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% garam? Cari ṁ₂.

ṁ₁ = 250 kg/hx₁ = 10 %x₂ = 35 %x₃ = 15 %

ṁ₂ = kg/h

2.Imbangan jisimSukar

Satu penyejat memekatkan larutan garam dengan mendidihkan air tulen. Cari air yang tersejat W dalam kg/h.

F = 4400 kg/hx_F = 9 %x_P = 50 %

W = kg/h

3.Imbangan tenagaSederhana

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

ṁ_h = 0.5 kg/sc_p,h = 3.6 kJ/(kg·K)T_h: 140 → 70 °Cṁ_c = 1.5 kg/sc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)t_in = 30 °C

t_out = °C

4.Imbangan tenagaSukar

minyak ringan panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 5% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁ_c yang diperlukan.

ṁ_h = 2.5 kg/sc_p,h = 2.1 kJ/(kg·K)T_h: 150 → 60 °Ct: 30 → 45 °Cc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %

ṁ_c = kg/s

5.Hukum gas unggulSederhana

Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 40 g Ar pada 800 kPa dan 55 °C? Anggap ia gas unggul.

m = 40 gM = 39.95 g/molP = 800 kPaT = 55 °CR = 8.314 J/(mol·K)

V = L

6.Hukum gas unggulSukar

Jumlah Ar yang tetap berubah daripada 150 kPa, 10 L, 35 °C kepada 400 kPa dan 120 °C. Cari isi padu baharu V₂.

P₁ = 150 kPaV₁ = 10 LT₁ = 35 °CP₂ = 400 kPaT₂ = 120 °C

V₂ = L

7.StoikiometriSederhana

24 g Na dan 80 g Cl₂ bertindak balas mengikut 2Na + Cl₂ → 2NaCl. Berapakah jisim m bagi NaCl yang boleh terbentuk?

M(Na) = 22.99M(Cl₂) = 70.9M(NaCl) = 58.44 g/mol

m = g

8.StoikiometriSukar

Dalam tindak balas N₂ + 3H₂ → 2NH₃, 10 g N₂ bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 7.54 g NH₃ dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(N₂) = 28.02 g/molM(NH₃) = 17.03 g/molsebenar: 7.54 g

Y = %

9.Keseimbangan kimiaSederhana

0.4 mol/L H₂ dan 0.4 mol/L I₂ dimasukkan ke dalam bekas dan bertindak balas: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, dengan K_c = 25. Cari kepekatan keseimbangan [HI].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0.4 mol/LK_c = 25

[HI] = mol/L

10.Keseimbangan kimiaSukar

PCl₅ terurai: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, dengan K_c = 0.08 pada suhu tindak balas. Satu bekas bermula dengan 1 mol/L PCl₅ sahaja. Cari kepekatan keseimbangan [Cl₂].

[PCl₅]₀ = 1 mol/LK_c = 0.08

[Cl₂] = mol/L

11.Kalorimetri & entalpiSederhana

Satu bongkah aluminium 250 g (c = 0.897 J/(g·°C)) pada 180 °C dijatuhkan ke dalam 300 g air (c = 4.18 J/(g·°C)) pada 17 °C dalam cawan berpenebat. Cari suhu akhir T_f.

m_metal = 250 gc_metal = 0.897 J/(g·°C)T_metal = 180 °Cm_water = 300 gT_water = 17 °Cc_water = 4.18 J/(g·°C)

T_f = °C

12.Kalorimetri & entalpiSukar

Gunakan entalpi pembentukan piawai untuk mencari ΔH° bagi tindak balas C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O(l).

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

ΔH° = kJ

13.Kinetik tindak balasSederhana

Dalam tindak balas peringkat pertama kepekatan A menurun daripada 2 mol/L kepada 1.2 mol/L dalam 40 min. Cari pemalar kadar k.

C_A0 = 2 mol/LC_A = 1.2 mol/Lt = 40 min

k = min⁻¹

14.Kinetik tindak balasSukar

Dua eksperimen mengukur kadar awal A → hasil. Dengan C_A0 = 0.4 mol/L kadarnya ialah 0.005 mol/(L·s); dengan C_A0 = 0.8 mol/L ia ialah 0.04 mol/(L·s). Cari peringkat tindak balas n terhadap A.

