理性分析干扰因素 精准解答实验问题

宁夏 王开山

化学是一门以实验为基础的自然科学。化学实验既可以让学生建构牢固的化学知识、掌握扎实的实验技能，又能培养学生良好的理性思维和逻辑思维，建立科学的方法体系。纵观近几年高考试题，有干扰因素的实验问题每年都以不同的考查角度出现，笔者结合相关试题梳理如下，与大家交流。

一、在性质探究中考查

【例1】(2016·全国卷Ⅱ·28节选)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题：

(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1 mol/L 的溶液.在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是________________________。

甲组同学取2 mL FeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2+氧化。

(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和l滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是____________________________。

【答案】(1)防止Fe2+被氧气氧化

(3)隔绝空气，排除氧气对实验的影响

【解析】(1)Fe2+具有还原性，能被空气中的氧气氧化，制备FeCl2溶液时要加入少量铁屑防止Fe2+被氧化。(3)煤油不溶于水且密度小于水，可以在水面隔绝空气，防止氧气将Fe2+氧化。

【干扰因素分析】该题的实验目的是探究Fe2+、Fe3+的性质。由于Fe2+很容易被空气中的氧气氧化为Fe3+，氧气的存在对Fe2+性质的探究会产生干扰。本题的干扰因素是空气中的氧气。

【解答策略】当外在的环境对微粒性质的探究产生干扰时，可以采取补救措施，如在FeCl2溶液中加入少量铁屑，将氧化产生的Fe3+转化为Fe2+；也可以采取隔离措施，如在FeCl2溶液上面滴加煤油隔绝空气中的氧气，可排除相应的干扰。

二、在物质制备中考查

【例2】(2018·北京卷·28节选)实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。

资料：K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O2，在碱性溶液中较稳定。

(1)制备K2FeO4(夹持装置略)

①A为氯气发生装置。

②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。

③C中得到紫色固体和溶液。

(2)探究K2FeO4的性质

①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl-而产生Cl2，设计以下方案：

方案Ⅰ取少量a,滴加KSCN溶液至过量,溶液呈红色。方案Ⅱ用KOH溶液充分洗涤C中所得固体,再用KOH溶液将K2FeO4溶出,得到紫色溶液b。取少量b,滴加盐酸,有Cl2产生。

ⅰ.由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有________离子，但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl-氧化，还可能由________________________产生(用离子方程式表示)。

ⅱ.方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl-。用KOH溶液洗涤的目的是______________。

【干扰因素分析】该题的实验目的是制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。根据题目中对K2FeO4性质的描述可知，本题的干扰因素有两个：一是制备Cl2时挥发出的HCl；二是碱性溶液中生成的ClO-在酸性条件下也会与Cl-生成Cl2。

【解答策略】根据制备出的物质的性质确定干扰因素，然后通过一定的装置或试剂将干扰因素排除。如本题中的用洗气装置来排除HCl的干扰，KOH溶液对产物的洗涤排除ClO-的干扰等。

【例3】(2019·全国卷Ⅱ·26节选)立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白)，是一种常用白色颜料。回答下列问题：

(2)以重晶石(BaSO4)为原料，可按如下工艺生产立德粉：

①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡。

②在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差。其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的________(填化学式)。

【答案】(2)②BaCO3

【干扰因素分析】BaS是制备立德粉的中间产物。根据题中所给信息“逸出臭鸡蛋气味气体”可知，BaS与空气中的H2O和CO2反应生成了难溶于水的BaCO3和H2S气体。故本题中的干扰因素为空气中的CO2和H2O。

【解答策略】根据产物自身的组成和所发生反应的部分信息可以确定干扰因素，然后通过干扰因素进一步确定后续反应的产物。

三、在产物验证中考查

【例4】(2015·全国卷Ⅰ·26节选)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1=5.4×10-2，K2=5.4×10-5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170℃以上分解。

回答下列问题：

(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是______________，

由此可知草酸晶体分解的产物中有________。装置B的主要作用是______________。

(2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和图中所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。

D

E

F

G

H

I

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、________。装置H反应管中盛有的物质是________。

