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 20% NaOH? Cari ṁ₂.

ṁ₁ = 950 kg/hx₁ = 35 %x₂ = 5 %x₃ = 20 %

ṁ₂ = kg/h

2.Imbangan jisimSukar

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

F = 600 kg/hx_F = 7 %x_P = 40 %

P = kg/h

3.Imbangan tenagaSederhana

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

ṁ_h = 2.5 kg/sc_p,h = 2.44 kJ/(kg·K)T_h: 180 → 120 °Cṁ_c = 2 kg/sc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)t_in = 15 °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 = 1 kg/sc_p,h = 3.6 kJ/(kg·K)T_h: 180 → 110 °Ct: 15 → 60 °Cc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %

ṁ_c = kg/s

5.Hukum gas unggulSederhana

Satu tangki 5 L mengandungi 370 g He pada 30 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 370 gM = 4.003 g/molV = 5 LT = 30 °CR = 8.314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Hukum gas unggulSukar

Cari ketumpatan ρ bagi N₂ pada 450 kPa dan 160 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 28.01 g/molP = 450 kPaT = 160 °CR = 8.314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.StoikiometriSederhana

4 g H₂ dan 48 g O₂ bertindak balas mengikut 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Berapakah jisim m bagi H₂O yang boleh terbentuk?

M(H₂) = 2.016M(O₂) = 32M(H₂O) = 18.02 g/mol

m = g

8.StoikiometriSukar

Dalam tindak balas 2H₂ + O₂ → 2H₂O, 4 g H₂ bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 22.17 g H₂O dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(H₂) = 2.016 g/molM(H₂O) = 18.02 g/molsebenar: 22.17 g

Y = %

9.Keseimbangan kimiaSederhana

0.25 mol/L H₂ dan 0.25 mol/L I₂ dimasukkan ke dalam bekas dan bertindak balas: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, dengan K_c = 64. Cari kepekatan keseimbangan [HI].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0.25 mol/LK_c = 64

[HI] = mol/L

10.Keseimbangan kimiaSukar

PCl₅ terurai: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, dengan K_c = 0.2 pada suhu tindak balas. Satu bekas bermula dengan 1 mol/L PCl₅ sahaja. Cari kepekatan keseimbangan [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 1 mol/LK_c = 0.2

[PCl₅] = mol/L

11.Kalorimetri & entalpiSederhana

Satu bongkah plumbum 50 g (c = 0.129 J/(g·°C)) pada 120 °C dijatuhkan ke dalam 200 g air (c = 4.18 J/(g·°C)) pada 20 °C dalam cawan berpenebat. Cari suhu akhir T_f.

m_metal = 50 gc_metal = 0.129 J/(g·°C)T_metal = 120 °Cm_water = 200 gT_water = 20 °Cc_water = 4.18 J/(g·°C)

T_f = °C

12.Kalorimetri & entalpiSukar

Gunakan entalpi pembentukan piawai untuk mencari haba q yang dibebaskan apabila 10 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

Dalam tindak balas peringkat pertama kepekatan A menurun daripada 0.8 mol/L kepada 0.32 mol/L dalam 30 min. Cari pemalar kadar k.

C_A0 = 0.8 mol/LC_A = 0.32 mol/Lt = 30 min

k = min⁻¹

14.Kinetik tindak balasSukar

Dua eksperimen mengukur kadar awal A → hasil. Dengan C_A0 = 0.5 mol/L kadarnya ialah 0.008 mol/(L·s); dengan C_A0 = 2 mol/L ia ialah 0.064 mol/(L·s). Cari peringkat tindak balas n terhadap A.

C_A0,1 = 0.5 mol/Lr₁ = 0.008 mol/(L·s)C_A0,2 = 2 mol/Lr₂ = 0.064 mol/(L·s)

n =

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)Sederhana

Satu tindak balas peringkat pertama fasa cecair A → B (k = 0.4 min⁻¹) berlaku dalam reaktor aliran sumbat (PFR) 100 L. Suapan masuk pada 50 L/min dengan C_A0 = 0.5 mol/L. Ketumpatan malar dan reaktor berada pada keadaan mantap. Cari kepekatan keluaran C_A.

V = 100 LQ = 50 L/mink = 0.4 min⁻¹C_A0 = 0.5 mol/L

C_A = mol/L

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)Sukar

Satu tindak balas peringkat pertama fasa cecair (k = 0.25 min⁻¹) berlaku dalam dua CSTR yang sama secara bersiri, setiap satu 150 L. Kadar suapan ialah 50 L/min, ketumpatan malar dan reaktor berada pada keadaan mantap. Cari penukaran keseluruhan X dalam peratus.

