Автор статьи — профессиональный репетитор О. В. Овчинникова.
Вторая часть на ЕГЭ по химии включает 6 заданий, и каждое из них требует развёрнутого ответа. Для сдачи экзамена на высокий балл потребуется научиться решать все. Первым идёт задание 29, где нужно составить окислительно-восстановительную реакцию, используя вещества из списка. Вот один из вариантов формулировки:
Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислительно-восстановительная реакция протекает с изменением цвета раствора. Выделение осадка или газа в ходе этой реакции не наблюдается. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительновосстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
Это задание в последние годы заметно усложнили. Если ранее было достаточно найти любые два вещества, между которыми протекает окислительно-восстановительная реакция (ОВР), записать её и уравнять методом электронного баланса, то теперь необходимо также знать визуальные признаки взаимодействия этих веществ.
Нам подойдёт реакция, которая описана в условии, любую другую не зачтут. Из-за этого для выполнения данного задания на ЕГЭ требуется не только научиться уравнивать ОВР методом электронного баланса, проработать огромное количество материала, связанного с химическими свойствами веществ, но и запомнить, что происходит в процессе большинства из данных реакций внешне. Звучит страшно, но надо понимать: всё это пригодится вам и в других заданиях.
Приведённая ниже информация поможет понять, на что обратить внимание.
к оглавлению ▴| \(\bf KMnO_4 \) + восстановители \(\; \xrightarrow{}\) | |||
| Среда, куда переходит | в кислой среде \(\bf Mn^{+2}\) | в нейтральной среде \(\bf Mn^{+4}\) | в щелочной среде \(\bf Mn^{+6}\) |
| Образующееся соединение марганца | (соль той кислоты, которая участвует в реакции) \(\rm M \mkern -2mu nSO_4, M \mkern -2mu nCl_2\) |
\(\rm M \mkern -2mu nO_2 \downarrow\) | Манганат \(\rm K_2M \mkern -2mu nO_4\) |
| Внешние признаки реакции | Обесцвечивание тёмно-фиолетового раствора | Обесцвечивание тёмно-фиолетового раствора и выпадение бурого осадка | Раствор из тёмно-фиолетового становится зелёным |
| \(\bf K_2Cr_2O_7\) (кислая и нейтральная среда), \(\bf K_2CrO_4\) (щелочная среда) + восстановители \(\; \xrightarrow{}\) всегда получается \(\bf Cr^{+3}\) | ||
| кислая среда | нейтральная среда | щелочная среда |
| Соли тех кислот, которые участвуют в реакции: \(\rm CrCl_3^{\vphantom {2}}, Cr_2^{\vphantom {2}} \left( SO_4^{\vphantom {2}} \right)_3^{\vphantom {2}}\) | \(\rm Cr \left( OH \right)_3\) | |
| Раствор из оранжевого (жёлтого) становится зелёным | Выпадение зелёного осадка, обесцвечивание оранжевого раствора | |
| \(\bf Cr^{+3}\) + очень сильные окислители \(\; \xrightarrow{} \bf Cr^{+6}\) (всегда независимо от среды!) | ||
| \(\rm Cr_2O_3, Cr(OH)_3\), соли, гидроксокомплексы | + очень сильные окислители: а)\(\rm K\,NO_3\), кислородсодержащие соли хлора (в щелочном расплаве) б) \(\rm Cl_2, Br_2, H_2O_2\) (в щелочном растворе) |
Щелочная среда:
образуется хромат \(\rm K_2CrO_4\) |
| \(\rm Cr(OH)_3\), соли | + очень сильные окислители в кислой среде \(\rm (H\,NO_3\) или \(\rm CH_3COOH):\) \(\rm PbO_2, KBiO_3\) |
Кислая среда:
образуется дихромат \(\rm K_2Cr_2O_7\) или дихромовая кислота \(\rm H_2Cr_2O_7\) |
| \(\rm Mn^{+2,+4}\) — оксид, гидроксид, соли | + очень сильные окислители: \(\rm K\,NO_3\), кислородсодержащие соли хлора (в расплаве) |
Щелочная среда: \(\bf Mn^{+6}\)
\(\rm K_2MnO_4\) — манганат |
| \(\rm Mn^{+2}\) — соли | + очень сильные окислители в кислой среде \(\rm (HNO_3\) или \(\rm CH_3COOH):\) \(\rm PbO_2, KBiO_3\) |
Кислая среда: \(\bf Mn^{+7}\)
\(\rm K\,MnO_4\) — перманганат |
— не выделяется водород, образуются продукты восстановления азота.