C_A0,1 = 0.4 mol/Lr₁ = 0.005 mol/(L·s)C_A0,2 = 0.8 mol/Lr₂ = 0.04 mol/(L·s)

n =

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)Sederhana

Satu tindak balas peringkat pertama fasa cecair A → B dengan k = 0.25 min⁻¹ dijalankan dalam reaktor aliran sumbat (PFR) yang disuap pada 80 L/min. Ketumpatan malar dan reaktor berada pada keadaan mantap. Cari isi padu reaktor V dalam liter untuk penukaran A sebanyak 60%.

Q = 80 L/mink = 0.25 min⁻¹X = 60%

V = L

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)Sukar

Satu tindak balas peringkat pertama fasa cecair (k = 0.4 min⁻¹) berlaku dalam reaktor aliran sumbat (PFR) 50 L yang disuap pada 80 L/min. Ketumpatan malar dan reaktor berada pada keadaan mantap. Cari penukaran X dalam peratus.

V = 50 LQ = 80 L/mink = 0.4 min⁻¹

X = %

17.Penukar haba (LMTD)Sederhana

Satu penukar haba aliran selari memindahkan 380 kW. Bendalir panas menyejuk daripada 85 kepada 65 °C dan bendalir sejuk dipanaskan daripada 20 kepada 60 °C. Pekali pemindahan haba keseluruhan ialah 500 W/(m²·K). Cari luas pemindahan haba A yang diperlukan.

Q̇ = 380 kWU = 500 W/(m²·K)T_h: 85 → 65 °CT_c: 20 → 60 °C

A = m²

18.Penukar haba (LMTD)Sukar

Minyak panas (2 kg/s, c_p = 2.1 kJ/(kg·K)) menyejuk daripada 95 kepada 65 °C dalam penukar aliran berlawanan. Ia memanaskan 1.5 kg/s air (c_p = 4.18 kJ/(kg·K)) yang masuk pada 10 °C. Dengan U = 800 W/(m²·K), cari luas pemindahan haba A yang diperlukan.

ṁ_h = 2 kg/sc_p,h = 2.1 kJ/(kg·K)T_h: 95 → 65 °Cṁ_c = 1.5 kg/sc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)T_c,in = 10 °CU = 800 W/(m²·K)

A = m²

19.Pengaliran habaSederhana

Satu dinding diperbuat daripada 50 mm papan gipsum dan 50 mm kaca, dengan luas 4 m². Muka luarnya berada pada 22 °C dan -9 °C. Cari suhu T_i pada antara muka dua lapisan itu.

L₁ = 50 mm, k₁ = 0.17 W/(m·K)L₂ = 50 mm, k₂ = 0.96 W/(m·K)A = 4 m²T₁ = 22 °CT₃ = -9 °C

T_i = °C

20.Pengaliran habaSukar

Satu dinding 150 mm polistirena terkembang dan 50 mm kayu memisahkan bilik pada 20 °C daripada udara luar pada -14 °C. Pekali perolakan ialah 10 W/(m²·K) di dalam dan 20 W/(m²·K) di luar, dan luas dinding ialah 20 m². Cari kehilangan haba Q̇ melalui dinding.

L₁ = 150 mm, k₁ = 0.035 W/(m·K)L₂ = 50 mm, k₂ = 0.17 W/(m·K)A = 20 m²h_i = 10 W/(m²·K)h_o = 20 W/(m²·K)T_room = 20 °CT_out = -14 °C

Q̇ = W

21.Geseran paip & kehilangan turusSederhana

Air mengalir pada 4 L/s melalui paip sepanjang 500 m dengan diameter dalam 50 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.03 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran h_f.

Q = 4 L/sL = 500 mD = 50 mmf = 0.03g = 9.81 m/s²

h_f = m

22.Geseran paip & kehilangan turusSukar

Satu paip sepanjang 150 m dengan diameter dalam 200 mm (faktor geseran Darcy f = 0.02) bermula dari takungan terbuka dan mengalir keluar sebagai pancutan bebas ke udara. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 4 lengkuk (K = 0.3 setiap satu) dan injap (K = 2). Gunakan g = 9.81 m/s². Seberapa tinggi H permukaan takungan mesti berada di atas keluaran paip untuk kadar alir 40 L/s?

Q = 40 L/sL = 150 mD = 200 mmf = 0.02K_entrance = 0.5K_bend = 0.3 (×4)K_valve = 2

H = m

23.Pam & kuasa pamSederhana

Satu pam menghantar 15 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 70 m. Kecekapan pam ialah 70% dan motor elektrik yang memacunya mempunyai kecekapan 88%. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kuasa elektrik P_el yang diambil oleh motor, dalam kW.

