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.

ТЕМА: Органічна хімія. Вуглеводні. Номенклатура.

Завдання скеровано на перевірку знання поняття ізомери та вміння визначати структурні ізомери за назвою речовини відповідно до номенклатури IUPAC.

Для виконання завдання необхідно за назвою зобразити або уявити структурні формули речовин і порівняти їх.

Ізомери – це речовини, які мають однаковий склад, але різну будову, а тому різні властивості.

Проаналізуємо кожну пару речовин.

A  пропан (\(\mathrm{C_3H_8}\)) і циклопропан (\(\mathrm{C_3H_6}\)) – це речовини різних гомологічних рядів із різними загальними формулами, тому вони не можуть бути структурними ізомерами. Структурні формули:

Б  бутан (\(\mathrm{C_4H_{10}}\)) і 2-метилбутан (\(\mathrm{C_5H_{12}}\)). Ці речовини – гомологи, за складом відрізняються на групу (\(\mathrm{CH_2}\)). Гомологи не можуть бути ізомерами. Структурні формули:

B  бут-1-ен (\(\mathrm{C_4H_{8}}\), подвійний зв'язок між 1 і 2 атомами Карбону) і бут-2-ен (\(\mathrm{C_4H_{8}}\), подвійний зв'язок між 2 і 3 атомами Карбону) – речовини одного гомологічного ряду, мають однакову молекулярну формулу, але різну структуру, відрізняються положенням подвійного зв’язку між атомами Карбону, це і є ізомери. Структурні формули:

Г  пропен (\(\mathrm{C_3H_{6}}\)) і пропан (\(\mathrm{C_3H_{8}}\)) – це речовини різних гомологічних рядів із різними загальними формулами, тому вони не можуть бути структурними ізомерами. Структурні формули:

Отже, правильна відповідь – B.

Відповідь: B.