Question

某校化學學習小組的同學測定標準狀態(tài)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(zhì)量為14.45g，往試管里加入KClO₃和MnO₂的混合物，再稱得其質(zhì)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(chǎn)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(diào)節(jié)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(zhì)量為15.55g．
根據(jù)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(diào)節(jié)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(zhì)量分數(shù)為

 

．

Answer 1

分析：根據(jù)壓強原理解答（1）和（2）；試管內(nèi)反應前后質(zhì)量的減少量即為生成的氧氣的質(zhì)量，根據(jù)密度公式可求出氧氣的密度，根據(jù)化學方程式已知氧氣的質(zhì)量可求出氯酸鉀質(zhì)量，從而求出二氧化錳質(zhì)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(nèi)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(diào)節(jié)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(nèi)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(zhì)量為15.95g，反應后總質(zhì)量為15.55g，反應后減少了0.4g為生成的氧氣的質(zhì)量．
設氯酸鉀質(zhì)量為x，
2KClO₃

MnO2 .

△

2KCl+3O₂↑
245               96
x                 0.4g

245

x

=

96

0.4g

    x=1.02g
二氧化錳質(zhì)量分數(shù)為：

15.95g-14.45g-1.02g

15.95g-14.45g

×100%=32%；
氧氣的密度為：

0.4g

0.2797L

=1.43g/L
故答案為：（1）溫度降低時，燒瓶內(nèi)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(nèi)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(zhì)量減少的質(zhì)量為生成的氧氣的質(zhì)量．