V = 150 L (×2)Q = 50 L/mink = 0.25 min⁻¹

X = %

17.Penukar haba (LMTD)Sederhana

Dalam sebuah kondenser, stim memeluwap pada 140 °C yang malar di luar tiub. Air penyejuk (3 kg/s, c_p = 4.18 kJ/(kg·K)) mengalir melalui tiub dan memanas daripada 15 kepada 115 °C. Pekali pemindahan haba keseluruhan ialah 3500 W/(m²·K). Cari luas pemindahan haba A yang diperlukan.

T_s = 140 °Cṁ = 3 kg/sc_p = 4.18 kJ/(kg·K)T_c: 15 → 115 °CU = 3500 W/(m²·K)

A = m²

18.Penukar haba (LMTD)Sukar

Stim memeluwap pada 140 °C yang malar di luar tiub sebuah kondenser dengan luas pemindahan haba 5 m² dan U = 1000 W/(m²·K). Air penyejuk (1.5 kg/s, c_p = 4.18 kJ/(kg·K)) masuk ke dalam tiub pada 30 °C. Cari suhu keluar air T_c,out.

T_s = 140 °CA = 5 m²U = 1000 W/(m²·K)ṁ = 1.5 kg/sc_p = 4.18 kJ/(kg·K)T_c,in = 30 °C

T_c,out = °C

19.Pengaliran habaSederhana

Satu dinding diperbuat daripada 50 mm polistirena terkembang dan 50 mm bata, dengan luas 12 m². Muka luarnya berada pada 17 °C dan 3 °C. Cari suhu T_i pada antara muka dua lapisan itu.

L₁ = 50 mm, k₁ = 0.035 W/(m·K)L₂ = 50 mm, k₂ = 0.72 W/(m·K)A = 12 m²T₁ = 17 °CT₃ = 3 °C

T_i = °C

20.Pengaliran habaSukar

Satu dinding 250 mm konkrit dan 25 mm papan gipsum memisahkan bilik pada 22 °C daripada udara luar pada -15 °C. Pekali perolakan ialah 10 W/(m²·K) di dalam dan 25 W/(m²·K) di luar, dan luas dinding ialah 10 m². Cari kehilangan haba Q̇ melalui dinding.

L₁ = 250 mm, k₁ = 1.4 W/(m·K)L₂ = 25 mm, k₂ = 0.17 W/(m·K)A = 10 m²h_i = 10 W/(m²·K)h_o = 25 W/(m²·K)T_room = 22 °CT_out = -15 °C

Q̇ = W

21.Geseran paip & kehilangan turusSederhana

Air mengalir pada halaju min 1 m/s melalui paip sepanjang 200 m dengan diameter dalam 150 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.022 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran h_f.

V = 1 m/sL = 200 mD = 150 mmf = 0.022g = 9.81 m/s²

h_f = m

22.Geseran paip & kehilangan turusSukar

Dua takungan terbuka disambung oleh paip sepanjang 100 m dengan diameter dalam 300 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.025. Permukaan air takungan atas berada 24 m di atas takungan bawah. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 3 lengkuk (K = 0.3 setiap satu), injap (K = 10) dan keluaran ke dalam takungan bawah (K = 1.0). Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kadar alir Q dalam L/s.

Δz = 24 mL = 100 mD = 300 mmf = 0.025K_entrance = 0.5K_bend = 0.3 (×3)K_valve = 10K_exit = 1.0

Q = L/s

23.Pam & kuasa pamSederhana

Satu pam menghantar 30 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 26 m. Kecekapan pam ialah 60% dan motor elektrik yang memacunya mempunyai kecekapan 95%. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kuasa elektrik P_el yang diambil oleh motor, dalam kW.

Q = 30 L/sH = 26 mη_pump = 60%η_motor = 95%g = 9.81 m/s²

P_el = kW

24.Pam & kuasa pamSukar

Satu pam memindahkan 30 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari takungan bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 6 m lebih tinggi. Paip itu sepanjang 600 m dengan diameter dalam 150 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 = 30 L/sΔz = 6 mL = 600 mD = 150 mmf = 0.018ΣK = 6

H = m

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ₂ = 950 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·(35 − 20)/(20 − 5) = 950 kg/h

Jawapan

ṁ₂ = 950 kg/h

2.Imbangan jisim

Jawapan: P = 105 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 = 600·7/40 = 105 kg/h

Jawapan

P = 105 kg/h

3.Imbangan tenaga

Jawapan: t_out = 58.78 °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 = 2.5·2.44·(180 − 120) = 366 kW

