Задание 20 ОГЭ по химии

1. 1. Шаг 1: степени окисления. Медь слева — простое вещество, значит Cu⁰. В азотной кислоте водород +1, кислород −2, значит азот +5. В нитрате меди медь +2, азот в нитрат-ионе по-прежнему +5. В оксиде азота(II) кислород −2, значит азот +2. В воде всё как обычно.
2. 2. Шаг 2: что изменилось. Медь: 0 → +2, степень окисления выросла. Азот: часть его осталась +5 (та, что ушла в соль), а часть перешла в +2 (та, что стала оксидом). Именно эта часть и участвует в переходе электронов.
3. 3. Шаг 3: полуреакции. Cu⁰ − 2e⁻ → Cu⁺² — медь отдаёт два электрона, значит она восстановитель, и с ней происходит окисление. N⁺⁵ + 3e⁻ → N⁺² — азот принимает три электрона, значит азотная кислота окислитель, и с азотом происходит восстановление.
4. 4. Шаг 4: баланс. Отдано 2, принято 3; наименьшее общее кратное 6. Значит медь берём три раза (3 · 2 = 6 отданных электронов), азот два раза (2 · 3 = 6 принятых). Множители 3 и 2.
5. 5. Шаг 5: коэффициенты. Перед Cu и Cu(NO₃)₂ ставим 3, перед NO ставим 2. Теперь считаем азот справа: 3 · 2 = 6 в нитрате плюс 2 в оксиде — итого 8. Значит перед HNO₃ коэффициент 8. Водород: 8 слева, значит справа 4 молекулы воды.
6. 6. Готовое уравнение: 3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O.
7. 7. Проверка по кислороду: слева 8 · 3 = 24. Справа: 3 · 6 = 18 в нитрате, 2 в оксиде азота, 4 в воде — итого 24. Сошлось.
8. 8. Ответ на третью часть задания: Окислитель: HNO₃ (за счёт N⁺⁵). Восстановитель: Cu.
9. 9. Смысловое замечание, которое стоит понимать: азотная кислота реагирует с медью, хотя медь стоит в ряду активности после водорода. Никакого противоречия нет — окисляет медь здесь не ион водорода, а азот в степени окисления +5, и поэтому водород не выделяется вовсе. Именно этим азотная кислота отличается от соляной, с которой медь не реагирует.

Ответ: 3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O; окислитель HNO₃ (N⁺⁵), восстановитель Cu

1. 1. Шаг 1: степени окисления. Слева оба вещества простые, значит N₂⁰ и H₂⁰. Справа в аммиаке азот электроотрицательнее водорода и оттягивает электроны на себя: N⁻³, H⁺¹.
2. 2. Шаг 2: изменилось у обоих элементов. Азот: 0 → −3, степень окисления упала, значит азот принял электроны. Водород: 0 → +1, выросла, значит водород их отдал.
3. 3. Шаг 3: полуреакции. Здесь есть тонкость: в левой части оба элемента стоят молекулами из двух атомов, поэтому баланс удобнее составлять на молекулу. N₂⁰ + 6e⁻ → 2N⁻³ (по три электрона на каждый из двух атомов) — азот окислитель. H₂⁰ − 2e⁻ → 2H⁺¹ — водород восстановитель.
4. 4. Шаг 4: баланс. Принято 6, отдано 2; наименьшее общее кратное 6. Значит азот берём один раз, водород три раза. Множители 1 и 3.
5. 5. Шаг 5: коэффициенты. N₂ + 3H₂ = 2NH₃. Проверка: азот 2 и 2, водород 6 и 6. Сошлось.
6. 6. Ответ: Окислитель: N₂. Восстановитель: H₂.
7. 7. Почему это нетипичный, но важный случай. Обычно окислитель и восстановитель — разные вещества, одно из которых «богато» кислородом. Здесь оба вещества простые, и роли определяются только электроотрицательностью: азот электроотрицательнее водорода, значит в соединении он оттянет электроны и получит отрицательную степень окисления. Это общее правило: в бинарном соединении отрицательную степень окисления получает более электроотрицательный элемент.
8. 8. И заодно о самой реакции: синтез аммиака из азота и водорода — процесс Габера, промышленная основа всего производства азотных удобрений. Он обратим, идёт при высоком давлении, температуре около 450 °C и на железном катализаторе, поэтому в уравнении реакции над знаком равенства пишут условия.

