Лови каталитические реакции по химии

Часто в КИМах на ЕГЭ присутствуют вопросы следующего типа: определить в заданном списке каталитическую реакцию. Как понять, какая из приведенных реакций каталитическая, а какая нет? Есть простое "правило". Если реакция не имеет ярко выраженного теплового эффекта, то без катализатора она будет протекать неохотно, пробуксовывать.  

Не все при этом понимают, что роль катализатора могут заменять специфические условия (скажем, повышенная температура или давление, лазерное облучение, приемы механохимии и т.д.) Более того, различные методики синтеза основываются на использовании различных катализаторов. Совсем не обязательно, указанный в таблице ниже катализатор является единственным и непреложным способом преодолеть активационный барьер.

В списке мы собрали наиболее часто встречающиеся каталитические реакции на ЕГЭ. С огромной вероятностью какая-нибудь из них попадется на экзамене.  Как видим, все реакции являются окислительно-восстановительными. В большинстве случаев применение катализатора сопровождается повышенной температурой, попросту нагреванием.

Медь не реагирует с соляной кислотой?

Вот такая относительно запутанная ОВР есть в некоторых региональных пробниках к 2021 году, подготовленных ФИПИ. 

Сложно? Возможно. Но только если не уметь смотреть на реагенты внимательно. Медь не реагирует с соляной кислотой напрямую, потому что она не может "отжать" у водорода анион хлора. Однако у нас есть нитрат магния! Он спасет нас.

Процесс начинается следующим образом. Происходит обменная реакция между нитратом магния и соляной кислотой. Образуется хлорид магния, но не он нам дорог! Мы смотрим на второй продукт - азотную кислоту. Ведь она реагирует с медью. Медь при этом окисляется, а азот из кислоты восстанавливается. Получается NO, молекула воды и двухзарядный катион меди. 

Дальше смотрим на анионы, которые у нас в системе: хлорид и немного нитрата. Хлорид, конечно, более стабилен. Поэтому запишем его соли: хлорид меди (II) и хлорид магния. Это наши важные продукты.

А теперь подведем итоги и расставим необходимые коэффициенты для реагентов и продуктов! 

Можно ли записать нитрат меди в качестве продукта? Да, если у нас изначально было много нитрат-анионов, то часть из них не восстановится до оксида азота (II), а станет нитратом меди (II). В нашем случае для простоты записи мы допустили, что нитрата магния было немного (относительно соляной кислоты и металлической меди), и поэтому получили именно приведенное выше уравнение.

Вот такие задачи мы решаем с самыми продвинутыми учениками нашей академии, которых едва ли вообще можно запутать. Я правильно пишу, Юрий?

Неорганические синтезы на две цифры (задание 10)

Товарищи выпускники! Составители ЕГЭ придумали для вас некоторую двухстадийную схему превращений: 

Fe -> FeCl3 -> FeCl2.

Какой реактив нужно использовать на первой стадии, а какой - на второй? Выберите вещества из списка ниже и запишите последовательность из двух цифр.

ВАРИАНТЫ ОТВЕТА:

• 1) HCl;
• 2) Cl2; 
• 3) C;
• 4) Fe;
• 5) H2O.

НАСКОЛЬКО СЛОЖНО?

Я бы сказал, что не особо. Тем более, что в современном нам ЕГЭ даже знать конкретные реактивы не нужно. Всего лишь требуется выбрать из готового списка. Таким образом, можно банально угадать решение.