| Чем активнее металл и чем меньше концентрация кислоты, тем дальше восстанавливается азот | ||||
| \(\bf NO_2\) | \(\bf NO\) | \(\bf NO_2 / N_2 / NH_4NO_3\) | \(\bf N_O\) (чаще)/ \(\bf N_2O / N_2 / NH_4NO_3\) | \(\bf NO\) |
| Неактивные металлы (правее алюминия включительно) + конц. Кислота; Неметаллы + конц. Кислота |
Активные металлы (левее Mg включительно) + конц. Кислота | Активные металлы (левее Mg включительно) + разб Кислота | Металлы от алюминия до железа включительно + разб. кислота | Неактивные металлы (правее кобальта включительно) + разб. Кислота |
| Пассивация: с холодной концентрированной азотной кислотой не реагируют: \(\bf Al, Cr, Fe, Be, Co.\) |
||||
| Не реагируют с азотной кислотой ни при какой концентрации: \(\bf Au, Pt, Pd.\) |
||||
— разбавленная серная кислота реагирует как обычная минеральная кислота с металлами левее \(\rm H\) в ряду напряжений, при этом выделяется водород;
— при реакции с металлами концентрированной серной кислоты не выделяется водород, образуются продукты восстановления серы.
| \(\bf SO_2\) | \(\bf H_2S\) |
| Неактивные металлы (правее железа) + конц. кислота Неметаллы + конц. Кислота |
Щелочные металлы до магния включительно + концентрированная кислота. |
| Пассивация: с холодной концентрированной серной кислотой не реагируют: \(\bf Al, Cr, Fe, Be, Co.\) |
|
| Не реагируют с серной кислотой ни при какой концентрации: \(\bf Au, Pt, Pd.\) |
|
Реакции диспропорционирования — это реакции, в которых один и тот же элемент является и окислителем, и восстановителем, одновременно и повышая, и понижая свою степень окисления:
| \(\rm 3Cl_2 + 6KOH \xrightarrow{t^{\circ}} 5KCl + KClO_3 + 3H_2O\) | ||
| Сера + щёлочь \(\xrightarrow{}\) 2 соли, сульфид и сульфит металла (реакция идёт при кипячении) | \(\rm S^0 \xrightarrow{} S^{-2}\) и \(\rm S^{+4}\) |
| Фосфор + щелочь \(\xrightarrow{}\) фосфин \(\rm P\,H_3\) и соль гипофосфит \(\rm KH_2PO_2\) (реакция идёт при кипячении) | \(\rm P^0 \xrightarrow{} P^{-3}\) и \(\rm P^{+1}\) |
| Хлор, бром, иод + вода (без нагревания) \(\xrightarrow{}\) 2 кислоты, \(\rm H\,Cl, H\,Cl\,O\) Хлор, бром, иод + щелочь (без нагревания) \(\xrightarrow{}\) 2 соли, \(\rm K\,Cl\) и \(\rm K\,Cl\,O\) и вода |
\(\rm Cl_2^0 \xrightarrow{} Cl^-\) и \(\rm Cl^+\) |
| Бром, иод + вода (при нагревании)\(\xrightarrow{}\) 2 кислоты, \(\rm H\,Br, H\,BrO_3\) Хлор, бром, иод + щелочь (при нагревании)\(\xrightarrow{}\) 2 соли, \(\rm K\,Cl\) и \(\rm K\,ClO_3\) и вода |
\(\rm Cl_2^0 \xrightarrow{} Cl^-\) и \(\rm Cl^{+5}\) |
| \(\rm NO_2\) + вода \(\xrightarrow{}\) 2 кислоты, азотная и азотистая \(\rm NO_2\) + щелочь \(\xrightarrow{}\) 2 соли, нитрат и нитрит |
\(\rm N^{+4} \xrightarrow{} N^{+3}\) и \(\rm N^{+5}\) | ||||
|
\(\rm S^{+4} \xrightarrow{} S^{-2}\) и \(\rm S^{+6}\) | ||||
|
\(\rm Cl^{+5} \xrightarrow{} Cl^{-}\) и \(\rm Cl^{+7}\) |
Для анализа активности металлов используют либо электрохимический ряд напряжений металлов, либо их положение в Периодической таблице. Чем активнее металл, тем легче он будет отдавать электроны и тем более хорошим восстановителем он будет в окислительно-восстановительных реакциях.
| Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pd Pt Au |
Активность неметаллов так же можно определить по их положению в таблице Менделеева.