Haba yang diserap oleh air

t_out = t_in + Q/(ṁ_cc_p,c) = 15 + 366/(2·4.18) = 58.78 °C

Jawapan

t_out = 58.78 °C

4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁ_c = 1.139 kg/s

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

Haba dibebaskan

Q_h = 1·3.6·(180 − 110) = 252 kW

Haba yang sampai kepada air

Q_c = (1 − 0.15)·252 = 214.2 kW

Kadar alir air

ṁ_c = Q_c/(c_p,c·Δt) = 214.2/(4.18·45) = 1.139 kg/s

Jawapan

ṁ_c = 1.139 kg/s

5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 46592 kPa

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

Mol

n = m/M = 370/4.003 = 92.43 mol

T = 30 + 273.15 = 303.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 92.43·8.314·303.1/0.005 = 46592 kPa

Jawapan

P = 46592 kPa

6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 3.5 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

T = 160 + 273.15 = 433.1 K

Ketumpatan

ρ = 450·28.01/(8.314·433.1) = 3.5 kg/m³

Jawapan

ρ = 3.5 kg/m³

7.Stoikiometri

Jawapan: m = 35.75 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(H₂) = 4/2.016 = 1.984 mol

n(O₂) = 48/32 = 1.5 mol

Bahan tindak balas pengehad

1.984/2 = 0.9921, 1.5/1 = 1.5 → H₂

Jisim hasil

n(H₂O) = 0.9921·2 = 1.984 mol

m = 1.984·18.02 = 35.75 g

Jawapan

m = 35.75 g

8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 62.01 %

Hasil teori

n(H₂) = 4/2.016 = 1.984 mol

m = 1.984·2/2·18.02 = 35.75 g

Hasil peratusan

Y = 22.17/35.75·100 = 62.01%

Jawapan

Y = 62.01%

9.Keseimbangan kimia

Jawapan: [HI] = 0.4 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

64 = (2x)²/(0.25 − x)²

Ambil punca kuasa dua

8 = 2x/(0.25 − x) → x = 0.25·8/(2 + 8) = 0.2 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[HI] = 2x = 0.4 mol/L

Jawapan

[HI] = 0.4 mol/L

10.Keseimbangan kimia

Jawapan: [PCl₅] = 0.6417 mol/L

Ungkapan keseimbangan

0.2 = x²/(1 − x) → x² + 0.2·x − 0.2 = 0

Selesaikan kuadratik

x = (−0.2 + √(0.2² + 4·0.2))/2 = 0.3583 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[PCl₅] = 1 − 0.3583 = 0.6417 mol/L

Jawapan

[PCl₅] = 0.6417 mol/L

11.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: T_f = 20.77 °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

50·0.129·(120 − T_f) = 200·4.18·(T_f − 20)

Selesaikan untuk suhu akhir

T_f = (6.45·120 + 836·20)/(6.45 + 836) = 20.77 °C

Jawapan

T_f = 20.77 °C

12.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: q = 296.7 kJ

Entalpi tindak balas

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

Haba untuk jisim yang diberi

n = 10/46.07 = 0.2171 mol

q = n·|ΔH°/1| = 0.2171·1367 = 296.7 kJ

Jawapan

q = 296.7 kJ

13.Kinetik tindak balas

Jawapan: k = 0.03054 min⁻¹

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).

Hukum kamiran peringkat pertama

k = ln(C_A0/C_A)/t = ln(0.8/0.32)/30 = 0.9163/30 = 0.03054 min⁻¹

Jawapan

k = 0.03054 min⁻¹

14.Kinetik tindak balas

Jawapan: n = 1.5

Kaedah kadar awal: bagi r = k·Cⁿ, membandingkan dua larian yang hanya berbeza pada kepekatan awal menghapuskan k: r₂/r₁ = (C₂/C₁)ⁿ. Menggandakan C menggandakan kadar bagi peringkat pertama dan menjadikannya empat kali ganda bagi peringkat kedua.

Nisbah

r₂/r₁ = 0.064/0.008 = 8

C₂/C₁ = 2/0.5 = 4

Peringkat

n = ln(8)/ln(4) = 1.5

Jawapan

n = 1.5

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: C_A = 0.2247 mol/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 = V/Q = 100/50 = 2 min

Kepekatan keluaran

C_A = 0.5·e^−0.4·2 = 0.2247 mol/L

Jawapan

C_A = 0.2247 mol/L

Penukaran: X = 55.07%.

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: X = 67.35 %

Masa ruang

τ = V/Q = 150/50 = 3 min, kτ = 0.25·3 = 0.75

Penukaran

C₁/C_A0 = 1/(1 + kτ) = 1/(1 + 0.75) = 0.5714

C₂/C_A0 = 1/(1 + kτ)² = 0.3265

X = 1 − 0.3265 = 67.35%

Jawapan

X = 67.35%

17.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: A = 5.766 m²

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.

