Latihan peperiksaan FE Kimia: pek ulang kaji kilat

Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 24 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.

Soalan baharu Kembali ke kursus

Dalam tetingkap cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan pada peranti anda.

1Formula dan kaedah

Imbangan jisim

Keadaan mantap: masuk = keluar
Imbangan jumlah: ṁ₁ + ṁ₂ = ṁ₃
Imbangan komponen: ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = ṁ₃x₃
Penyejat: F·x_F = P·x_P, W = F − P

Imbangan tenaga

Haba ketara: Q = ṁ·c_p·ΔT
Haba pendam: Q = ṁ·h_fg
Pencampuran: Σṁc_pT_in = Σṁc_pT_out
Air: c_p ≈ 4.18 kJ/(kg·K)

Hukum gas unggul

Hukum gas unggul: pV = nRT
Pemalar gas: R = 8.314 J/(mol·K)
Hukum gas gabungan: p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂
Mol: n = m/M
Suhu: T[K] = T[°C] + 273.15

Stoikiometri

Mol: n = m/M
Kepekatan: c = n/V
Nisbah mol: gunakan pekali persamaan seimbang
Bahan tindak balas pengehad: yang habis dahulu
Hasil peratusan: sebenar / teori × 100%

Kaedah

Tulis dan seimbangkan persamaan kimia.
Tukar jisim yang diberi kepada mol: n = m/M.
Gunakan pekali sebagai nisbah mol untuk mencari mol bahan yang anda mahu.
Tukar balik kepada jisim dengan m = n·M. Dengan dua bahan tindak balas, cari bahan tindak balas pengehad dahulu.

Keseimbangan kimia

Pemalar keseimbangan: K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b)
Jadual ICE: Awal, Perubahan (×pekali), Keseimbangan
Kuadratik: x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)

Kaedah

Tulis K_c dengan hasil di atas bahan tindak balas, setiap satu dinaikkan kepada kuasa pekalinya.
Sediakan jadual ICE: Awal, Perubahan (dalam langkah x darab pekali), Keseimbangan.
Masukkan ungkapan keseimbangan ke dalam K_c dan selesaikan untuk x.
Semak sama ada x cukup kecil untuk anggaran; jika tidak, selesaikan kuadratik.

Kalorimetri & entalpi

Haba: q = m·c·ΔT
Air: c = 4.18 J/(g·°C)
Kalorimeter: haba hilang = haba diperoleh
Entalpi tindak balas: ΔH° = ΣΔH°_f(products) − ΣΔH°_f(reactants)

Kinetik tindak balas

Peringkat pertama: ln(C_A/C_A0) = −kt
Separuh hayat (peringkat pertama): t_½ = ln 2/k
Peringkat kedua: 1/C_A = 1/C_A0 + kt
Arrhenius: k = A·e^−E_a/(RT)
Dua suhu: ln(k₂/k₁) = (E_a/R)(1/T₁ − 1/T₂)

Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Masa ruang: τ = V/Q
CSTR, peringkat pertama: τ = X/(k·(1 − X)), C_A = C_A0/(1 + kτ)
PFR, peringkat pertama: τ = ln(1/(1 − X))/k, C_A = C_A0·e^−kτ
Penukaran daripada isi padu: CSTR: X = kτ/(1 + kτ), PFR: X = 1 − e^−kτ
N CSTR yang sama secara bersiri: X = 1 − 1/(1 + kτ_i)^N

Penukar haba (LMTD)

Beban haba: Q = U·A·ΔT_lm
Beza suhu min logaritma: ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂)
Imbangan aliran: Q = ṁc_p(T_in − T_out)

Pengaliran haba

Hukum Fourier: Q̇ = kAΔT/L
Rintangan pengaliran: R = L/(kA)
Rintangan perolakan: R = 1/(hA)
Rintangan secara bersiri: Q̇ = ΔT_total/ΣR
Nilai-U: U = 1/(ΣR·A)

