3 如图是空气中氧气体积分数测定实验的改进装置,主要操作步骤是:在实际容积为150 mL的集气瓶里,先装进30 mL的水,再按图连接好仪器,按下热的玻璃棒,白磷立即被点燃(白磷在$40\ °\mathrm{C}$就能够燃烧生成五氧化二磷)。下列说法不正确的是(
C
)

A.整个实验过程中集气瓶内水面的变化是先下降后上升
B.若集气瓶中白磷不足,会导致实验结果偏小
C.最终集气瓶中液面上升了30 mL
D.不能用蜡烛代替白磷进行同样的实验
解析:
【分析】
要解决本题,需明确测定空气中氧气体积分数的实验原理:利用可燃物燃烧消耗氧气,生成固体使瓶内压强减小,进入集气瓶的水的体积等于消耗氧气的体积。先计算集气瓶内空气体积,结合氧气约占空气体积的1/5,再分析各选项的正误:白磷燃烧放热会使瓶内压强先增大,水面先下降;冷却后氧气被消耗,压强减小,水面上升;白磷不足会导致氧气未完全消耗,实验结果偏小;蜡烛燃烧生成气体,无法用于该实验;最终进入水的体积为氧气体积,据此判断错误选项。
【解析】
1. 计算集气瓶内空气体积:集气瓶实际容积为150mL,先装入30mL水,因此瓶内空气体积为$150\ \mathrm{mL} - 30\ \mathrm{mL} = 120\ \mathrm{mL}$。
2. 计算瓶内氧气体积:氧气约占空气体积的$\frac{1}{5}$,故瓶内氧气体积为$120\ \mathrm{mL} × \frac{1}{5} = 24\ \mathrm{mL}$。
3. 分析各选项:
A选项:白磷燃烧放热,瓶内气体受热膨胀,压强增大,集气瓶内水面先下降;燃烧结束后,温度冷却至室温,氧气被消耗,瓶内压强减小,水面上升,因此水面变化为“先下降后上升”,A正确。
B选项:若白磷不足,无法完全消耗瓶内氧气,瓶内压强减小幅度偏小,进入水的体积偏小,实验结果偏小,B正确。
C选项:根据计算,氧气体积为24mL,最终集气瓶内液面应上升24mL,而非30mL,C错误。
D选项:蜡烛燃烧生成二氧化碳气体,瓶内气体总量变化不大,压强无明显减小,无法测定氧气体积分数,因此不能用蜡烛代替白磷,D正确。
【答案】
C
【知识点】
空气中氧气体积分数测定、实验误差分析、可燃物性质
【点评】
本题考查空气中氧气体积分数测定的基础实验,需掌握实验原理、压强变化规律、误差分析及可燃物选择要求,是化学实验核心考点,需理解实验细节。
【难度系数】
0.6