Tiến hành các thí nghiệm sau: Thí nghiệm 1: Hấp thụ hết V lít khí CO2 (đktc) vào dung dịch chứa 0,2 mol Ba(OH)2.

* Hướng dẫn giải

Đáp án A

Phương pháp giải:

- Biện luận suy ra sản phẩm tạo thành ở các thí nghiệm.

- Bài toán CO₂ tác dụng với dung dịch kiềm

            CO₂ + 2OH^- → CO₃^2- + H₂O

            CO₂+ OH^- → HCO₃^-

Đặt n_OH-/n_CO2 = T

+ Nếu T ≤ 1 thì phản ứng chỉ tạo muối HCO₃^-

+ Nếu 1 < T < 2 thì phản ứng sinh ra HCO₃^- và CO₃^2-

+ Nếu T = 2 thì phản ứng chỉ sinh ra CO₃^2-

+ Nếu T > 2 thì sau phản ứng thu được CO₃^2- và OH^- dư

Giải chi tiết:

Đặt n_CO2 = x mol; n_BaCO3(TN1) = y mol; n_BaCO3(TN2) = 3y mol.

Ta thấy n_BaCO3(TN1) < 0,2 (vì nếu n_BaCO3(TN1) ≥ 0,2 thì n_BaCO3(TN2) ≥ 0,6 lớn hơn cả Ba(OH)₂ ⟹ Vô lý!)

Mặt khác, m_BaCO3(TN2) > n_BaCO3(TN1) ⟹ dung dịch tạo thành có HCO₃^- ⟹ TN1 tạo BaCO₃, Ba²⁺, Na⁺, HCO₃^-

*Thí nghiệm 1:

${\mathrm{CO}}_2: \mathrm{x}+\left\{\begin{array}{l}{\mathrm{Ba}}^{2+}:0,2\\ {\mathrm{Na}}^{+}:0,3\\ {\mathrm{OH}}^{-}:0,7\end{array}\to {\mathrm{BaCO}}_3:\mathrm{y}+\left\{\begin{array}{l}{\mathrm{Na}}^{+}:0,3\\ {\mathrm{Ba}}^{2+}:0,2-\mathrm{y} (\mathrm{BTNT}.\mathrm{Ba})\\ {{\mathrm{HCO}}_3}^{-}: \mathrm{x}-\mathrm{y} (\mathrm{BTNT}.\mathrm{C})\end{array}\right.\right.$

BTĐT ⟹ 0,3 + 2.(0,2 - y) = x - y ⟹ x + y = 0,7 (1)

*Thí nghiệm 2:

+) TN1 tạo CO₃^2- và HCO₃^- ⟹ n_OH^-/2 < n_CO2 < n_OH^- ⟹ 0,35 < n_CO2 < 0,7 (*)

+) TN2 có tỉ lệ: $\mathrm{T}=\frac{{\mathrm{n}}_{{\mathrm{OH}}^{-}}}{{\mathrm{n}}_{{\mathrm{CO}}_2}}=\frac{1}{{\mathrm{n}}_{{\mathrm{CO}}_2}}$ (**)

Từ (*) và (**) ⟹ 1,43 < T < 2,86 ⟹ có 2 trường hợp xảy ra như sau:

Trường hợp 1: T ≥ 2 ⟹ n_CO2 ≤ 0,5 mol ⟹ tạo BaCO₃ và Ba(OH)₂ dư

⟹ $\left\{\begin{array}{l}{\mathrm{BaCO}}_3: 3\mathrm{y}\\ \mathrm{Ba}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2: 0,5-3\mathrm{y}\left(\mathrm{BTNT}.\mathrm{Ba}\right)\end{array}\right.$ ⟹ BTNT.C: x = 3y (2)

Giải (1) (2) được x = 0,525 và y = 0,175 (loại vì số mol CO₂ không thỏa mãn n_CO2 ≤ 0,5 mol)

Trường hợp 2: 1,43 < T < 2 ⟹ 0,5 < n_CO2 < 0,699 ⟹ tạo BaCO₃ và Ba(HCO₃)₂

⟹ $\left\{\begin{array}{l}{\mathrm{BaCO}}_3: 3\mathrm{y}\\ \mathrm{Ba}{\left({\mathrm{HCO}}_3\right)}_2: 0,5-3\mathrm{y}\left(\mathrm{BTNT}.\mathrm{Ba}\right)\end{array}\right.$ ⟹ BTNT.C: x = 3y + 2.(0,5 - 3y) (2')

Giải (1) (2') được x = 0,55 và y = 0,15 (thỏa mãn điều kiện 0,5 < n_CO2 < 0,699)

*Thí nghiệm 3:

Ta thấy $1<\mathrm{T}=\frac{{\mathrm{n}}_{{\mathrm{OH}}^{-}}}{{\mathrm{n}}_{{\mathrm{CO}}_2}}=\frac{0,7}{0,55}=1,27<2$ ⟹ Tạo CO₃^2- (u mol) và HCO₃^- (v mol)

Giải hệ $\left\{\begin{array}{l}\mathrm{u}+\mathrm{v}={\mathrm{n}}_{{\mathrm{CO}}_2}=0,55\\ 2\mathrm{u}+\mathrm{v}=0,7\end{array}\to \left\{\begin{array}{l}\mathrm{u}=0,15\\ \mathrm{v}=0,4\end{array}\right.\right.$

Xét phản ứng giữa CO₃^2- (0,15 mol) với Ba²⁺ (0,1 mol) ⟹ n_BaCO3 = 0,1 mol ⟹ a = 19,7 gam.