Geseran paip & kehilangan turus

Nombor Reynolds: Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ
Rejim aliran: lamina di bawah Re ≈ 2000, gelora di atas Re ≈ 4000
Halaju min: V = Q/A, A = π·D²/4
Darcy–Weisbach: h_f = f·(L/D)·V²/(2g)
Kehilangan kecil: h_m = ΣK·V²/(2g)
Nilai K lazim: masukan 0.5, keluaran 1.0, lengkuk 90° ≈ 0.3
Susutan tekanan: Δp = ρ·g·h_f
Dua takungan terbuka: Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Keluaran bebas: H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Pam & kuasa pam

Kuasa hidraulik: P_h = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Kuasa aci: P_shaft = P_h/η_pump
Kuasa elektrik: P_el = P_shaft/η_motor
Turus pam: H = Δz + Δp/(ρ·g) + h_L
Kehilangan sistem: h_L = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

2Soalan latihan

1.Imbangan jisimSederhana

Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 15% NaOH? Cari ṁ₂.

ṁ₁ = 950 kg/hx₁ = 5 %x₂ = 30 %x₃ = 15 %

ṁ₂ = kg/h

2.Imbangan jisimSukar

Satu penyejat memekatkan larutan NaOH dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.

F = 2000 kg/hx_F = 17 %x_P = 60 %

P = kg/h

3.Imbangan tenagaSederhana

minyak ringan panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air t_out.

ṁ_h = 1.5 kg/sc_p,h = 2.1 kJ/(kg·K)T_h: 150 → 100 °Cṁ_c = 2 kg/sc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)t_in = 30 °C

t_out = °C

4.Imbangan tenagaSukar

campuran glikol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 15% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁ_c yang diperlukan.

ṁ_h = 2.5 kg/sc_p,h = 3.6 kJ/(kg·K)T_h: 130 → 70 °Ct: 15 → 45 °Cc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %

ṁ_c = kg/s

5.Hukum gas unggulSederhana

Satu tangki 5 L mengandungi 100 g O₂ pada 5 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 100 gM = 32 g/molV = 5 LT = 5 °CR = 8.314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Hukum gas unggulSukar

Jumlah CO₂ yang tetap berubah daripada 300 kPa, 5 L, 25 °C kepada 700 kPa dan 130 °C. Cari isi padu baharu V₂.

P₁ = 300 kPaV₁ = 5 LT₁ = 25 °CP₂ = 700 kPaT₂ = 130 °C

V₂ = L

7.StoikiometriSederhana

10 g Al dan 24 g Cl₂ bertindak balas mengikut 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃. Berapakah jisim m bagi AlCl₃ yang boleh terbentuk?

M(Al) = 26.98M(Cl₂) = 70.9M(AlCl₃) = 133.33 g/mol

m = g

8.StoikiometriSukar

Dalam tindak balas Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂, 16 g Fe₂O₃ bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 8.39 g Fe dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(Fe₂O₃) = 159.69 g/molM(Fe) = 55.85 g/molsebenar: 8.39 g

Y = %

9.Keseimbangan kimiaSederhana

0.1 mol/L H₂ dan 0.1 mol/L I₂ dimasukkan ke dalam bekas dan bertindak balas: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, dengan K_c = 25. Cari kepekatan keseimbangan [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0.1 mol/LK_c = 25

[H₂] = mol/L

10.Keseimbangan kimiaSukar

PCl₅ terurai: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, dengan K_c = 0.04 pada suhu tindak balas. Satu bekas bermula dengan 0.4 mol/L PCl₅ sahaja. Cari kepekatan keseimbangan [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 0.4 mol/LK_c = 0.04

[PCl₅] = mol/L

11.Kalorimetri & entalpiSederhana

Satu bongkah zink 150 g (c = 0.388 J/(g·°C)) pada 110 °C dijatuhkan ke dalam 300 g air (c = 4.18 J/(g·°C)) pada 15 °C dalam cawan berpenebat. Cari suhu akhir T_f.