В заданиях ЕГЭ считается, что азот — более активный неметалл, чем хлор.
На самом деле по поводу того, кто имеет большую электроотрицательность – азот или хлор, давно идут споры. Мы придерживаемся позиции, что хлор в данном противостоянии побеждает – он находится в седьмой группе, до устойчивого состояния ему не хватает одного электрона, в отличие от азота, которому не хватает трёх.
Более активный неметалл будет окислителем, а менее активный будет довольствоваться ролью восстановителя, если они реагируют друг с другом.
Данные из справочника: CRS Handbook of Chemistry and Physics (издание 2007 года).
Таблица электроотрицательности (Х) некоторых атомов
|
Элемент
|
X
|
Элемент
|
X
|
|
Cs
|
0,79
|
H
|
2,20
|
|
K
|
0,82
|
C
|
2,55
|
|
Na
|
0,93
|
S
|
2,58
|
|
Li
|
0,98
|
I
|
2,66
|
|
Ca
|
1,0
|
Br
|
2,96
|
|
Mg
|
1,31
|
N
|
3,04
|
|
Be
|
1,57
|
Cl
|
3,16
|
|
Si
|
1,90
|
O
|
3,44
|
|
B
|
2,04
|
F
|
3,98
|
|
P
|
2,19
|
а) кислородсодержащие соли и кислоты хлора в реакциях с восстановителями обычно переходят в хлориды:
\(\rm K\,Cl\,O_3 + P = P_2O_5 + K\,Cl\)
б) если в реакции участвуют вещества, в которых один и тот же элемент имеет отрицательную и положительную степени окисления — они встречаются в нулевой степени окисления (выделяется простое вещество).
\(\rm H_2S^{-2} + S^{(+4)}O_2 = S^0 + H_2O\)
\(\rm HCOH\)\(\rm FeS_2\)\(\rm Ca(OCl)Cl\)\(\rm H_2S_2O_8\)
2-метилбутен-2: \(\rm CH_3\)–\(\rm CH\)=\(\rm C\)\(\rm (CH_3)-CH_3\)
ацетон: \(\rm (CH_3)_2\)\(\rm CO\)
уксусная кислота: \(\rm CH_3\)–\(\rm COOH\)
В этой реакции надо увидеть, что иодид калия \(\rm KI\) может являться только восстановителем, поэтому нитрит калия \(\rm KNO_2\) будет принимать электроны, понижая свою степень окисления.
Причём в этих условиях (разбавленный раствор) азот переходит из \(\bf +3\) в ближайшую степень окисления \(\bf +2\).
Эти же двойки нельзя забыть при уравнивании, ведь они указывают число атомов данного вида в уравнении.
\(\rm FeSO_4 + K_2Cr_2O_7 + H_2SO_4 \xrightarrow{} Fe_2(SO_4)_3 + Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + H_2O\)
\(\rm Fe^{+2} - 1e \xrightarrow{} Fe^{+3}\)
\(\rm 2Cr^{+6} + \dotso e \xrightarrow{} 2Cr^{+3}\)
\(\rm HNO_3 + Mg \xrightarrow{} Mg(NO_3)_2 + N_2O + H_2O\)
\(\rm PH_3 + \dotso + \dotso \xrightarrow{} K_2MnO_4 + \dotso + \dotso\)
\(\rm PH_3 + \dotso + \dotso \xrightarrow{} MnSO_4 + H_3PO_4 + \dotso + \dotso\)
\(\rm KNO_3 + Zn + KOH \xrightarrow{} NH_3 + \dotso\)
Задание 7: Мягкое и жесткое окисление алкенов.
Допишите и уравняйте реакции, предварительно расставив степени окисления в органических молекулах:
\(\rm CH_3-CH = CH_2 + KMnO_4 + H_2O\) (хол. р-р.) \(\rm \xrightarrow{} CH_3-CHOH-CH_2OH + \dotso\)
| \(\rm CH_3-CH=CH_2 + KMnO_4\) (водн.р-р) \(\rm \xrightarrow{t^{\circ}} CH_3-COOK + K_2CO_3 + \dotso\) | ||
\(\rm MnSO_4 + KMnO_4 + H_2O \xrightarrow{} MnO_2 + \dotso\)
\(\rm H_2S + KMnO_4 + H_2O \xrightarrow{} \dotso\)
\(\rm H_2S + HNO_3\) (конц.) \(\xrightarrow{} \dotso\)
\(\rm KMnO_4 + HCl \xrightarrow{} MnCl_2 + \dotso\)
\(\rm Cl_2 + I_2 + H_2O \xrightarrow{} \dotso + \dotso\)
Пероксид водорода — вещество с двойственной природой, в роли окислителя (которая ему более характерна) переходит в воду, а в роли восстановителя — переходит в свободный газообразный кислород.
