理性分析干擾因素 精準解答實驗問題

寧夏 王開山

化學是一門以實驗為基礎的自然科學。化學實驗既可以讓學生建構牢固的化學知識、掌握扎實的實驗技能，又能培養學生良好的理性思維和邏輯思維，建立科學的方法體系。縱觀近幾年高考試題，有干擾因素的實驗問題每年都以不同的考查角度出現，筆者結合相關試題梳理如下，與大家交流。

一、在性質探究中考查

【例1】(2016·全國卷Ⅱ·28節選)某班同學用如下實驗探究Fe2+、Fe3+的性質。回答下列問題：

(1)分別取一定量氯化鐵、氯化亞鐵固體，均配制成0.1 mol/L 的溶液.在FeCl2溶液中需加入少量鐵屑，其目的是________________________。

甲組同學取2 mL FeCl2溶液，加入幾滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液變紅，說明Cl2可將Fe2+氧化。

(3)乙組同學認為甲組的實驗不夠嚴謹，該組同學在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再于液面下依次加入幾滴氯水和l滴KSCN溶液，溶液變紅，煤油的作用是____________________________。

【答案】(1)防止Fe2+被氧氣氧化

(3)隔絕空氣，排除氧氣對實驗的影響

【解析】(1)Fe2+具有還原性，能被空氣中的氧氣氧化，制備FeCl2溶液時要加入少量鐵屑防止Fe2+被氧化。(3)煤油不溶于水且密度小于水，可以在水面隔絕空氣，防止氧氣將Fe2+氧化。

【干擾因素分析】該題的實驗目的是探究Fe2+、Fe3+的性質。由于Fe2+很容易被空氣中的氧氣氧化為Fe3+，氧氣的存在對Fe2+性質的探究會產生干擾。本題的干擾因素是空氣中的氧氣。

【解答策略】當外在的環境對微粒性質的探究產生干擾時，可以采取補救措施，如在FeCl2溶液中加入少量鐵屑，將氧化產生的Fe3+轉化為Fe2+；也可以采取隔離措施，如在FeCl2溶液上面滴加煤油隔絕空氣中的氧氣，可排除相應的干擾。

二、在物質制備中考查

【例2】(2018·北京卷·28節選)實驗小組制備高鐵酸鉀(K2FeO4)并探究其性質。

資料：K2FeO4為紫色固體，微溶于KOH溶液；具有強氧化性，在酸性或中性溶液中快速產生O2，在堿性溶液中較穩定。

(1)制備K2FeO4(夾持裝置略)

①A為氯氣發生裝置。

②將除雜裝置B補充完整并標明所用試劑。

③C中得到紫色固體和溶液。

(2)探究K2FeO4的性質

①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，產生黃綠色氣體，得溶液a，經檢驗氣體中含有Cl2。為證明是否K2FeO4氧化了Cl-而產生Cl2，設計以下方案：

方案Ⅰ取少量a,滴加KSCN溶液至過量,溶液呈紅色。方案Ⅱ用KOH溶液充分洗滌C中所得固體,再用KOH溶液將K2FeO4溶出,得到紫色溶液b。取少量b,滴加鹽酸,有Cl2產生。

ⅰ.由方案Ⅰ中溶液變紅可知a中含有________離子，但該離子的產生不能判斷一定是K2FeO4將Cl-氧化，還可能由________________________產生(用離子方程式表示)。

ⅱ.方案Ⅱ可證明K2FeO4氧化了Cl-。用KOH溶液洗滌的目的是______________。

【干擾因素分析】該題的實驗目的是制備高鐵酸鉀(K2FeO4)并探究其性質。根據題目中對K2FeO4性質的描述可知，本題的干擾因素有兩個：一是制備Cl2時揮發出的HCl；二是堿性溶液中生成的ClO-在酸性條件下也會與Cl-生成Cl2。

【解答策略】根據制備出的物質的性質確定干擾因素，然后通過一定的裝置或試劑將干擾因素排除。如本題中的用洗氣裝置來排除HCl的干擾，KOH溶液對產物的洗滌排除ClO-的干擾等。

【例3】(2019·全國卷Ⅱ·26節選)立德粉ZnS·BaSO4(也稱鋅鋇白)，是一種常用白色顏料。回答下列問題：

(2)以重晶石(BaSO4)為原料，可按如下工藝生產立德粉：

①在回轉爐中重晶石被過量焦炭還原為可溶性硫化鋇。

②在潮濕空氣中長期放置的“還原料”，會逸出臭雞蛋氣味的氣體，且水溶性變差。其原因是“還原料”表面生成了難溶于水的________(填化學式)。

【答案】(2)②BaCO3

【干擾因素分析】BaS是制備立德粉的中間產物。根據題中所給信息“逸出臭雞蛋氣味氣體”可知，BaS與空氣中的H2O和CO2反應生成了難溶于水的BaCO3和H2S氣體。故本題中的干擾因素為空氣中的CO2和H2O。

【解答策略】根據產物自身的組成和所發生反應的部分信息可以確定干擾因素，然后通過干擾因素進一步確定后續反應的產物。

三、在產物驗證中考查

【例4】(2015·全國卷Ⅰ·26節選)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。草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水。草酸晶體(H2C2O4·2H2O)無色，熔點為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，170℃以上分解。