m_metal = 150 gc_metal = 0.388 J/(g·°C)T_metal = 110 °Cm_water = 300 gT_water = 15 °Cc_water = 4.18 J/(g·°C)

T_f = °C

12.Kalorimetri & entalpiSukar

Gunakan entalpi pembentukan piawai untuk mencari haba q yang dibebaskan apabila 50 g C₂H₅OH (M = 46.07 g/mol) terbakar sepenuhnya: C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O(l). Berikan q sebagai nombor positif.

ΔH°f(C₂H₅OH) = −277.7 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393.5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285.8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

q = kJ

13.Kinetik tindak balasSederhana

Satu tindak balas peringkat kedua (−r_A = k·C_A²) dalam reaktor kelompok mempunyai k = 0.8 L/(mol·min) dan bermula pada 1.5 mol/L. Berapa lamakah masa yang diambil untuk mencapai penukaran 90%? Cari t.

k = 0.8 L/(mol·min)C_A0 = 1.5 mol/LX = 90 %

t = min

14.Kinetik tindak balasSukar

Satu tindak balas mempunyai pemalar kadar 0.05 min⁻¹ pada 35 °C dan tenaga pengaktifan 80 kJ/mol. Cari pemalar kadar k₂ pada 65 °C.

k₁ = 0.05 min⁻¹T₁ = 35 °CT₂ = 65 °CE_a = 80 kJ/molR = 8.314 J/(mol·K)

k₂ = min⁻¹

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)Sederhana

Satu tindak balas peringkat pertama fasa cecair A → B dengan k = 0.05 min⁻¹ dijalankan dalam reaktor aliran sumbat (PFR) yang disuap pada 40 L/min. Ketumpatan malar dan reaktor berada pada keadaan mantap. Cari isi padu reaktor V dalam liter untuk penukaran A sebanyak 90%.

Q = 40 L/mink = 0.05 min⁻¹X = 90%

V = L

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)Sukar

Satu tindak balas peringkat pertama fasa cecair (k = 0.3 min⁻¹) berlaku dalam CSTR 50 L yang disuap pada 20 L/min. Ketumpatan malar dan reaktor berada pada keadaan mantap. Cari penukaran X dalam peratus.

V = 50 LQ = 20 L/mink = 0.3 min⁻¹

X = %

17.Penukar haba (LMTD)Sederhana

Penukar haba aliran selari memindahkan 460 kW. Luas pemindahan habanya ialah 15 m². Bendalir panas menyejuk daripada 155 kepada 110 °C dan bendalir sejuk memanas daripada 15 kepada 35 °C. Cari pekali pemindahan haba keseluruhan U.

Q̇ = 460 kWA = 15 m²T_h: 155 → 110 °CT_c: 15 → 35 °C

U = W/(m²·K)

18.Penukar haba (LMTD)Sukar

Dalam penukar haba paip dwi aliran songsang, minyak panas (0.2 kg/s, c_p = 2.5 kJ/(kg·K)) mengalir dalam tiub dalam dan menyejuk daripada 115 kepada 50 °C. Air (1.5 kg/s, c_p = 4.18 kJ/(kg·K)) dalam anulus masuk pada 15 °C. Tiub dalam berdiameter 20 mm, dan U = 300 W/(m²·K) berdasarkan diameter ini. Cari panjang tiub L yang diperlukan.

ṁ_h = 0.2 kg/sc_p,h = 2.5 kJ/(kg·K)T_h: 115 → 50 °Cṁ_c = 1.5 kg/sT_c,in = 15 °CD = 20 mmU = 300 W/(m²·K)

L = m

19.Pengaliran habaSederhana

Satu dinding diperbuat daripada 200 mm bata dan 100 mm polistirena terkembang, dengan luas 12 m². Muka luarnya berada pada 20 °C dan 7 °C. Cari aliran haba Q̇ melalui dinding.