Итак, внимание на первую стадию. Из простого вещества железа получается хлорид железа (III), т.е. наивысшая в "житейских условиях" степень окисления для железа. Про степень окисления равную плюс шесть грузить старательных абитуриентов пока не будем. Очевидно, что варианты (3), (4) и (5) явно никуда не годятся. Тут и готовиться к неорганике не нужно было. Осталось выбрать между (1) и (2). В обоих вариантах есть хлор. Однако только один из них подходит. Какой же? Чтобы понимать такие вещи, следует в процессе занятий сформировать химическое мысшление. Оно-то и подскажет нам, что правильным ответом будет молекулярный хлор, вариант (2). Отчего так? В соляной кислоте окислителем выступает водород, т.е. не особо агрессивный "реагент". Хлор в HCl уже имеет степень окисления равную (-1) и в ходе реакции с железом ее не меняет. Напомним, что именно (-1) - любимая степень хлора. Пребывая в ней, этот атом не склонен к окислительно-восстановительным реакциям. При взаимодействии с железом хлор просто меняет одну полярную химическую связь (с железом) на другую (с водородом). В случае же Cl2 хлор имеет степень окисления равную нулю, а хочет стать (-1). Данная мечта реализуется сразу для трех атомов хлора на каждый атом железа, так как хлор - сильный окислитель. Наконец, заметим, что если газообразного хлора подать мало (в недостатке), то все-таки будет образован хлорид железа (II). Не хватает атомов-окислителей, что поделаешь.

Читать статью

Кислоты, щелочи, простые вещества и ОВР в задании 8

Найдите вещества из первого столбца, которые реагируют с каждым из трех соединений из пунктов второго списка. Каждая позиция с буквой должна получить в соответствие позицию с цифрой. При этом цифры могут повторяться.

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА:

• (A) S.
• (Б) CuO.
• (В) KOH.
• (Г) HF.

РЕАГЕНТЫ:

1. Cl2, SO2, HNO3.
2. C, HCl, Al.
3. O2, H2SO4, Al.
4. SiO2, Ca(OH)2, Mg.
5. NaCl, N2, BaO.

СУРОВАЯ НЕОРГАНИКА

Сдать ЕГЭ на приличный балл без изучения реакций неорганической химии не получится. Сразу несколько заданий современных вариантов посвящены взаимодействию между неорганическими молекулами и кристаллами. Если в органике заучить небольшое количество относительно очевидных реакций вполне реально, то здесь придется формировать химическое мышление, учиться думать как профессиональный химик. Не всегда реакции, которые подразумеваются в ЕГЭ, являются очевидными. Во многих ситуациях нужно продемонстрировать систематическое мышление даже несмотря на то, что собственно уравнения писать и уравнивать не нужно.

Вариантов реакций весьма немало, так что продемонстрируем свои рассуждения пошагово. Сера — желтое, твердое, в меру реакционноспособное вещество. С хлором реагирует с образованием самых разных производных, а вот с диоксидом серы — никак. Поэтому переходим ко второму пункту. С углеродом можно обсуждать вариант прямого взаимодействия, а вот с хлороводородом точно не получится. Кислоты на неметаллы даже с голодухи не бросаются. Третий вариант выглядит весьма соблазнительно. С кислородом получится диоксид серы (IV). Смотрим схему синтеза серной кислоты из простого вещества. С H2SO4 тоже реализуется окислительно-восстановительная реакция (ОВР). Получится SO2 и H2O. С алюминием запустится реакция "неметалл+металл", а продукт будет именоваться сульфидом алюминия. Отличный кандидат для необратимого гидролиза, кстати.

Оксид меди (II) — наиболее устойчивый из оксидов меди, обладающий слабыми амфотерными свойствами. С хлором у него ничего не получится, потому как нет подходящего продукта. С углеродом возможна реакция восстановления при нагревании (углеродотермия). Медь восстановится до чистого вещества. С хлороводородом произойдет обычная реакция ионного обмена (нейтрализации). Получится вода и хлорид меди (II). Напомним, что степени окисления в реакциях ионного обмена не изменяются. С алюминием также возможна реакция замещения, т.е. восстановления меди и окисления алюминия. Все потому, что алюминий значительно активнее меди.

Читать статью

Окислительно-восстановительное разложение в химии

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — условный тип химических превращений, в ходе которого изменяется степень окисления тех или иных атомов. Их противопоставляют ионообменным реакциям, в которых все степени окисления сохраняются. Нам стоит понять, что подразделения в химии крайне условны и зачастую не имеют глубокого физического смысла, хотя и отражают схожесть процессов.

Читать статью