回答下列問題：

(1)甲組同學按照如圖所示的裝置，通過實驗檢驗草酸晶體的分解產物。裝置C中可觀察到的現象是______________，

由此可知草酸晶體分解的產物中有________。裝置B的主要作用是______________。

(2)乙組同學認為草酸晶體分解的產物中還有CO，為進行驗證，選用甲組實驗中的裝置A、B和圖中所示的部分裝置(可以重復選用)進行實驗。

D

E

F

G

H

I

①乙組同學的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A、B、________。裝置H反應管中盛有的物質是________。

②能證明草酸晶體分解產物中有CO的現象是______________________。

【答案】(1)有氣泡逸出，澄清石灰水變渾濁 CO2冷凝(水蒸氣、草酸等)，防止草酸進入裝置C反應生成沉淀，干擾CO2的檢驗

(2)①F、D、G、H、D、I CuO(或氧化銅) ②前面D中澄清石灰水無現象，H中黑色粉末變紅色，后面D中澄清石灰水變渾濁

【解析】(1)裝置C中澄清石灰水的作用是檢驗是否有CO2氣體生成，若有CO2氣體生成，則澄清石灰水變渾濁。裝置B中冰水的作用是降低溫度，使生成的草酸(題給信息：受熱脫水、升華)冷凝。若草酸進入裝置C，會生成草酸鈣沉淀，干擾CO2檢驗。(2)檢驗CO可通過檢驗CO還原CuO生成的CO2來進行說明。因為分解產物中有CO2，所以先用濃NaOH溶液吸收分解反應生成的CO2，并用澄清石灰水檢驗CO2是否除盡，再用無水氯化鈣干燥CO，然后通過灼熱的CuO，再用澄清石灰水檢驗還原生成的CO2氣體，沒有反應掉的CO可用排水法收集。若前面澄清石灰水無現象，H中黑色的CuO變紅色，后面的澄清石灰水變渾濁，說明草酸晶體分解產物中有CO。

【干擾因素分析】該題的實驗目的是探究草酸分解的產物。根據題目信息分析，本題的干擾因素有兩個：一是鈣鹽難溶于水，草酸升華后進入C裝置會對CO2的檢驗造成干擾；二是分解產生的CO2會對CO的驗證造成干擾。

【解答策略】產物驗證中的干擾因素主要來源于反應過程，反應過程中產生的產物1對產物2的驗證造成干擾。如產生的CO2會對產生的CO造成干擾等。根據干擾產物的性質通過一定的裝置或反應將其完全吸收。

四、在誤差分析中考查

【例5】(2017·全國卷Ⅲ·26節選)綠礬是含有一定量結晶水的硫酸亞鐵，在工農業生產中具有重要的用途。某化學興趣小組對綠礬的一些性質進行探究。回答下列問題：

(2)為測定綠礬中結晶水含量，將石英玻璃管(帶兩端開關K1和K2)(設為裝置A)稱重，記為m1g。將樣品裝入石英玻璃管中，再次將裝置A稱重，記為m2g。按下圖連接好裝置進行實驗。

②將下列實驗操作步驟正確排序________(填標號)；重復上述操作步驟，直至A恒重，記為m3g。

a.點燃酒精燈，加熱 b.熄滅酒精燈

c.關閉K1和K2d.打開K1和K2，緩緩通入N2

e.稱量A f.冷卻到室溫

③根據實驗記錄，計算綠礬化學式中結晶水數目x=________(列式表示)。若實驗時按a、d次序操作，則使x________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。

【解析】(2)②由于裝置中有空氣，空氣中的氧氣會將硫酸亞鐵氧化為硫酸鐵，所以加熱前需要排盡裝置中的空氣。利用氮氣排出空氣，為了使生成的水蒸氣完全排除，應該先熄滅酒精燈，再冷卻，然后關閉K1和K2，最后稱量，即正確的排序是dabfce。③樣品的質量是(m2-m1) g，加熱后剩余固體是FeSO4，質量為(m3-m1) g，生成水的質量為(m2-m3) g，

152 18x

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

【干擾因素分析】本題的實驗目的是計算綠礬化學式中結晶水的數目，計算的依據是晶體失水前后的質量差。當FeSO4被空氣氧化為Fe2(SO4)3后，失水后的固體質量會增加，相應計算出水的質量就會偏小。其干擾因素是空氣中的氧氣。

【解答策略】在對誤差進行分析時，要根據物質的性質和操作的不同順序得出干擾因素對哪些量帶來的影響，然后整體分析，得出結論。

通過分析、整理以上涉及的實驗問題，可以得出干擾因素主要有兩大來源，在歷年試題中有三種常見的考查方式。

干擾因素的來源：一是來源于源頭，即干擾因素在實驗開始時已經存在，影響著核心微粒參與整個反應過程，如空氣中的氧氣、水、二氧化碳等；二是來源于過程，即干擾因素在實驗過程中產生，如部分反應物的升華，用鹽酸制備物質時揮發出的HCl等都有可能影響實驗的后續操作或結論得出。

干擾因素的考查方式：一是分析出干擾因素并將干擾因素排除，主要在物質制備和產物驗證中考查，這種情況要根據干擾因素和目標產物的不同性質選用合適的實驗裝置和試劑將干擾因素排除；二是分析干擾因素對實驗結論的影響，主要在微粒性質探究和誤差分析中考查，這種情況要結合實驗過程中的干擾因素對結論得出的合理性方面進行整體分析和評價。

筆者認為，解答有干擾因素的實驗問題不僅要求考生掌握扎實的元素化合物知識和化學基礎理論，更需要考生有縝密的邏輯思維能力和嚴謹的文字表達能力。這就要求考生在平時的實驗問題解答過程中要善于分析問題，判斷干擾因素的來源，最終做到精準解答。