L₁ = 200 mm, k₁ = 0.72 W/(m·K)L₂ = 100 mm, k₂ = 0.035 W/(m·K)A = 12 m²T₁ = 20 °CT₃ = 7 °C

Q̇ = W

20.Pengaliran habaSukar

Satu dinding 150 mm polistirena terkembang dan 150 mm kaca memisahkan bilik pada 21 °C daripada udara luar pada 2 °C. Pekali perolakan ialah 10 W/(m²·K) di dalam dan 25 W/(m²·K) di luar, dan luas dinding ialah 8 m². Cari suhu T_s permukaan dalam dinding.

L₁ = 150 mm, k₁ = 0.035 W/(m·K)L₂ = 150 mm, k₂ = 0.96 W/(m·K)A = 8 m²h_i = 10 W/(m²·K)h_o = 25 W/(m²·K)T_room = 21 °CT_out = 2 °C

T_s = °C

21.Geseran paip & kehilangan turusSederhana

Air mengalir pada 25 L/s melalui paip sepanjang 500 m dengan diameter dalam 200 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.025 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran h_f.

Q = 25 L/sL = 500 mD = 200 mmf = 0.025g = 9.81 m/s²

h_f = m

22.Geseran paip & kehilangan turusSukar

Dua takungan terbuka disambung oleh paip sepanjang 200 m dengan diameter dalam 300 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.02. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 3 lengkuk (K = 0.3 setiap satu), injap (K = 0.2) dan keluaran ke dalam takungan bawah (K = 1.0). Gunakan g = 9.81 m/s². Apakah beza aras air Δz antara takungan yang memberikan kadar alir 80 L/s?

Q = 80 L/sL = 200 mD = 300 mmf = 0.02K_entrance = 0.5K_bend = 0.3 (×3)K_valve = 0.2K_exit = 1.0

Δz = m

23.Pam & kuasa pamSederhana

Dalam satu ujian, satu pam menghantar 15 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 80 m manakala acinya mengambil 15.7 kW. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kecekapan pam η dalam peratus.

Q = 15 L/sH = 80 mP_shaft = 15.7 kWg = 9.81 m/s²

η = %

24.Pam & kuasa pamSukar

Satu pam memindahkan 80 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari takungan bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 17 m lebih tinggi. Paip itu sepanjang 500 m dengan diameter dalam 200 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.018; jumlah pekali kehilangan kecil ialah ΣK = 6 (masukan dan keluaran disertakan). Gunakan g = 9.81 m/s². Cari turus H yang mesti ditambah oleh pam.

Q = 80 L/sΔz = 17 mL = 500 mD = 200 mmf = 0.018ΣK = 6

H = m

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ₂ = 633.3 kg/h

Imbangan jisim keadaan mantap: masuk = keluar bagi jumlah dan bagi setiap komponen. Masalah pengadunan menggabungkan kedua-duanya.

Imbangan

Total: ṁ₃ = ṁ₁ + ṁ₂

NaOH: ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = (ṁ₁ + ṁ₂)x₃

Selesaikan untuk ṁ₂

ṁ₂ = ṁ₁(x₁ − x₃)/(x₃ − x₂) = 950·(5 − 15)/(15 − 30) = 633.3 kg/h

Jawapan

ṁ₂ = 633.3 kg/h

2.Imbangan jisim

Jawapan: P = 566.7 kg/h

Komponen penghubung: komponen yang melalui satu aliran tanpa berubah (di sini zat terlarut) menghubungkan aliran secara langsung. Kemudian imbangan jumlah memberikan yang selebihnya.

Imbangan zat terlarut

F·x_F = P·x_P → P = 2000·17/60 = 566.7 kg/h

Jawapan

P = 566.7 kg/h

3.Imbangan tenaga

Jawapan: t_out = 48.84 °C

Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁ_hc_p,h(T_h,in − T_h,out) = ṁ_cc_p,c(t_out − t_in).