Ответ: N₂ + 3H₂ = 2NH₃; окислитель N₂, восстановитель H₂

1. 1. Шаг 1: степени окисления. В оксиде железа(III) кислород −2, значит железо +3. В оксиде углерода(II) кислород −2, значит углерод +2. Железо справа — простое вещество, значит 0. В углекислом газе углерод +4. Кислород везде −2 и роли не играет.
2. 2. Шаг 2: что изменилось. Железо: +3 → 0, степень окисления упала, значит железо приняло электроны и является окислителем. Углерод: +2 → +4, выросла, значит угарный газ отдал электроны и является восстановителем.
3. 3. Шаг 3: полуреакции. Fe⁺³ + 3e⁻ → Fe⁰ — окислитель, восстановление. C⁺² − 2e⁻ → C⁺⁴ — восстановитель, окисление.
4. 4. Шаг 4: баланс. Наименьшее общее кратное для 3 и 2 равно 6. Значит железо берём дважды (2 · 3 = 6 принятых электронов), углерод трижды (3 · 2 = 6 отданных). Множители 2 и 3.
5. 5. Шаг 5: коэффициенты. Два атома железа — это как раз одна формульная единица Fe₂O₃, поэтому перед ней коэффициент 1, а перед Fe справа 2. Перед CO и CO₂ ставим 3. Получаем Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂.
6. 6. Проверка: железо 2 и 2; углерод 3 и 3; кислород слева 3 + 3 = 6, справа 3 · 2 = 6. Сошлось.
7. 7. Ответ: Окислитель: Fe₂O₃ (за счёт Fe⁺³). Восстановитель: CO (за счёт C⁺²).
8. 8. Это уравнение — сердце доменного процесса. Кокс в печи сгорает не до конца и даёт угарный газ, а тот отнимает кислород у руды. Полезно заметить: восстановителем здесь работает вещество, в котором элемент находится в промежуточной степени окисления (+2 из возможных от −4 до +4), — такой элемент может и отдавать, и принимать, а в паре с более сильным окислителем отдаёт.

Ответ: Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂; окислитель Fe₂O₃ (Fe⁺³), восстановитель CO (C⁺²)

1. 1. Шаг 1: степени окисления. Слева хлор — простое вещество, значит Cl₂⁰. В хлориде калия хлор −1. В гипохлорите калия KClO кислород −2, калий +1, значит хлор +1.
2. 2. Шаг 2: что изменилось. Странность в том, что изменился один и тот же элемент, причём в обе стороны: часть атомов хлора ушла вниз, в −1, часть вверх, в +1. Такая реакция называется диспропорционированием (самоокислением-самовосстановлением), и хлор в ней одновременно окислитель и восстановитель.
3. 3. Шаг 3: полуреакции. Cl⁰ + 1e⁻ → Cl⁻¹ — восстановление. Cl⁰ − 1e⁻ → Cl⁺¹ — окисление. Числа электронов уже равны, по одному в каждую сторону.
4. 4. Шаг 4: баланс. Множители 1 и 1. Значит продукты образуются в соотношении один к одному: на каждый атом хлора, ушедший в KCl, приходится атом, ушедший в KClO. Молекула Cl₂ как раз и даёт эту пару.
5. 5. Шаг 5: коэффициенты. Из одной молекулы Cl₂ получается по одной формульной единице KCl и KClO, значит калия нужно два, то есть перед KOH коэффициент 2, и справа появляется одна молекула воды. Итог: Cl₂ + 2KOH = KCl + KClO + H₂O.
6. 6. Проверка: хлор 2 и 2; калий 2 и 2; кислород 2 и 2 (один в KClO, один в воде); водород 2 и 2. Сошлось.
7. 7. Ответ: Окислитель и восстановитель — Cl₂: один атом принимает электрон, другой отдаёт.
8. 8. Почему такое возможно. Хлор в схеме находится в промежуточной степени окисления 0: до −1 ему можно опуститься, до +1 и выше — подняться. Именно промежуточное положение и делает диспропорционирование возможным; вещество, в котором элемент стоит в крайней точке шкалы, диспропорционировать не может. На этой реакции, кстати, основано получение жавелевой воды — бытового хлорсодержащего отбеливателя.

