Question

测定1mol氧气在标准状况下所占体积的实验操作的步骤如下：①按如图装配实验装置．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中也装满水，在中间不要留下气泡，然后用弹簧夹把橡皮管B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，再称其质量为（15.95g．）⑤打开弹簧夹，把烧杯举起使烧瓶和烧杯中的水面一致，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量筒测量烧杯里水的体积为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．
（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）标准状况下，1mol氧气所占的体积（保留小数后两位）为

 

L；混合物中MnO₂的质量分数为

 

．

Answer 1

分析：测定1mol氧气在标准状况下所占体积原理是通过测量氧气排出的水的体积，进而确定产生的氧气的体积，成功的关键是烧瓶内的气体在反应前后是否处于同一状态，即是否同温同压，由于气体体积的大小受温度、压强的影响，若烧杯内的液面不一致，则造成压强的改变，使误差增大．若反应完后未冷却至室温，则会更多地偏离标准状况，使结果不准确．

解答：解：（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，故答案为：温度降低时，烧瓶内的压强降低，这时烧杯中的水就会回流，从而可以准确地求出气体的体积；
（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，故答案为：如果烧瓶中的压强和外界大气压不一致，就不能准确地求出气体体积；
（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，
2KClO₃

MnO2 .

△

2KCl+3O₂↑
245               96
x                 0.4g

245

x

=

96

0.4g

   
x=1.02g
二氧化锰质量分数为：

15.95g-14.45g-1.02g

15.95g-14.45g

×100%=32%；
氧气的密度为：

0.4g

0.2797L

=1.43g/L
1mol氧气所占的体积为

32g

1.43g/L

=22.38L，故答案为：22.38；32%．

点评：本题考查根据阿伏伽德罗常数测定气体的体积，难度不大，本题关健理清操作步骤每一步的作用，通过测量水的体积而测氧气的体积，反应前后固体质量减少的质量为生成的氧气的质量．