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Q = 1.5·2.1·(150 − 100) = 157.5 kW

Haba yang diserap oleh air

t_out = t_in + Q/(ṁ_cc_p,c) = 30 + 157.5/(2·4.18) = 48.84 °C

Jawapan

t_out = 48.84 °C

4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁ_c = 3.66 kg/s

Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.

Haba dibebaskan

Q_h = 2.5·3.6·(130 − 70) = 540 kW

Haba yang sampai kepada air

Q_c = (1 − 0.15)·540 = 459 kW

Kadar alir air

ṁ_c = Q_c/(c_p,c·Δt) = 459/(4.18·30) = 3.66 kg/s

Jawapan

ṁ_c = 3.66 kg/s

5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 1445 kPa

Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.

Mol

n = m/M = 100/32 = 3.125 mol

T = 5 + 273.15 = 278.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 3.125·8.314·278.1/0.005 = 1445 kPa

Jawapan

P = 1445 kPa

6.Hukum gas unggul

Jawapan: V₂ = 2.898 L

Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂.

Suhu mutlak

T₁ = 298.1 K, T₂ = 403.1 K

Hukum gas gabungan

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 5·(300/700)·(403.1/298.1) = 2.898 L

Jawapan

V₂ = 2.898 L

7.Stoikiometri

Jawapan: m = 30.09 g

Stoikiometri: persamaan seimbang mengira zarah, bukan gram. Tukar jisim kepada mol dengan n = m/M, gunakan pekali persamaan sebagai nisbah mol, kemudian tukar balik dengan m = n·M. Dengan dua bahan tindak balas, bahan tindak balas pengehad ialah yang habis dahulu dan menentukan berapa banyak hasil terbentuk.

Mol setiap bahan tindak balas

n(Al) = 10/26.98 = 0.3706 mol

n(Cl₂) = 24/70.9 = 0.3385 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.3706/2 = 0.1853, 0.3385/3 = 0.1128 → Cl₂

Jisim hasil

n(AlCl₃) = 0.1128·2 = 0.2257 mol

m = 0.2257·133.33 = 30.09 g

Jawapan

m = 30.09 g

8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 74.97 %

Hasil teori

n(Fe₂O₃) = 16/159.69 = 0.1002 mol

m = 0.1002·2/1·55.85 = 11.19 g

Hasil peratusan

Y = 8.39/11.19·100 = 74.97%

Jawapan

Y = 74.97%

9.Keseimbangan kimia

Jawapan: [H₂] = 0.02857 mol/L

Keseimbangan kimia: bagi aA + bB ⇌ cC + dD, pemalar keseimbangan ialah K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b), menggunakan kepekatan pada keseimbangan. Jadual ICE (Awal, Perubahan, Keseimbangan) menghubungkan jumlah permulaan dengan jumlah keseimbangan melalui satu nilai tidak diketahui x, diskalakan oleh pekali.

Ungkapan keseimbangan

25 = (2x)²/(0.1 − x)²

Ambil punca kuasa dua

5 = 2x/(0.1 − x) → x = 0.1·5/(2 + 5) = 0.07143 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[H₂] = 0.1 − x = 0.02857 mol/L

Jawapan

[H₂] = 0.02857 mol/L

10.Keseimbangan kimia

Jawapan: [PCl₅] = 0.2919 mol/L

Ungkapan keseimbangan

0.04 = x²/(0.4 − x) → x² + 0.04·x − 0.016 = 0

Selesaikan kuadratik

x = (−0.04 + √(0.04² + 4·0.016))/2 = 0.1081 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[PCl₅] = 0.4 − 0.1081 = 0.2919 mol/L

Jawapan

[PCl₅] = 0.2919 mol/L

11.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: T_f = 19.21 °C

Haba dan entalpi: memanaskan sesuatu bahan memerlukan q = m·c·ΔT. Dalam kalorimeter, haba yang hilang oleh objek panas sama dengan haba yang diperoleh objek sejuk. Perubahan entalpi sesuatu tindak balas diperoleh daripada entalpi pembentukan: ΔH° = ΣΔH°f(hasil) − ΣΔH°f(bahan tindak balas), setiap satu didarab dengan pekalinya.