Q = 15 L/sH = 70 mη_pump = 70%η_motor = 88%g = 9.81 m/s²

P_el = kW

24.Pam & kuasa pamSukar

Satu pam memindahkan 25 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari takungan bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 8 m lebih tinggi. Paip itu sepanjang 100 m dengan diameter dalam 150 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.015; jumlah pekali kehilangan kecil ialah ΣK = 5 (masukan dan keluaran disertakan). Gunakan g = 9.81 m/s². Cari turus H yang mesti ditambah oleh pam.

Q = 25 L/sΔz = 8 mL = 100 mD = 150 mmf = 0.015ΣK = 5

H = m

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ₂ = 62.5 kg/h

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

Imbangan

Total: ṁ₃ = ṁ₁ + ṁ₂

garam: ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = (ṁ₁ + ṁ₂)x₃

Selesaikan untuk ṁ₂

ṁ₂ = ṁ₁(x₁ − x₃)/(x₃ − x₂) = 250·(10 − 15)/(15 − 35) = 62.5 kg/h

Jawapan

ṁ₂ = 62.5 kg/h

2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 3608 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 = 4400·9/50 = 792 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 4400 − 792 = 3608 kg/h

Jawapan

W = 3608 kg/h

3.Imbangan tenaga

Jawapan: t_out = 50.1 °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 = 0.5·3.6·(140 − 70) = 126 kW

Haba yang diserap oleh air

t_out = t_in + Q/(ṁ_cc_p,c) = 30 + 126/(1.5·4.18) = 50.1 °C

Jawapan

t_out = 50.1 °C

4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁ_c = 7.159 kg/s

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

Haba dibebaskan

Q_h = 2.5·2.1·(150 − 60) = 472.5 kW

Haba yang sampai kepada air

Q_c = (1 − 0.05)·472.5 = 448.9 kW

Kadar alir air

ṁ_c = Q_c/(c_p,c·Δt) = 448.9/(4.18·15) = 7.159 kg/s

Jawapan

ṁ_c = 7.159 kg/s

5.Hukum gas unggul

Jawapan: V = 3.415 L

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

Mol

n = 40/39.95 = 1.001 mol

T = 55 + 273.15 = 328.1 K

Isi padu

V = nRT/P = 1.001·8.314·328.1/800 = 3.415 L

Jawapan

V = 3.415 L

6.Hukum gas unggul

Jawapan: V₂ = 4.784 L

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

Suhu mutlak

T₁ = 308.1 K, T₂ = 393.1 K

Hukum gas gabungan

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 10·(150/400)·(393.1/308.1) = 4.784 L

Jawapan

V₂ = 4.784 L

7.Stoikiometri

Jawapan: m = 61.01 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(Na) = 24/22.99 = 1.044 mol

n(Cl₂) = 80/70.9 = 1.128 mol

Bahan tindak balas pengehad

1.044/2 = 0.522, 1.128/1 = 1.128 → Na

Jisim hasil

n(NaCl) = 0.522·2 = 1.044 mol

m = 1.044·58.44 = 61.01 g

Jawapan

m = 61.01 g

8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 62.03 %

Hasil teori

n(N₂) = 10/28.02 = 0.3569 mol

m = 0.3569·2/1·17.03 = 12.16 g

Hasil peratusan

Y = 7.54/12.16·100 = 62.03%

Jawapan

Y = 62.03%

9.Keseimbangan kimia

Jawapan: [HI] = 0.5714 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/(0.4 − x)²

Ambil punca kuasa dua

5 = 2x/(0.4 − x) → x = 0.4·5/(2 + 5) = 0.2857 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[HI] = 2x = 0.5714 mol/L

Jawapan

[HI] = 0.5714 mol/L

10.Keseimbangan kimia

Jawapan: [Cl₂] = 0.2457 mol/L

Ungkapan keseimbangan

0.08 = x²/(1 − x) → x² + 0.08·x − 0.08 = 0

Selesaikan kuadratik

x = (−0.08 + √(0.08² + 4·0.08))/2 = 0.2457 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[Cl₂] = x = 0.2457 mol/L

Jawapan

[Cl₂] = 0.2457 mol/L

11.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: T_f = 41.73 °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

250·0.897·(180 − T_f) = 300·4.18·(T_f − 17)

Selesaikan untuk suhu akhir

T_f = (224.3·180 + 1254·17)/(224.3 + 1254) = 41.73 °C

Jawapan

T_f = 41.73 °C

12.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: ΔH° = −1367 kJ

Entalpi tindak balas

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

Jawapan

ΔH° = −1367 kJ

Negatif: tindak balas membebaskan haba (eksotermik).

