化學實驗中物質(zhì)檢驗的“干擾”：從現(xiàn)象到本質(zhì)的突破

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》中化學科學與實驗探究的學業(yè)要求中提到：能根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)的差異選擇物質(zhì)分離的實驗方法；能根據(jù)物質(zhì)的特征反應和干擾因素選取適當?shù)臋z驗試劑.干擾問題的本質(zhì)是“化學反應的復雜性”與“實驗結(jié)論的確定性\"之間的矛盾.化學反應往往涉及多種物質(zhì)和復雜的反應機制，而實驗結(jié)論卻需要明確、準確，這就要求學生在實驗設計和分析中能夠識別并排除潛在的干擾因素.干擾類問題的解題難點是要求考生在短暫的時間內(nèi)判斷出體系內(nèi)是否存在干擾并設計出排除方案.這要求學生具備嚴謹?shù)倪壿嬎季S和靈活的實驗設計能力.本文以經(jīng)典試題為案例，解析干擾的成因及應對策略，只要大家能帶著排除干擾的證據(jù)意識主動思考，就能在復雜體系分析中找到解題思路.

1高一、高二初識干擾一補鐵劑中鐵元素的檢驗

在魯科版化學教材必修第一冊必做實驗“補鐵劑中鐵元素價態(tài)的檢驗”中，補鐵劑的變質(zhì)情況需通過Fe²⁺/Fe³⁺ 的檢驗判斷.初學時易忽略微粒間的相互干擾，需通過實驗認識到干擾的存在，并初步學習利用特征檢驗和對比實驗的方法排除干擾（如表1）.初步認識：物質(zhì)檢驗（表象） $$ 干擾識別（質(zhì)疑） $$ 干擾排除（方案設計）的思維流程.

表1

2高三復習總結(jié)干擾一干擾類問題的思路方法

從高一、高二的初步認知到高三的系統(tǒng)分析，干擾問題的解決需要從單一案例延伸至復雜體系.這就要求高三實驗復習必須打破“就題論題\"的局限，建立具有相對普遍性的解決干擾類問題的思路和方法，從而系統(tǒng)化地應對復雜體系中的問題分析.“干擾來自哪里\"“干擾微粒是什么\"“如何排除干擾\"這3個視角往往是高考化學實驗題直接及間接考查或要求分析的主要內(nèi)容.這類問題常常可以通過“預判干擾的存在 $$ 構(gòu)建證據(jù)鏈確定干擾來源 $$ 設計排除方案”的思維模型（如圖1）引導考生剖析和解決實驗中的干擾問題.

下面通過3道具體的例題，逐步構(gòu)建并運用干擾類問題分析的思維模型.

例1 取某溶液進行離子檢驗，下列說法正確的是（ ）.

A.滴加硫酸酸化，再加 AgNO₃ 溶液，產(chǎn)生白色 沉淀，該溶液中一定含有 Cl^-

B.滴加 BaCl₂ 溶液，產(chǎn)生不溶于稀硝酸的白色沉淀，該溶液中一定含有 SO₄^2-

C.滴加KSCN溶液不變色，再滴加幾滴氯水，溶液變紅色，該溶液中一定含有 Fe²⁺

D.滴加過量鹽酸，生成的無色氣體使澄清石灰水變渾濁，該溶液中一定含有 CO₃^2-

分析本題實驗目的是特定離子檢驗.具體分析如表2所示.

表2

例2（2023年北京卷，節(jié)選）資料顯示， I₂ 可以將 Cu 氧化為 Cu²⁺ .某小組同學設計實驗探究 Cu 被I₂ 氧化的產(chǎn)物及銅元素的價態(tài).

已知： I₂ 易溶于KI溶液，發(fā)生反應 I₂+I^-I₃^- （紅棕色）； I₂ 和 I₃^- 的氧化性幾乎相同.

（1）將等體積的KI溶液加入mmol銅粉和n mol I₂（ngt;m） 的固體混合物中，振蕩.實驗記錄如表3所示.

表3

（2）實驗Ⅲ所得溶液中，被氧化的銅元素的可能存在形式有 [Cu（H₂O）₄]²⁺ （藍色）或 [CuI₂]^- （無色），進行以下實驗探究：

步驟a.取實驗Ⅲ的深紅棕色溶液，加入 CCl₄ ，多 次萃取、分液.