Imbangan haba

150·0.388·(110 − T_f) = 300·4.18·(T_f − 15)

Selesaikan untuk suhu akhir

T_f = (58.2·110 + 1254·15)/(58.2 + 1254) = 19.21 °C

Jawapan

T_f = 19.21 °C

12.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: q = 1483 kJ

Entalpi tindak balas

ΔH° = [2·(−393.5) + 3·(−285.8)] − [1·(−277.7) + 3·0] = −1367 kJ

Haba untuk jisim yang diberi

n = 50/46.07 = 1.085 mol

q = n·|ΔH°/1| = 1.085·1367 = 1483 kJ

Jawapan

q = 1483 kJ

13.Kinetik tindak balas

Jawapan: t = 7.5 min

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

Kepekatan pada akhir

C_A = 1.5·(1 − 0.9) = 0.15 mol/L

Hukum peringkat kedua teramir

t = (1/C_A − 1/C_A0)/k = (6.667 − 0.6667)/0.8 = 7.5 min

Jawapan

t = 7.5 min

14.Kinetik tindak balas

Jawapan: k₂ = 0.7982 min⁻¹

Kadar tindak balas: bagi tindak balas peringkat pertama −dC/dt = kC, jadi C = C₀·e^−kt dan separuh hayat ln 2/k tidak bergantung pada kepekatan. Bagi tindak balas peringkat kedua 1/C = 1/C₀ + kt. Pemalar kadar meningkat dengan suhu mengikut Arrhenius: k = A·e^−Ea/(RT).

Suhu mutlak

T₁ = 308.1 K, T₂ = 338.1 K

Nisbah Arrhenius

ln(k₂/k₁) = −(80000/8.314)·(1/338.1 − 1/308.1) = 2.77

k₂ = 0.05·e^2.77 = 0.7982 min⁻¹

Jawapan

k₂ = 0.7982 min⁻¹

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: V = 1842 L

Reaktor unggul, tindak balas peringkat pertama (−r_A = k·C_A) pada keadaan mantap, dengan masa ruang τ = V/Q. CSTR bercampur sempurna, jadi seluruh isi padu bertindak balas pada kepekatan keluaran yang rendah: τ = X/(k·(1 − X)) dan C_A = C_A0/(1 + k·τ). Dalam PFR setiap hirisan bendalir bertindak balas seperti reaktor kelompok kecil: τ = ln(1/(1 − X))/k dan C_A = C_A0·e^−k·τ. Untuk penukaran yang sama CSTR sentiasa memerlukan isi padu lebih besar daripada PFR.

Masa ruang

τ = ln(1/(1 − 0.9))/0.05 = 2.303/0.05 = 46.05 min

Isi padu

V = Q·τ = 40·46.05 = 1842 L

Jawapan

V = 1842 L

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: X = 42.86 %

Masa ruang

τ = V/Q = 50/20 = 2.5 min, kτ = 0.3·2.5 = 0.75

Penukaran

X = kτ/(1 + kτ) = 0.75/(1 + 0.75) = 42.86%

Jawapan

X = 42.86%

17.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: U = 294.5 W/(m²·K)

LMTD method: the temperature difference between the streams changes along the exchanger, so the rate equation uses its logarithmic mean: Q̇ = U·A·ΔT_lm, with ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), where ΔT₁ and ΔT₂ are the differences at the two ends. Counter-flow gives a larger ΔT_lm than parallel flow for the same inlet and outlet temperatures.

