Question

某校化学学习小组的同学测定标准状态下氧气的密度．设计了以下的实验操作步骤：
①按下图装配实验装置：

②洗净试管，然后充分干燥；
③向500mL烧瓶里装满水，向500mL烧杯里加入少量水，把连接烧瓶和烧杯的玻璃管A、橡皮管B和玻璃管C也装满水，在中间不要留下气泡，然后用弹簧夹把橡皮管Bj夹紧；
④称得试管的质量为14.45g，往试管里加入KClO₃和MnO₂的混合物，再称得其质量为15.95g；
⑤打开弹簧夹，把烧杯举起使烧瓶和烧杯的水面一致，再关闭弹簧夹，然后把烧杯中的水倒掉；
⑥打开弹簧夹，加热试管的混合物到不再产生气体，即水不再流向烧杯时为止；
⑦反应完毕后把装置放置冷却到室温；
⑧调节烧杯的高度使烧瓶和烧杯中的水面一致，然后再关闭弹簧夹；
⑨用500mL量筒测得烧杯里水的体积为285.0mL，把它换算为标准状况下氧气的体积为279.7mL；
⑩再称量冷却后试管的质量为15.55g．
根据上述实验，回答下列问题：
（1）在操作⑦中，装置冷却时，玻璃管C的出口一直要在烧杯的水中，不能离开水面，其理由是______．
（2）简述操作⑧的必要性，即为什么要调节烧杯的高度，使烧瓶和烧杯中的水面一致？______．
（3）在标准状况下氧气的密度为______；混合物中MnO₂的质量分数为______．

Answer

根据压强原理解答（1）和（2）；试管内反应前后质量的减少量即为生成的氧气的质量，根据密度公式可求出氧气的密度，根据化学方程式已知氧气的质量可求出氯酸钾质量，从而求出二氧化锰质量．
【解析】
（1）若玻璃管C的出口离开水面，则在温度降低时，瓶内的压强降低，烧杯中的水回流，烧杯中多排入的水不能被吸入烧瓶，导致测得气体的体积偏大．所以装置冷却时，玻璃管C的出口一直要在烧杯的水中，不能离开水面．
（2）操作中第⑧步调节烧杯的高度使烧瓶和烧杯中的水面一致，然后再关闭弹簧夹，是为了保持容器内外气压相等，如果不一致，就不能准确量出气体的体积．
（3）反应前试管及药品总质量为15.95g，反应后总质量为15.55g，反应后减少了0.4g为生成的氧气的质量．
设氯酸钾质量为x，
2KClO32KCl+3O2↑
245               96
x                 0.4g
=    x=1.02g
二氧化锰质量分数为：×100%=32%；
氧气的密度为：=1.43g/L
故答案为：（1）温度降低时，烧瓶内的压强降低，烧杯中的水回流，可准确量出气体的体积．（或若玻璃管C的出口离开水面，则在温度降低时，烧杯中多排入的水不能被吸入烧瓶，导致测得气体的体积偏大．）
（2）保持容器内外气压相等，如果不一致，就不能准确量出气体的体积．
（3）1.43 g/L    32%