\(\rm H_2O_2 + KI + H_2SO_4 \xrightarrow{}\)
\(\rm H_2O_2 + K_2Cr_2O_7 + H_2SO_4 \xrightarrow{}\)
\(\rm H_2O_2 + KNO_2 \xrightarrow{}\)
Сначала проставьте коэффициенты, полученные из электронного баланса.
Помните, что удваивать или сокращать их можно только вместе. Если какое-либо вещество выступает и в роли среды, и в роли окислителя (восстановителя) — его надо будет уравнивать позднее, когда почти все коэффициенты расставлены.
Предпоследним уравнивается водород, а по кислороду мы только проверяем!
\(\rm HNO_3 + Al \xrightarrow{} Al(NO_3)_3 + N_2 + H_2O\)
\(\rm Al + KMnO_4 + H_2SO_4 \xrightarrow{} Al_2(SO_4)_3 + \dotso + K_2SO_4 + H_2O\)
Не спешите, пересчитывая атомы кислорода! Не забывайте умножать, а не складывать индексы и коэффициенты.
Число атомов кислорода в левой и правой части должно сойтись!
Если этого не произошло (при условии, что вы их считаете правильно), значит, где-то ошибка.
\(\rm Fe_3O_4 + HNO_3 \xrightarrow{} Fe(NO_3)_3 + NO + \dotso\)
\(\rm KO_2 + KMnO_4 + \dotso \xrightarrow{} \dotso + \dotso + K_2SO_4 + H_2O\)
\(\rm Ba + HNO_3 \xrightarrow{} BaO + NO_2 + H_2O\)
\(\rm PH_3 + KMnO_4 + KOH \xrightarrow{} K_2MnO_4 + H_3PO_4 + H_2O\)
\(\rm P + HNO_3 \xrightarrow{} P_2O_5 + NO_2 + H_2O\)
\(\rm FeSO_4 + KMnO_4 + H_2SO_4 \xrightarrow{} Fe(OH)_3 + MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O\)
Задание 1:
Задание 2:
ацетон: \(\rm (CH_3)_2\)\(\rm C^{+2}O^{-2}\)
уксусная кислота: \(\rm CH_3\)–\(\rm C^{+3}O^{-2}O^{-2}H^+\)
Задание 3:
Так как в молекуле дихромата 2 атома хрома, то и электронов они отдают в 2 раза больше — т.е. 6.
\(\rm 6FeSO_4+K_2Cr_2O_7+7H_2SO_4 \xrightarrow{} 3Fe_2(SO_4)_3 + Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 7H_2O\)
Задание 4:
Так как в молекуле \(\rm N_2O\) два атома азота, эту двойку надо учесть в электронном балансе — т.е. перед магнием должен быть коэффициент \(4\).
\(\rm 10HNO_3 + 4Mg \xrightarrow{} 4Mg(NO_3)_2 + N_2O + 5H_2O\)
Задание 5:
Если среда щелочная, то фосфор \(+5\) будет существовать в виде соли — фосфата калия.
\(\rm PH_3 + 8KMnO_4 + 11KOH \xrightarrow{} 8K_2MnO_4 + K_3PO_4 + 7H_2O\)
Если среда кислая, то фосфин переходит в фосфорную кислоту.
\(\rm PH_3 + KMnO_4 + H_2SO_4 \xrightarrow{} MnSO_4 + H_3PO_4 + K_2SO_4 + H_2O\)
Задание 6:
Так как цинк — амфотерный металл, в щелочном растворе он образует гидроксокомплекс. В результате расстановки коэффициентов обнаруживается, что вода должна присутствовать в левой части реакции:
\(\rm KNO_3 + 4Zn + 7KOH + 6H_2O \xrightarrow{} N^{-3}H_3^+ + 4K_2[Zn(OH)_4]\)
Задание 7:
Электроны отдают два атома \(\bf C\) в молекуле алкена. Поэтому мы должны учесть общее количество отданных всей молекулой электронов:
\(\rm 3CH_3-C^{-1}H = C^{-2}H_2 + 2KMn+7O_4 + 4H_2O\) (хол. р-р.) \(\rm \xrightarrow{} 3CH_3-C^0HOH-C^{-1}H_2OH + 2Mn^{+4}O_2 + 2KOH \)
| \(\rm 3CH_3-C^{-1}H = C^{-2}H_2 + 10KMn^{+7}O_4\xrightarrow{t^{\circ}}3CH_3-C^{+3}OOK + 3K_2C^{+4}O_3 + 10Mn^{+4}O_2 + KOH + 4H_2O\) |
Обратите внимание, что из 10 ионов калия 9 распределены между двумя солями, поэтому щелочи получится только одна молекула.
