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 và 0,3 mol NaOH, thu được m gam kết tủa.

Thí nghiệm 2: Hấp thụ hết V lít khí CO₂ (đktc) vào dung dịch chứa 0,5 mol Ba(OH)₂, thu được 3m gam kết tủa.

Thí nghiệm 3: Hấp thụ hết V lít khí CO₂ (đktc) vào 500 ml dung dịch chứa Ba(OH)₂ 0,2M và KOH 1M thu được a gam kết tủa.

Giá trị của a là

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:

$C{O}_2:x+\left\{\begin{array}{l}B{a}^{2+}:0,2\\ N{a}^{+}:0,3\\ O{H}^{-}:0,7\end{array}\right.\to BaC{\text{O}}_3:y+\left\{\begin{array}{l}N{a}^{+}:0,3\\ B{a}^{2+}:0,2-y\left(BTNT.Ba\right)\\ HC{O_3}^{-}:x-y\left(BTNT.C\right)\end{array}\right.$

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: $T=\frac{n_{O{H}^{-}}}{n_{C{O}_2}}=\frac{1}{n_{C{O}_2}}$  (**)

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

⟹ $\left\{\begin{array}{l}BaC{\text{O}}_3:3y\\ Ba{\left(OH\right)}_2:0,5-3y\left(BTNT.Ba\right)\end{array}\right.$  ⟹ 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

⟹ $\left\{\begin{array}{l}BaC{\text{O}}_3:3y\\ Ba{\left(HC{O}_3\right)}_2:0,5-3y\left(BTNT.Ba\right)\end{array}\right.$  ⟹ 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 $1<T=\frac{n_{O{H}^{-}}}{n_{C{O}_2}}=\frac{0,7}{0,55}=1,27<2$  ⟹ Tạo CO₃^2- (u mol) và HCO₃^- (v mol)

Giải hệ $\left\{\begin{array}{l}u+v=n_{C{O}_2}=0,55\\ 2u+v=0,7\end{array}\right.\to \left\{\begin{array}{l}u=0,15\\ v=0,4\end{array}\right.$

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