Качественные реакции в ЕГЭ по химии

Цвет осадка и запах газа в условии опыта нужны не для красоты: это вторая половина названия вещества. «Бурый осадок» в задаче по неорганике почти всегда означает гидроксид железа(III), «чёрный порошок, растворяющийся в кислоте с образованием голубого раствора» — оксид меди(II), и ученик, который знает такие пары, расшифровывает условие раньше, чем начинает писать уравнения. Остальным приходится выводить вещество по реакциям, и времени на это уходит заметно больше, а ошибиться можно на каждом шаге.

Спрашивают качественные реакции двумя способами. Во-первых, прямо: какой реактив позволяет различить два вещества и что наблюдается. Во-вторых, косвенно: в описании опыта из задания с развёрнутым ответом вещества могут быть не названы, зато даны их приметы. В какие номера заданий эти формы попадают в 2027 году, сверяйте по демоверсии.

Осадки: цвет называет вещество

Самая большая группа признаков, и учить её проще всего по цветам. Список составлен для школьного курса, а не для лаборатории, поэтому оттенки даны такие, какие вы увидите в учебнике.

• Cu(OH)2: голубой осадок, в избытке аммиака растворяется с ярко-синим цветом
• Fe(OH)2: белый осадок, на воздухе быстро зеленеет и буреет; Fe(OH)3: бурый
• Fe2+ с гексацианоферратом(III) калия: тёмно-синий осадок; Fe3+ с гексацианоферратом(II) калия: тоже синий
• AgCl: белый творожистый осадок, растворяется в аммиаке; AgBr: бледно-жёлтый; AgI: жёлтый
• BaSO4: белый осадок, нерастворимый в кислотах
• PbS и CuS: чёрные осадки, PbI2: жёлтый
• Al(OH)3 и Zn(OH)2: белые, растворяются в избытке щёлочи
• Cr(OH)3: серо-зелёный, в избытке щёлочи даёт зелёный раствор
• Ag3PO4: жёлтый осадок
• CaCO3: белый осадок, растворяется в кислотах с выделением газа

К осадкам примыкают окрашенные растворы без осадка: хлорид железа(III) с тиоцианатом калия даёт кроваво-красный раствор, и это самая известная реакция на ион железа(III). Отдельные цвета растворов тоже входят в запас: соли меди(II) голубые, хрома(III) зелёные, дихромат оранжевый, хромат жёлтый, перманганат фиолетовый. Именно эти пары разбираются в статье про окислительно-восстановительные реакции.

Газы и запахи

Газы определяют по запаху, цвету и действию на подручные индикаторы. Школьник, который делает опыт в лаборатории, пробует всё это на практике, а на экзамене остаётся сухая запись, поэтому полезно помнить признаки в готовом виде.

• CO2: без запаха, мутнит известковую воду, гасит тлеющую лучину
• SO2: резкий запах, обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата
• H2S: запах тухлых яиц, чернит бумагу, смоченную раствором нитрата свинца
• NH3: резкий запах, синит влажную лакмусовую бумагу, образует белый дым с хлороводородом
• Cl2: жёлто-зелёный газ, синит иодкрахмальную бумагу
• NO2: бурый газ; бесцветный NO буреет на воздухе
• O2: вспыхивает тлеющая лучина; H2: горит с лёгким хлопком

Углекислый газ в избытке растворяет осадок карбоната кальция, превращая его в растворимый гидрокарбонат, и мутная известковая вода снова становится прозрачной. Без этого факта непонятно, зачем в описании опыта «известковая вода мутнеет, затем светлеет» нужны два уравнения: CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O и затем CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2.

Анионы-газообразователи различают по запаху выделяющегося газа при добавлении кислоты: карбонат даёт углекислый газ без запаха (Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O), сульфит даёт сернистый газ с резким запахом (Na2SO3 + 2HCl = 2NaCl + SO2 + H2O), сульфид даёт сероводород с запахом тухлых яиц (Na2S + 2HCl = 2NaCl + H2S). Сульфат газа в кислоте вовсе не выделяет, и сульфат бария в ней нерастворим, чем отличается от сульфита и карбоната бария.