Beban haba daripada bahagian air

Q̇ = 3·4.18·(115 − 15) = 1254 kW

Beza suhu hujung

ΔT₁ = 140 − 15 = 125 K

ΔT₂ = 140 − 115 = 25 K

Beza suhu min logaritma

ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (125 − 25)/ln(125/25) = 62.13 K

Luas

A = Q̇/(U·ΔT_lm) = 1.254 × 10⁶/(3500·62.13) = 5.766 m²

Jawapan

A = 5.766 m²

18.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: T_c,out = 90.45 °C

Gabungkan imbangan tenaga dan persamaan kadar

Dengan ΔT₁ = T_s − T_c,in dan ΔT₂ = T_s − T_c,out, beza ΔT₁ − ΔT₂ sama dengan kenaikan suhu air, maka kenaikan itu saling batal.

ṁc_p(ΔT₁ − ΔT₂) = U·A·(ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂)

ln(ΔT₁/ΔT₂) = U·A/(ṁc_p) = 1000·5/(1.5·4180) = 0.7974

Suhu keluar

ΔT₂ = ΔT₁·e^−0.7974 = 110·0.4505 = 49.55 K

T_c,out = 140 − 49.55 = 90.45 °C

Jawapan

T_c,out = 90.45 °C

Haba yang dipindahkan: Q̇ = 379 kW.

19.Pengaliran haba

Jawapan: T_i = 3.649 °C

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) = (50/1000)/(0.035·12) = 0.119 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (50/1000)/(0.72·12) = 0.005787 K/W

Aliran haba

Q̇ = (T₁ − T₃)/(R₁ + R₂) = 14/0.1248 = 112.1 W

Suhu antara muka

Suhu menurun merentasi lapisan pertama sebanyak Q̇·R₁.

T_i = T₁ − Q̇·R₁ = 17 − 112.1·0.119 = 3.649 °C

Jawapan

T_i = 3.649 °C

20.Pengaliran haba

Jawapan: Q̇ = 794.6 W

Rintangan secara bersiri

R_i = 1/(h_iA) = 1/(10·10) = 0.01 K/W

R₁ = L₁/(k₁A) = (250/1000)/(1.4·10) = 0.01786 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (25/1000)/(0.17·10) = 0.01471 K/W

R_o = 1/(h_oA) = 1/(25·10) = 0.004 K/W

ΣR = 0.04656 K/W

Kehilangan haba

Q̇ = (22 − (-15))/0.04656 = 794.6 W

Jawapan

Q̇ = 794.6 W

21.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: h_f = 1.495 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.

Turus halaju

V²/(2g) = 1²/(2·9.81) = 0.05097 m

Darcy–Weisbach

h_f = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.022·(200/0.15)·1²/(2·9.81) = 1.495 m

Jawapan

h_f = 1.495 m

22.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: Q = 336.9 L/s

Pekali kehilangan

f·L/D = 0.025·100/0.3 = 8.333

ΣK = 0.5 + 3·0.3 + 10 + 1.0 = 12.4

Persamaan tenaga

Kedua-dua permukaan terbuka kepada udara dan hampir pegun, jadi seluruh Δz hilang dalam paip.

24 = (8.333 + 12.4)·V²/(2·9.81)

V = √(2·9.81·24/20.73) = 4.766 m/s

Kadar alir

Q = V·π·D²/4 = 4.766·0.07069 = 0.3369 m³/s = 336.9 L/s

Jawapan

Q = 336.9 L/s

23.Pam & kuasa pam

Jawapan: P_el = 13.42 kW

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 = 1000·9.81·0.03·26 = 7.652 kW

Kuasa aci

P_shaft = 7.652/0.6 = 12.75 kW

Kuasa elektrik

P_el = 12.75/0.95 = 13.42 kW

Jawapan

P_el = 13.42 kW

24.Pam & kuasa pam

Jawapan: H = 17.46 m

Halaju

V = Q/A = 0.03/0.01767 = 1.698 m/s

V²/(2g) = 0.1469 m

Kehilangan turus

h_L = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (72 + 6)·0.1469 = 11.46 m

Turus pam

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

H = Δz + h_L = 6 + 11.46 = 17.46 m

Jawapan

H = 17.46 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

Susun semula hukum gas

Ketumpatan

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

Hukum kamiran peringkat pertama

Jawapan

Nisbah

Peringkat

Jawapan

Masa ruang

Kepekatan keluaran

Jawapan

Masa ruang

Penukaran

Jawapan

Beban haba daripada bahagian air

Beza suhu hujung

Beza suhu min logaritma

Luas

Jawapan

Gabungkan imbangan tenaga dan persamaan kadar

Suhu keluar

Jawapan

Rintangan lapisan

Aliran haba

Suhu antara muka

Jawapan

Selesaikan untuk ṁ₂