівняння $$ \underset{ \begin{array}{c} \text{ступінь}\\ \text{окиснення}\\ \text{Нітрогену} \end{array} }{x}\ +\ \underset{ \begin{array}{c} \text{кількість}\\ \text{атомів}\\ \text{Гідрогену} \end{array} } {4}\ \cdot \ \underset{ \begin{array}{c} \text{ступінь}\\ \text{окиснення}\\ \text{Гідрогену} \end{array} } {(+1)}\ =\ \underset{ \begin{array}{c} \text{заряд}\\ \text{катіона}\\ \text{амонію} \end{array} } {+1} $$ і розв’язавши його: \(x+4\cdot 1=1;\ \ x+4=1;\ \ x=-3\).

Ковалентний зв’язок може утворюватися за обмінним (унаслідок усуспільнення електронів) або за донорно-акцепторним механізмом. Катіон амонію утворюється внаслідок приєднання протона \(\mathrm{H^+}\) до молекули амоніаку. Тож один із чотирьох ковалентних зв’язків у катіоні амонію утворено за донорно-акцепторним механізмом (рис. 1).

Рис. 1. Утворення катіона амонію

Відповідь: Г.

ТЕМА: Загальна хімія. Хімічна рівновага, принцип Ле Шательє.

Завдання скеровано на перевірку вміння застосовувати принцип Ле Шательє для керування хімічною рівновагою.

Система, що перебуває у стані стійкої хімічної рівноваги, під зовнішнім впливом прагне повернутися до стану рівноваги, компенсувавши його дію.

Проаналізувавши наведене в умові завдання рівняння реакції

можна дійти висновку, що перебіг прямої реакції – синтезу сульфур(VI) оксиду – відбувається з виділенням теплової енергії (\(\triangle\ H\lt 0\)).

Тобто підвищення температури має бути компенсоване зміщенням хімічної рівноваги вліво, адже розкладання сульфур(VI) оксиду – ендотермічний процес, під час якого теплота поглинається.

Щодо інших варіантів відповіді:

А з огляду на мольні (а отже й об’ємні) відношення газів підвищення тиску зміщуватиме хімічну рівновагу праворуч. Адже тиск сульфур(IV) оксиду й кисню сумарною кількістю речовини 3 моль вищий за тиск сульфур(VI) оксиду, кількість речовини якого за рівнянням реакції становить 2 моль;

В, Г збільшення концентрації кисню або сульфур(IV) оксиду приведе до зміщення хімічної рівноваги праворуч, адже під час прямої реакції ці гази реагують між собою, тобто їхня концентрація зменшується.

Відповідь: Б.

ТЕМА: Загальна хімія. Будова атомів і простих йонів.

Завдання скеровано на перевірку знання складу атома й розуміння причини його електронейтральності.

Атом є електрично нейтральною частинкою, що складається з позитивно зарядженого ядра, яке практично визначає його масу (понад 99,9 %), й електронів, що оточують ядро й визначають розміри атома.

Протони й електрони – частинки, заряди яких однакові за абсолютною величиною і протилежні за знаком, нейтрони – електронейтральні.

Тому для визначення електронейтральної частинки потрібно вибрати в таблиці рядок, у якому описано склад частинки з однаковою кількістю протонів й електронів.

Цю умову задовольняє частинка, склад якої описано в рядку Б.

Відповідь: Б.

ТЕМА: Загальна хімія. Будова атомів і простих йонів.

Завдання скеровано на перевірку вміння інтерпретувати нуклідні символи атомів і простих йонів.

Нуклід – це різновид атомів або йонів з однаковим масовим числом (кількістю нуклонів) та атомним номером (кількістю протонів).

Нуклідним символом називають символ нукліда елемента, біля якого зазначено атомний номер як лівий підрядковий, а масове число – як лівий надрядковий індекс.

Нуклони – це протони й нейтрони. Кількість нейтронів у ядрі дорівнює різниці між масовим і протонним числами.

Умову завдання задовольняє варіант відповіді Г:
у нукліді  \(\mathrm{^{49}_{22}Ti}\) 22 протони й 27 (49 – 22) нейтронів.

Відповідь: Г.

ТЕМА: Основні хімічні поняття. Речовина.

Завдання скеровано на перевірку вміння розрізняти прості й складні речовини, інтерпретувати інформацію, наведену в графічній формі.

Прості речовини утворено атомами одного хімічного елемента, а складні – атомами різних хімічних елементів.

Проаналізувавши наведені в умові завдання рисунки, можна дійти висновку, що на них зображено молекули складу:

Відповідь: B.