②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是______________________。

【答案】(1)有气泡逸出，澄清石灰水变浑浊 CO2冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验

(2)①F、D、G、H、D、I CuO(或氧化铜) ②前面D中澄清石灰水无现象，H中黑色粉末变红色，后面D中澄清石灰水变浑浊

【解析】(1)装置C中澄清石灰水的作用是检验是否有CO2气体生成，若有CO2气体生成，则澄清石灰水变浑浊。装置B中冰水的作用是降低温度，使生成的草酸(题给信息：受热脱水、升华)冷凝。若草酸进入装置C，会生成草酸钙沉淀，干扰CO2检验。(2)检验CO可通过检验CO还原CuO生成的CO2来进行说明。因为分解产物中有CO2，所以先用浓NaOH溶液吸收分解反应生成的CO2，并用澄清石灰水检验CO2是否除尽，再用无水氯化钙干燥CO，然后通过灼热的CuO，再用澄清石灰水检验还原生成的CO2气体，没有反应掉的CO可用排水法收集。若前面澄清石灰水无现象，H中黑色的CuO变红色，后面的澄清石灰水变浑浊，说明草酸晶体分解产物中有CO。

【干扰因素分析】该题的实验目的是探究草酸分解的产物。根据题目信息分析，本题的干扰因素有两个：一是钙盐难溶于水，草酸升华后进入C装置会对CO2的检验造成干扰；二是分解产生的CO2会对CO的验证造成干扰。

【解答策略】产物验证中的干扰因素主要来源于反应过程，反应过程中产生的产物1对产物2的验证造成干扰。如产生的CO2会对产生的CO造成干扰等。根据干扰产物的性质通过一定的装置或反应将其完全吸收。

四、在误差分析中考查

【例5】(2017·全国卷Ⅲ·26节选)绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：

(2)为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重，记为m1g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2g。按下图连接好装置进行实验。

②将下列实验操作步骤正确排序________(填标号)；重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3g。

a.点燃酒精灯，加热 b.熄灭酒精灯

c.关闭K1和K2d.打开K1和K2，缓缓通入N2

e.称量A f.冷却到室温

③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x=________(列式表示)。若实验时按a、d次序操作，则使x________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

【解析】(2)②由于装置中有空气，空气中的氧气会将硫酸亚铁氧化为硫酸铁，所以加热前需要排尽装置中的空气。利用氮气排出空气，为了使生成的水蒸气完全排除，应该先熄灭酒精灯，再冷却，然后关闭K1和K2，最后称量，即正确的排序是dabfce。③样品的质量是(m2-m1) g，加热后剩余固体是FeSO4，质量为(m3-m1) g，生成水的质量为(m2-m3) g，

152 18x

(m3-m1) g (m2-m3) g

【干扰因素分析】本题的实验目的是计算绿矾化学式中结晶水的数目，计算的依据是晶体失水前后的质量差。当FeSO4被空气氧化为Fe2(SO4)3后，失水后的固体质量会增加，相应计算出水的质量就会偏小。其干扰因素是空气中的氧气。

【解答策略】在对误差进行分析时，要根据物质的性质和操作的不同顺序得出干扰因素对哪些量带来的影响，然后整体分析，得出结论。

通过分析、整理以上涉及的实验问题，可以得出干扰因素主要有两大来源，在历年试题中有三种常见的考查方式。

干扰因素的来源：一是来源于源头，即干扰因素在实验开始时已经存在，影响着核心微粒参与整个反应过程，如空气中的氧气、水、二氧化碳等；二是来源于过程，即干扰因素在实验过程中产生，如部分反应物的升华，用盐酸制备物质时挥发出的HCl等都有可能影响实验的后续操作或结论得出。

干扰因素的考查方式：一是分析出干扰因素并将干扰因素排除，主要在物质制备和产物验证中考查，这种情况要根据干扰因素和目标产物的不同性质选用合适的实验装置和试剂将干扰因素排除；二是分析干扰因素对实验结论的影响，主要在微粒性质探究和误差分析中考查，这种情况要结合实验过程中的干扰因素对结论得出的合理性方面进行整体分析和评价。

笔者认为，解答有干扰因素的实验问题不仅要求考生掌握扎实的元素化合物知识和化学基础理论，更需要考生有缜密的逻辑思维能力和严谨的文字表达能力。这就要求考生在平时的实验问题解答过程中要善于分析问题，判断干扰因素的来源，最终做到精准解答。