步驟b.取分液后的無色水溶液，滴入濃氨水，溶液顏色變?yōu)闇\藍色，并逐漸加深，

步驟a的目的是

（4）上述實驗結(jié)果， I₂ 僅將 Cu 氧化為 +1 價.在隔絕空氣的條件下進行電化學實驗，證實了 I₂ 能將 Cu 氧化為 Cu²⁺ .裝置如圖2所示，a、b分別是

分析實驗目的：探究 Cu 被 I₂ 氧化的產(chǎn)物及銅元素的價態(tài)（如表4）.

表4

例3某小組制備 NaNO₂ ，并探究其還原性和氧化性的強弱，實驗過程如圖3所示. IV 中得到的淺黃色溶液含有 I₂ ，設計實驗，證實該條件下是 NO₂^- 氧化了KI，實驗操作是 ，沒有明顯變化.

整體分析經(jīng)過前面題目對實驗過程和現(xiàn)象的分析，物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程用圖4表示，過程I、Ⅱ、Ⅲ均證明了 NO₂^- 有還原性，到了溶液Ⅲ后的無色溶液，其中含有的微粒有 NO₂^- （還原性和氧化性）、 NO₃^- （氧化性） Mn²⁺ （還原性） .CH₃COOH.CH₃COO^-?H⁺ 等，再加入 I^- （還原性）進行反應，微粒種類較多，預判可能確定具體反應時存在干擾.

圖2

具體分析 實驗目的：證實該條件下是 NO2-"氧化了KI.

預判干擾的存在：多種微粒存在的復雜體系中，I-"被氧化，而氧化性微粒不唯一.

構(gòu)建證據(jù)鏈確定干擾來源：混合體系本身（多種氧化劑）.理論分析層面， NO3-"和 NO2-"均有氧化性，可能氧化 I-"；實驗證據(jù)層面，生成淡紅棕色氣體，可能為 NO3-"和 NO2-"被還原為NO，NO遇空氣變紅棕色 NO3-"是判斷 NO2-"是否氧化了KI的干擾.

干擾的排除：思路1，設置對比實驗.可配制一份與步驟Ⅲ后試管中一樣濃度但唯獨去除 NO2-"的溶液，重復步驟Ⅳ，結(jié)合題目濃度、體積等數(shù)據(jù)，控制NO3-"濃度相同（對比實驗的設計要遵循控制變量原則），即取 xmL 濃度約為""的NaNO3"溶液于試管中，先加入與步驟 IV 等濃度等體積的KI溶液，再加入硫酸至溶液的 pH 為""，在相同時間內(nèi)觀察，若沒有明顯變化，則證明是 NO2-"氧化了KI.思路2，直接去除干擾.可配制一份與步驟Ⅲ后試管中一樣濃度但唯獨去除 NO3-"的溶液，重復步驟V，在沒有 NO3-"的條件下其他操作和條件相同（同上），若仍出現(xiàn)淺黃色溶液和淡棕色氣體，則證明NO2-"可氧化KI.

本題目已確定現(xiàn)象為“沒有明顯變化”，則采取思路1作答.

在化學實驗檢驗中，無論是針對特定物質(zhì)/微粒的檢測，還是驗證某一反應的發(fā)生，均須系統(tǒng)分析干擾因素.兩種情況的具體思考路徑稍有不同：1）若要檢驗某物質(zhì)X是否存在，首先要明確X的性質(zhì)（如顏色、氧化性、還原性、顯色反應等），選擇檢驗試劑（如“補鐵劑中鐵元素的檢驗”案例）；然后判斷混合體系中可能存在的干擾來源、具體干擾微粒和排除干擾的方法.2）若要通過微粒檢驗來驗證某反應是否發(fā)生，則需先聚焦目標反應，明確反應物與產(chǎn)物的對應關系，然后關注副反應的可能性及產(chǎn)物的唯一性，確保結(jié)論的準確性.

從高一、高二的初步接觸，到高三的系統(tǒng)復習，大家要逐步構(gòu)建起應對干擾問題的思維模型，能夠在復雜問題中識別、分析并排除實驗中的干擾因素.以物質(zhì)性質(zhì)為基石，以干擾分析為突破口，穿透現(xiàn)象迷霧，直擊化學本質(zhì)，提升科學思維和問題解決能力，從“被動接受\"轉(zhuǎn)向“主動預判”，實現(xiàn)高考化學實驗的思維破局.

（完）