Đáp án đúng: 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- → CO32- + H2O
            CO2+ OH- → HCO3-
Đặt nOH-/nCO2 = T
+ Nếu T ≤ 1 thì phản ứng chỉ tạo muối HCO3-
+ Nếu 1 < T < 2 thì phản ứng sinh ra HCO3- và CO32-
+ Nếu T = 2 thì phản ứng chỉ sinh ra CO32-
+ Nếu T > 2 thì sau phản ứng thu được CO32- và OH- dưGiải chi tiết:Đặt nCO2 = x mol; nBaCO3(TN1) = y mol; nBaCO3(TN2) = 3y mol.
Ta thấy nBaCO3(TN1) < 0,2 (vì nếu nBaCO3(TN1) ≥ 0,2 thì nBaCO3(TN2) ≥ 0,6 lớn hơn cả Ba(OH)2 ⟹ Vô lý!)
Mặt khác, mBaCO3(TN2) > nBaCO3(TN1) ⟹ dung dịch tạo thành có HCO3- ⟹ TN1 tạo BaCO3, Ba2+, Na+, HCO3-
*Thí nghiệm 1:
\(C{O_2}:x + \left\{ \begin{array}{l}B{a^{2 + }}:0,2\\N{a^ + }:0,3\\O{H^ - }:0,7\end{array} \right. \to BaC{{\rm{O}}_3}:y + \left\{ \begin{array}{l}N{a^ + }:0,3\\B{a^{2 + }}:0,2 - y\left( {BTNT.Ba} \right)\\HC{O_3}^ - :x - y\left( {BTNT.C} \right)\end{array} \right.\)
BTĐT ⟹ 0,3 + 2.(0,2 - y) = x - y ⟹ x + y = 0,7 (1)
*Thí nghiệm 2:
+) TN1 tạo CO32- và HCO3- ⟹ nOH-/2 < nCO2 < nOH- ⟹ 0,35 < nCO2 < 0,7 (*)
+) TN2 có tỉ lệ: \(T = \dfrac{{{n_{O{H^ - }}}}}{{{n_{C{O_2}}}}} = \dfrac{1}{{{n_{C{O_2}}}}}\) (**)
Từ (*) và (**) ⟹ 1,43 < T < 2,86 ⟹ có 2 trường hợp xảy ra như sau:
Trường hợp 1: T ≥ 2 ⟹ nCO2 ≤ 0,5 mol ⟹ tạo BaCO3 và Ba(OH)2 dư
⟹ \(\left\{ \begin{array}{l}BaC{{\rm{O}}_3}:3y\\Ba{\left( {OH} \right)_2}:0,5 - 3y\left( {BTNT.Ba} \right)\end{array} \right.\) ⟹ BTNT.C: x = 3y (2)
Giải (1) (2) được x = 0,525 và y = 0,175 (loại vì số mol CO2 không thỏa mãn nCO2 ≤ 0,5 mol)
Trường hợp 2: 1,43 < T < 2 ⟹ 0,5 < nCO2 < 0,699 ⟹ tạo BaCO3 và Ba(HCO3)2
⟹ \(\left\{ \begin{array}{l}BaC{{\rm{O}}_3}:3y\\Ba{\left( {HC{O_3}} \right)_2}:0,5 - 3y\left( {BTNT.Ba} \right)\end{array} \right.\) ⟹ 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 < nCO2 < 0,699)
*Thí nghiệm 3:
Ta thấy \(1 < T = \dfrac{{{n_{O{H^ - }}}}}{{{n_{C{O_2}}}}} = \dfrac{{0,7}}{{0,55}} = 1,27 < 2\) ⟹ Tạo CO32- (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 CO32- (0,15 mol) với Ba2+ (0,1 mol) ⟹ nBaCO3 = 0,1 mol ⟹ a = 19,7 gam.
Chọn A.