A、由碳、氧两种元素组成的气体有CO、CO₂和O₂，其中CO、CO₂中碳与氧的质量比分别是12：16即3：4和12：16×2即3：8，
而混合气体中碳与氧的质量比是3：5，因此答案不可能是A，即不是由CO或CO₂单独组成的纯净物，故A错；
B、由碳、氧两种元素组成的气体有CO、CO₂和O₂，其中CO、CO₂中碳与氧的质量比分别是12：16即3：4和12：16×2即3：8，
而混合气体中碳与氧的质量比是3：5，因此答案不可能是A，即不是由CO或CO₂单独组成的纯净物，故B错；
C、如果有一种气体是CO，则另一种气体中氧元素的质量分数应大于混合气体中氧元素的质量分数，即氧的含量应当大，可能是CO₂，也可能是O₂．故C正确
；
D、因CO₂和O₂中氧元素的含量都比混合气体中氧元素的含量高，CO₂和O₂混合后碳与氧的质量比不可能是3：5，故D错．
故选C．