Избыток реактива: растворился ли осадок

Многие вопросы на распознавание решаются по поведению осадка при добавлении реактива в избытке, цвет самого осадка тут почти ничего не даёт. Три соседних катиона, магний, алюминий и цинк, дают с раствором щёлочи белые осадки гидроксидов, и по цвету их не различить. Зато гидроксид магния в избытке щёлочи не растворяется, гидроксид алюминия растворяется с образованием комплекса, гидроксид цинка тоже. Чтобы развести алюминий и цинк, берут избыток аммиака: гидроксид цинка растворяется, образуя аммиачный комплекс, а гидроксид алюминия остаётся осадком.

Пусть в трёх пробирках без этикеток находятся растворы хлоридов магния, алюминия и цинка. Ко всем трём по каплям приливают щёлочь, везде белый осадок. Приливают больше: в одной пробирке осадок остаётся, это магний; в двух других растворяется. К новым порциям тех двух добавляют аммиак: там, где осадок растворился, цинк; где остался, алюминий. Три действия, один реактив на каждом шаге, и ни одного оттенка цвета, который пришлось бы угадывать.

Эта схема работает как маленький алгоритм: щёлочь по каплям, затем избыток, затем при необходимости аммиак. Тот же алгоритм годится для меди и серебра: гидроксид меди(II) растворяется в аммиаке с ярко-синей окраской, оксид серебра, выпавший из нитрата серебра, растворяется тоже. Если в условии стоит слово «избыток», это не оговорка, а подсказка, куда смотреть.

Реактивы на органику

Для органических классов набор реактивов короче, чем для неорганики, но каждый из них работает с несколькими классами сразу, поэтому учить удобнее от реактива.

• бромная вода: обесцвечивается веществами с кратными связями; фенол и анилин дают белый осадок
• раствор перманганата калия: обесцвечивается алкенами, алкинами, альдегидами и при нагревании гомологами бензола
• аммиачный раствор оксида серебра: серебряное зеркало с альдегидами, муравьиной кислотой и глюкозой; осадок ацетиленида с алкинами, имеющими тройную связь на конце цепи
• свежеосаждённый гидроксид меди(II): ярко-синий раствор с глицерином, этиленгликолем и глюкозой на холоде; красный осадок оксида меди(I) при нагревании с альдегидом; фиолетовое окрашивание с белками
• хлорид железа(III): фиолетовое окрашивание с фенолом
• иод: синее окрашивание с крахмалом
• концентрированная азотная кислота: жёлтое окрашивание белков

Две ловушки стоит держать в голове. Муравьиная кислота, несмотря на то что она кислота, даёт серебряное зеркало, как альдегид: в её молекуле есть альдегидная группа. А ацетилен и этилен различаются аммиачным раствором оксида серебра, потому что ацетилен образует осадок, а этилен ничего не образует: терминальная тройная связь ведёт себя иначе, чем двойная. Глюкоза с гидроксидом меди(II) даёт синий раствор на холоде и красный осадок при нагревании, сахароза только синий раствор.

Пара реактивов даёт ответ на большинство вопросов о том, как различить два вещества одной формулы. Этанол и диметиловый эфир различаются по натрию, пропаналь и ацетон по серебряному зеркалу, и об этом шла речь в статье про изомерию и номенклатуру.

Как читать описание опыта

В заданиях с развёрнутым ответом признаки могут быть даны рассказом: «к раствору прилили щёлочь, выпал синий осадок, который при нагревании почернел». Читать такой текст нужно по цепочке событий, а не по отдельным словам. Синий осадок при щёлочи указывает на соль меди(II), потемнение при нагревании означает разложение гидроксида до оксида меди(II): Cu(OH)2 = CuO + H2O. Если дальше осадок «растворили в серной кислоте», получился голубой раствор сульфата меди(II), и тем самым круг замкнулся.

