Question

某校化學學習小組的同學測定標準狀態下氧氣的密度．設計了以下的實驗操作步驟：
①按下圖裝配實驗裝置：

②洗凈試管，然后充分干燥；
③向500mL燒瓶里裝滿水，向500mL燒杯里加入少量水，把連接燒瓶和燒杯的玻璃管A、橡皮管B和玻璃管C也裝滿水，在中間不要留下氣泡，然后用彈簧夾把橡皮管Bj夾緊；
④稱得試管的質量為14.45g，往試管里加入KClO₃和MnO₂的混合物，再稱得其質量為15.95g；
⑤打開彈簧夾，把燒杯舉起使燒瓶和燒杯的水面一致，再關閉彈簧夾，然后把燒杯中的水倒掉；
⑥打開彈簧夾，加熱試管的混合物到不再產生氣體，即水不再流向燒杯時為止；
⑦反應完畢后把裝置放置冷卻到室溫；
⑧調節燒杯的高度使燒瓶和燒杯中的水面一致，然后再關閉彈簧夾；
⑨用500mL量筒測得燒杯里水的體積為285.0mL，把它換算為標準狀況下氧氣的體積為279.7mL；
⑩再稱量冷卻后試管的質量為15.55g．
根據上述實驗，回答下列問題：
（1）在操作⑦中，裝置冷卻時，玻璃管C的出口一直要在燒杯的水中，不能離開水面，其理由是______．
（2）簡述操作⑧的必要性，即為什么要調節燒杯的高度，使燒瓶和燒杯中的水面一致？______．
（3）在標準狀況下氧氣的密度為______；混合物中MnO₂的質量分數為______．

Answer 1

【答案】分析：根據壓強原理解答（1）和（2）；試管內反應前后質量的減少量即為生成的氧氣的質量，根據密度公式可求出氧氣的密度，根據化學方程式已知氧氣的質量可求出氯酸鉀質量，從而求出二氧化錳質量．
解答：解：（1）若玻璃管C的出口離開水面，則在溫度降低時，瓶內的壓強降低，燒杯中的水回流，燒杯中多排入的水不能被吸入燒瓶，導致測得氣體的體積偏大．所以裝置冷卻時，玻璃管C的出口一直要在燒杯的水中，不能離開水面．
（2）操作中第⑧步調節燒杯的高度使燒瓶和燒杯中的水面一致，然后再關閉彈簧夾，是為了保持容器內外氣壓相等，如果不一致，就不能準確量出氣體的體積．
（3）反應前試管及藥品總質量為15.95g，反應后總質量為15.55g，反應后減少了0.4g為生成的氧氣的質量．
設氯酸鉀質量為x，
2KClO₃2KCl+3O₂↑
245               96
x                 0.4g
=    x=1.02g
二氧化錳質量分數為：×100%=32%；
氧氣的密度為：=1.43g/L
故答案為：（1）溫度降低時，燒瓶內的壓強降低，燒杯中的水回流，可準確量出氣體的體積．（或若玻璃管C的出口離開水面，則在溫度降低時，燒杯中多排入的水不能被吸入燒瓶，導致測得氣體的體積偏大．）
（2）保持容器內外氣壓相等，如果不一致，就不能準確量出氣體的體積．
（3）1.43 g/L    32%
點評：本題關健理清操作步驟每一步的作用，通過測量水的體積而測氧氣的體積，反應前后固體質量減少的質量為生成的氧氣的質量．