Задание 8:
\(\rm 3MnSO_4 + 2KMnO_4 + 2H_2O \xrightarrow{} 5MnO_2 + K_2SO_4 + 2H_2SO_4\)
В процессе составления баланса мы видим, что на 2 иона \(\bf K^+\) приходится 3 сульфат-иона. Значит, помимо сульфата калия образуется ещё серная кислота (2 молекулы).
Задание 9:
\(\rm H_2S + 8HNO_3 \) (конц.) \(\rm \xrightarrow{} H_2S^{+6}O_4 + 8NO_2 + 4H_2O\)
(концентрированная азотная кислота очень сильный окислитель)
Задание 10:
\(\rm 2KMnO_4 + 16HCl \xrightarrow{} 2MnCl_2 + 5Cl_2 + 2KCl + 8H_2O\)
Задание 11:
\(\rm 5Cl_2 + I_2 + 6H_2O \xrightarrow{} 10HCl + 2HIO_3\)
Задание 12:
\(\rm 3H_2O_2 + K_2Cr_2O_7 + 4H_2SO_4 \xrightarrow{} 3O_2 + Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 7H_2O\)
(пероксид — восстановитель, т.к. окислитель — перманганат калия)
\(\rm H_2O_2 + KNO_2 \xrightarrow{} KNO_3 + H_2O\)
(пероксид — окислитель, т.к. роль восстановителя более характерна для нитрита калия, который стремится перейти в нитрат)
Задание 13:
\(\rm 10Al + 6KMnO_4 + 24H_2SO_4 \xrightarrow{} 5Al_2(SO_4)_3 + 6MnSO_4 + 3K_2SO_4 + 24H_2O\)
Задание 14:
В молекуле \(\rm Fe_3O_4\) из трех атомов железа только один имеет заряд \(+2\). Он окислится в \(+3\).
\(\rm (Fe^{+2}O \cdot Fe_2^{+3}O_3)\)
\(\bf 3Fe_3O_4 \rm + 28HNO_3 \xrightarrow{} 9Fe^{+3}(NO_3)_3 + NO + 14H_2O\)
Задание 15:
Общий заряд частицы \(\rm O_2\) в надпероксиде калия \(\rm KO_2\) равен \(-1\). Поэтому он может отдать только \(\rm 1e\).
\(\rm 5KO_2 + KMnO_4 + 4H_2SO_4 \xrightarrow{} 5O_2 + MnSO_4 + 3K_2SO_4 + 4H_2O\)
Задание 16:
\(\rm PH_3 + KMnO_4 + KOH \xrightarrow{} K_2MnO_4 + H\llap {---}_3\llap {---}P\llap {---}O\llap {---}_4\llap {---} + H_2O\) (щелочная среда)
\(\rm PH_3 + KMnO_4 + KOH \xrightarrow{} K_2MnO_4 + \bf K_3PO_4 \rm + H_2O\)
\(\rm P + HNO_3 \xrightarrow{} P\llap {---}_2\llap {---}O\llap {---}_5\llap {---} + NO_2 + H_2O\) (водный раствор)
\(\rm P + HNO_3 \xrightarrow{} \bf H_3PO_4 \rm + NO_2 + H_2O\)
\(\rm FeSO_4 + KMnO_4 + H_2SO_4 \xrightarrow{} Fe\llap {---}(O\llap {---}H\llap {---})_3\llap {---} + MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O \) (кислая среда)
\(\rm FeSO_4 + KMnO_4 + H_2SO_4 \xrightarrow{}\bf Fe_2(SO_4)_3 \rm + MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O\)
Читаем дальше: Задача С2 на ЕГЭ по химии.
Задачи на сплавы и смеси на ЕГЭ по химии.
Задача С5 на ЕГЭ по химии. Определение формул органических веществ.
В варианте ЕГЭ-2025 две задачи по теории вероятностей — это №4 и №5. По заданию 5 в Интернете почти нет доступных материалов. Но в нашем бесплатном мини-курсе все это есть.