Хороший приём: выписать наблюдения по порядку и под каждым вписать вещество, которое их объясняет. Эксперт, читая такую работу, видит рассуждение, и ошибка в одном звене стоит дешевле, чем неверный итог без хода мыслей. Единственное исключение — случай, когда признак подходит к двум веществам, и тогда нужно проверить, не противоречит ли второй из них остальным условиям.

Отдельная мелочь — окраска пламени солями металлов. В обязательный минимум она входит не везде, поэтому сверьте её по кодификатору 2027. Если входит, достаточно основных цветов: натрий окрашивает пламя в жёлтый, калий в фиолетовый (при наблюдении через синее кобальтовое стекло), литий в карминово-красный, кальций в кирпично-красный, барий в жёлто-зелёный, медь в зелёный. Объясняет эти цвета излучение атомов, и тема эта принадлежит скорее физике, чем химии (о том, из чего состоит школьный курс, можно прочитать в обзоре разделов школьной физики), но экзамен просит только сам цвет.

Оговорка касается формулировок: выражения вроде «качественная реакция на хлорид-ион» подразумевают единственный признак, а в условии опыта признаков может быть два (осадок и растворение), и тогда нужно использовать оба.

Как учить признаки

Составляйте карточки по реактивам, а не по веществам. Вещество-центричная карточка («Fe3+: тиоцианат, гексацианоферрат(II), щёлочь») удобна для повторения, но на экзамене вас спрашивают наоборот: дали реактив и просят сказать, что он показывает. Поэтому на лицевой стороне пишется реактив, на обороте список того, что он различает. По моему опыту, нескольких десятков таких карточек хватает на распознавания школьного уровня, а собирать их полезнее самому, чем скачивать.

Закрепляйте тему на задачах, где вещества зашифрованы: набор пробирок с растворами без этикеток, и нужно определить, где что, пользуясь только взаимным действием растворов. Общую картину экзамена, в которой эти задания стоят, даёт разбор структуры ЕГЭ по химии, а второй части — обзор что входит во вторую часть ЕГЭ по физике и химии. Карточки по реактивам хорошо дополняют карточки по веществам из статьи про неорганику и то, что в ней учить наизусть: одни отвечают на вопрос «что даёт этот реактив», другие на вопрос «как узнать это вещество».

Начать поиск:

• репетиторы по химии для подготовки к ЕГЭ
• все репетиторы для подготовки к ЕГЭ

Вопросы и ответы

Нужно ли знать цвета всех осадков из таблицы растворимости? Всех сразу учить не нужно: достаточно тех, что названы в кодификаторе, а список выше служит основой, которую после сверки с ним стоит дополнить или сократить. Таблица растворимости цветов не указывает вообще, поэтому полагаться на неё в этом вопросе нельзя.

Чем отличить хлорид, бромид и иодид? Нитратом серебра: осадки белый, бледно-жёлтый и жёлтый. Различие в оттенке небольшое, и если сомневаетесь, добавьте аммиак: хлорид серебра растворяется, а остальные два в разбавленном аммиаке растворяются плохо или совсем нет.

Можно ли отличить фенол от спирта без перечня реактивов? Да, и самый простой способ — хлорид железа(III): фенол даёт фиолетовое окрашивание, спирт ничего. Бромная вода тоже работает: с фенолом белый осадок трибромфенола, со спиртом ничего. В этом примере хорошо видно, зачем собирать карточки по реактивам: один реактив разводит целый класс.

Нужно ли знать реакции на углеводороды отдельно от реакций на кислородсодержащие вещества? Лучше знать их вместе, через реактивы, как сделано в списке выше: одна и та же бромная вода и один и тот же гидроксид меди работают с разными классами. При такой организации стоит выучить около семи реактивов, и они закрывают большинство распознаваний по органике.

Как проверить себя, не имея под рукой реактивов? Возьмите три-четыре вещества и подумайте, какой один реактив различил бы их все. Если такой нашёлся, признаки вы знаете. Если нет, значит, какое-то из свойств в голове не закреплено; запишите его на карточку и вернитесь к ней через неделю, а не в день повторения всей темы. Интервал в несколько дней работает лучше, чем подряд пять повторений.