Beza suhu hujung

Dalam aliran selari kedua-dua masukan berada pada hujung yang sama, dan kedua-dua keluaran pada hujung yang lain.

ΔT₁ = T_h,in − T_c,in = 155 − 15 = 140 K

ΔT₂ = T_h,out − T_c,out = 110 − 35 = 75 K

Beza suhu min logaritma

ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (140 − 75)/ln(140/75) = 104.1 K

Pekali keseluruhan

U = Q̇/(A·ΔT_lm) = 460000/(15·104.1) = 294.5 W/(m²·K)

Jawapan

U = 294.5 W/(m²·K)

18.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: L = 28.73 m

Beban haba dan suhu keluaran air

Q̇ = 0.2·2.5·(115 − 50) = 32.5 kW

T_c,out = 15 + 32.5/(1.5·4.18) = 20.18 °C

Beza suhu hujung

Dalam aliran berlawanan, masukan panas bertentangan dengan keluaran sejuk, dan keluaran panas bertentangan dengan masukan sejuk.

ΔT₁ = T_h,in − T_c,out = 115 − 20.18 = 94.82 K

ΔT₂ = T_h,out − T_c,in = 50 − 15 = 35 K

Beza suhu min logaritma

ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (94.82 − 35)/ln(94.82/35) = 60.02 K

Luas dan panjang

A = 32500/(300·60.02) = 1.805 m²

L = A/(πD) = 1.805/(π·0.02) = 28.73 m

Jawapan

L = 28.73 m

19.Pengaliran haba

Jawapan: Q̇ = 49.76 W

Rintangan terma: aliran haba mantap melalui lapisan secara bersiri berkelakuan seperti arus melalui perintang secara bersiri: Q̇ = ΔT/ΣR, dengan R = L/(kA) bagi lapisan pengalir dan R = 1/(hA) bagi permukaan perolakan. Susutan suhu merentasi setiap lapisan berkadar dengan rintangannya.

Rintangan lapisan

R₁ = L₁/(k₁A) = (200/1000)/(0.72·12) = 0.02315 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (100/1000)/(0.035·12) = 0.2381 K/W

Aliran haba

Q̇ = (T₁ − T₃)/(R₁ + R₂) = 13/0.2612 = 49.76 W

Jawapan

Q̇ = 49.76 W

20.Pengaliran haba

Jawapan: T_s = 20.59 °C

Rintangan secara bersiri

R_i = 1/(h_iA) = 1/(10·8) = 0.0125 K/W

R₁ = L₁/(k₁A) = (150/1000)/(0.035·8) = 0.5357 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (150/1000)/(0.96·8) = 0.01953 K/W

R_o = 1/(h_oA) = 1/(25·8) = 0.005 K/W

ΣR = 0.5727 K/W

Kehilangan haba

Q̇ = (21 − (2))/0.5727 = 33.17 W

T_s = T_room − Q̇·R_i = 21 − 33.17·0.0125 = 20.59 °C

Jawapan

T_s = 20.59 °C

21.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: h_f = 2.017 m

Aliran paip: nombor Reynolds Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ membezakan aliran lamina (Re di bawah kira-kira 2000) daripada aliran gelora (di atas kira-kira 4000). Geseran sepanjang paip menyebabkan kehilangan turus Darcy–Weisbach h_f = f·(L/D)·V²/(2g). Alat sambungan, injap, masukan dan keluaran menambah kehilangan kecil h_m = ΣK·V²/(2g). Antara dua permukaan takungan terbuka persamaan tenaga memberikan Δz = h_f + h_m, dengan kehilangan keluaran K = 1 disertakan.