Ответ: Cl₂ + 2KOH = KCl + KClO + H₂O; хлор одновременно окислитель и восстановитель

1. 1. Шаг 1. Расставить степени окисления там, где они меняются. В Fe(OH)₃ железо +3, в FeI₂ железо +2 (иодид-ион −1, значит 2 · (−1) уравновешивает +2). В HI иод −1, в I₂ иод 0. Меняются железо и иод.
2. 2. Шаг 2. Записать полуреакции. Fe⁺³ + 1ē → Fe⁺² — принял электрон, значит восстановление, а само железо(III) — окислитель. 2I⁻¹ − 2ē → I₂⁰ — отдал электроны, значит окисление, а иодоводород — восстановитель. Обратите внимание, что во второй полуреакции берут два иода: свободный иод существует молекулой I₂.
3. 3. Шаг 3. Уравнять число электронов. Отдано 2, принято 1. Наименьшее общее кратное — 2, значит первую полуреакцию умножаем на 2, вторую на 1. Получаем коэффициенты: перед железом 2, перед окисляющимся иодом 1 (то есть одна молекула I₂).
4. 4. Шаг 4. Перенести коэффициенты в схему. 2Fe(OH)₃ + ? HI → 2FeI₂ + I₂ + ? H₂O.
5. 5. Шаг 5. Досчитать остальное по атомам. Считаем иод справа: в 2FeI₂ его 4, в I₂ ещё 2, всего 6. Значит слева HI нужно 6. Проверяем водород: слева 2 · 3 = 6 групп OH плюс 6 атомов H кислоты; справа воды должно быть 6, и в ней 12 атомов водорода — сходится (6 из гидроксида и 6 из кислоты). Кислород: слева 6, справа 6. Железо: 2 и 2.
6. 6. Итоговое уравнение: 2Fe(OH)₃ + 6HI = 2FeI₂ + I₂ + 6H₂O.
7. 7. Ответ по частям задания. Окислитель: Fe(OH)₃ за счёт Fe⁺³. Восстановитель: HI за счёт I⁻¹.
8. 8. Главная тонкость этой реакции, из-за которой её и дают. Иод здесь раздваивается: часть иодид-ионов окисляется до свободного I₂, а часть уходит в соль FeI₂, оставаясь в степени окисления −1. Поэтому коэффициент перед HI не равен числу электронов: шесть молекул кислоты дают четыре иодид-иона в соль и два окисляющихся иода. Считать HI надо по балансу атомов, а не по балансу электронов.
9. 9. И типичная ошибка, которую здесь допускают: пишут продуктом FeI₃. Такой соли не существует: иодид-ион — восстановитель достаточно сильный, чтобы тут же восстановить железо(III) до железа(II). Именно поэтому в продуктах и появляется свободный иод.
10. 10. Разбивка баллов задания 20, чтобы понимать, за что пишут каждую строку: 1 балл за верный электронный баланс, 1 балл за указание окислителя и восстановителя, 1 балл за верно расставленные коэффициенты в уравнении. Три независимых балла, и потеря одного не отменяет двух других — поэтому решение пишут целиком даже тогда, когда коэффициенты не сходятся.

Ответ: 2Fe(OH)₃ + 6HI = 2FeI₂ + I₂ + 6H₂O; окислитель Fe(OH)₃ (Fe⁺³), восстановитель HI (I⁻¹)