Phương pháp giải:

Do Y tác dụng với dung dịch NaOH thu được khí nên Y chắc chắn có chứa NH₄⁺.

Do hỗn hợp X tác dụng với dung dịch hỗn hợp KNO₃ và KHSO₄ thu được Y và hỗn hợp khí Z có chứa H₂ nên trong dung dịch Y không còn ion NO₃^- (do tính oxi hóa của ion NO₃^- mạnh hơn H⁺).

Mà Y chỉ chứa các muối trung hòa nên thành phần dung dịch Y gồm K⁺, Mg²⁺, Al³⁺, NH₄⁺, SO₄^2-.

Sơ đồ phản ứng:

Khi cho Y tác dụng tối đa với dung dịch NaOH thì  kết tủa cuối cùng thu được là Mg(OH)₂ và khí thoát ra là khí NH₃.

Từ khối lượng kết tủa (là Mg(OH)₂) ta tính được số mol Mg²⁺ có trong dung dịch Y.

Từ thể tích khí thoát ra (là khí NH₃) ta tính được số mol của ion NH₄⁺ trong dung dịch Y.

Từ số mol NaOH phản ứng tối đa với dung dịch Y ta tính được số mol Al³⁺ có trong dung dịch Y.

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích với dung dịch Y ta tính được số mol ion K⁺, từ đó suy ra n_KNO3

Dùng định luật bảo toàn khối lượng ta tính được n_H2O

Áp dụng bảo toàn nguyên tố H ta tìm được n_H2

Từ đó tính được số mol của NO và N₂O trong hỗn hợp khí Z.

Học sinh dựa vào các bán phản ứng để tính được số mol H⁺ phản ứng bằng

n_{H+ phản ứng} = 6.n_Al2O3 + 10.n_NH4+ + 4.n_NO + 10.n_N2O + 2.n_H2

Từ  đó học sinh tính được số mol Al₂O₃ trong hỗn hợp X.

Dùng định luật bảo toàn nguyên tố Al ta tính được số mol Al trong hỗn hợp X

Từ đó tính được % khối lượng Al trong hỗn hợp X.

Lời giải chi tiết:

Do Y tác dụng với dung dịch NaOH thu được khí nên Y chắc chắn có chứa NH₄⁺.

Do hỗn hợp X tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp KNO₃ và KHSO₄ thu được Y và hỗn hợp khí Z có chứa H₂ nên trong dung dịch Y không còn ion NO₃^-.

Do đó thành phần dung dịch Y gồm K⁺, Mg²⁺, Al³⁺, NH₄⁺, SO₄^2-.

Sơ đồ phản ứng:

Khi cho Y tác dụng tối đa với dung dịch NaOH thì xảy ra các phương trình phản ứng sau:

NH₄⁺ + OH^- → NH₃↑ + H₂O

Mg²⁺ + 2OH^- → Mg(OH)₂↓

Al³⁺ + 3OH^- → Al(OH)₃↓

Al(OH)₃ + OH^- → AlO₂^- + 2H₂O

 Vậy kết tủa cuối cùng thu được là Mg(OH)₂ và khí thoát ra là khí NH₃.

Ta có: m_Mg(OH)2 = 12,18 gam → n_Mg(OH)2 = 0,21 mol → n_Mg2+ = 0,21 mol

V_NH3 = 0,448 lít → n_NH3 = 0,02 mol → n_NH4+ = 0,02 mol

Ta có số mol NaOH phản ứng tối đa bằng: n_{NaOH phản ứng} = 2.n_Mg2+ + 4.n_Al3+ + n_NH4+ = 0,68 mol

Suy ra  số mol Al³⁺ bằng (0,68 - 0,02 - 0,21.2) : 4 = 0,06 mol

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích với dung dịch Y ta suy ra n_K+ = 0,76 mol

→ n_KNO3 = 0,76 - 0,69 = 0,07 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: m_X + m_KNO3 + m_KHSO4 = m_{chất tan trong Y} + m_Z + m_H2O

→ m_H2O = m_X + m_KNO3 + m_KHSO4 - (m_{chất tan trong Y} + m_Z)

= 8,38 + 0,07. 101 + 0,69.136 – (0,76.39 + 0,21.24 + 0,06.27 + 0,02.18 + 0,69. 96 + 1,98) = 4,41 gam

 → n_H2O = 0,245 mol

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố H ta có: n_KHSO4 = 4.n_NH4+ + 2.n_H2 + 2.n_H2O

→ n_H2 = 0,06 mol

Gọi x, y lần lượt là số mol của NO và N₂O. Ta có:

 \(\left\{ \begin{array}{l}x + y = 0,115 - 0,06\\30x + 44y = 1,98-0,06.2\end{array} \right.\)

Giải hệ trên được x = 0,04 và y = 0,015

Khi cho hỗn hợp X tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp KNO₃ và KHSO₄ thì xảy ra các bán phản ứng sau:

Al₂O₃ + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂O

NO₃^- + 10H⁺ + 8e → NH₄⁺ + 3H₂O

NO₃^- + 4H⁺ + 3e → NO + 2H₂O

2 NO₃^- + 10H⁺ + 8e → N₂O + 5H₂O

2H⁺ + 2e → H₂

Do đó: n_{H+ phản ứng} = 6.n_Al2O3 + 10.n_NH4+ + 4.n_NO + 10.n_N2O + 2.n_H2 = 0,69 mol

→ n_Al2O3 = (0,69 - 0,02.10 - 0,04.4 - 0,015.10 - 0,06.2) : 6 = 0,01 mol

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Al ta tính được số mol Al trong hỗn hợp X bằng:

n_{Al (X)} = n_Al3+ - 2.n_Al2O3 = 0,06 – 2.0,01 = 0,04 mol

Vậy %m_Al = \(\frac{{0,04.27.100\% }}{{8,38}}\) = 12,89%

Đáp án B