Halaju min

A = π·0.2²/4 = 0.03142 m²

V = Q/A = 0.025/0.03142 = 0.7958 m/s

Turus halaju

V²/(2g) = 0.7958²/(2·9.81) = 0.03228 m

Darcy–Weisbach

h_f = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.025·(500/0.2)·0.7958²/(2·9.81) = 2.017 m

Jawapan

h_f = 2.017 m

22.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: Δz = 1.04 m

Halaju

V = Q/A = 0.08/0.07069 = 1.132 m/s

V²/(2g) = 0.06529 m

Pekali kehilangan

f·L/D = 0.02·200/0.3 = 13.33

ΣK = 0.5 + 3·0.3 + 0.2 + 1.0 = 2.6

Jumlah kehilangan turus

h_f = 13.33·0.06529 = 0.8705 m

h_m = 2.6·0.06529 = 0.1697 m

Δz = h_f + h_m = 1.04 m

Jawapan

Δz = 1.04 m

23.Pam & kuasa pam

Jawapan: η = 74.98 %

Kuasa pam: kuasa yang diberikan kepada air ialah kuasa hidraulik P_h = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Aci mesti menyalurkan lebih kerana pam kehilangan sebahagian: P_shaft = P_h/η_pump, dan motor mengambil P_el = P_shaft/η_motor. Turus pam H diperoleh daripada persamaan tenaga: ketinggian statik + turus tekanan + semua kehilangan geseran dan kehilangan kecil.

Kuasa hidraulik

P_h = ρ·g·Q·H = 1000·9.81·0.015·80 = 11.77 kW

Kecekapan

η = P_h/P_shaft = 11.77/15.7 = 74.98%

Jawapan

η = 74.98%

24.Pam & kuasa pam

Jawapan: H = 33.86 m

Halaju

V = Q/A = 0.08/0.03142 = 2.546 m/s

V²/(2g) = 0.3305 m

Kehilangan turus

h_L = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (45 + 6)·0.3305 = 16.86 m

Turus pam

Kedua-dua permukaan terbuka dan hampir pegun, jadi sebutan tekanan dan halaju tersingkir.

H = Δz + h_L = 17 + 16.86 = 33.86 m

Jawapan

H = 33.86 m

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-chemical

Latihan peperiksaan FE Kimia: pek ulang kaji kilat

1Formula dan kaedah

Imbangan jisim

Imbangan tenaga

Hukum gas unggul

Stoikiometri

Kaedah

Keseimbangan kimia

Kaedah

Kalorimetri & entalpi

Kinetik tindak balas

Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Penukar haba (LMTD)

Pengaliran haba

Geseran paip & kehilangan turus

Pam & kuasa pam

2Soalan latihan

3Larutan

Imbangan

Selesaikan untuk ṁ2

Jawapan

Imbangan zat terlarut

Jawapan

Haba yang dibebaskan oleh aliran panas

Haba yang diserap oleh air

Jawapan

Haba dibebaskan

Haba yang sampai kepada air

Kadar alir air

Jawapan

Mol

Tekanan

Jawapan

Suhu mutlak

Hukum gas gabungan

Jawapan

Mol setiap bahan tindak balas

Bahan tindak balas pengehad

Jisim hasil

Jawapan

Hasil teori

Hasil peratusan

Jawapan

Ungkapan keseimbangan

Ambil punca kuasa dua

Kepekatan keseimbangan

Jawapan

Ungkapan keseimbangan

Selesaikan kuadratik

Kepekatan keseimbangan

Jawapan

Imbangan haba

Selesaikan untuk suhu akhir

Jawapan

Entalpi tindak balas

Haba untuk jisim yang diberi

Jawapan

Kepekatan pada akhir

Hukum peringkat kedua teramir

Jawapan

Suhu mutlak

Nisbah Arrhenius

Jawapan

Masa ruang

Isi padu

Jawapan

Masa ruang

Penukaran

Jawapan

Beza suhu hujung

Beza suhu min logaritma

Pekali keseluruhan

Jawapan

Beban haba dan suhu keluaran air

Beza suhu hujung

Beza suhu min logaritma

Luas dan panjang

Jawapan

Rintangan lapisan

Aliran haba

Selesaikan untuk ṁ₂