13.Kinetik tindak balas

Jawapan: k = 0.01277 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(2/1.2)/40 = 0.5108/40 = 0.01277 min⁻¹

Jawapan

k = 0.01277 min⁻¹

14.Kinetik tindak balas

Jawapan: n = 3

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 = 0.04/0.005 = 8

C₂/C₁ = 0.8/0.4 = 2

Peringkat

n = ln(8)/ln(2) = 3

Jawapan

n = 3

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: V = 293.2 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 − 0.6))/0.25 = 0.9163/0.25 = 3.665 min

Isi padu

V = Q·τ = 80·3.665 = 293.2 L

Jawapan

V = 293.2 L

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: X = 22.12 %

Masa ruang

τ = V/Q = 50/80 = 0.625 min, kτ = 0.4·0.625 = 0.25

Penukaran

X = 1 − e^−kτ = 1 − e^−0.25 = 22.12%

Jawapan

X = 22.12%

17.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: A = 32.49 m²

Kaedah LMTD: beza suhu antara kedua-dua aliran berubah sepanjang penukar, jadi persamaan kadar menggunakan min logaritmanya: Q̇ = U·A·ΔT_lm, dengan ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), dengan ΔT₁ dan ΔT₂ ialah beza pada kedua-dua hujung. Aliran berlawanan memberikan ΔT_lm yang lebih besar daripada aliran selari untuk suhu masuk dan keluar yang sama.

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 = 85 − 20 = 65 K

ΔT₂ = T_h,out − T_c,out = 65 − 60 = 5 K

Beza suhu min logaritma

ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (65 − 5)/ln(65/5) = 23.39 K

Luas

A = Q̇/(U·ΔT_lm) = 380000/(500·23.39) = 32.49 m²

Jawapan

A = 32.49 m²

18.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: A = 2.633 m²

Beban haba dan suhu keluaran air

Q̇ = ṁ_hc_p,h(T_h,in − T_h,out) = 2·2.1·30 = 126 kW

T_c,out = 10 + 126/(1.5·4.18) = 30.1 °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 = 95 − 30.1 = 64.9 K

ΔT₂ = T_h,out − T_c,in = 65 − 10 = 55 K

Beza suhu min logaritma

ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (64.9 − 55)/ln(64.9/55) = 59.82 K

Luas

A = Q̇/(U·ΔT_lm) = 126000/(800·59.82) = 2.633 m²

Jawapan

A = 2.633 m²

19.Pengaliran haba

Jawapan: T_i = −4.336 °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)/(0.17·4) = 0.07353 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (50/1000)/(0.96·4) = 0.01302 K/W

Aliran haba

Q̇ = (T₁ − T₃)/(R₁ + R₂) = 31/0.08655 = 358.2 W

Suhu antara muka

Suhu menurun merentasi lapisan pertama sebanyak Q̇·R₁.

T_i = T₁ − Q̇·R₁ = 22 − 358.2·0.07353 = −4.336 °C

Jawapan

T_i = −4.336 °C

20.Pengaliran haba

Jawapan: Q̇ = 143.8 W

Rintangan secara bersiri

R_i = 1/(h_iA) = 1/(10·20) = 0.005 K/W

R₁ = L₁/(k₁A) = (150/1000)/(0.035·20) = 0.2143 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (50/1000)/(0.17·20) = 0.01471 K/W

R_o = 1/(h_oA) = 1/(20·20) = 0.0025 K/W

ΣR = 0.2365 K/W

Kehilangan haba

Q̇ = (20 − (-14))/0.2365 = 143.8 W

Jawapan

Q̇ = 143.8 W

21.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: h_f = 63.46 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·0.05²/4 = 0.001963 m²

V = Q/A = 0.004/0.001963 = 2.037 m/s

Turus halaju

V²/(2g) = 2.037²/(2·9.81) = 0.2115 m

Darcy–Weisbach

h_f = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.03·(500/0.05)·2.037²/(2·9.81) = 63.46 m

Jawapan

h_f = 63.46 m

22.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: H = 1.628 m

Halaju

V = Q/A = 0.04/0.03142 = 1.273 m/s

V²/(2g) = 0.08263 m

Pekali kehilangan

f·L/D = 0.02·150/0.2 = 15

ΣK = 0.5 + 4·0.3 + 2 = 3.7

Persamaan tenaga

Pancutan keluaran masih membawa turus halajunya; ia bukan kehilangan tetapi mesti dibekalkan.

H = (1 + 15 + 3.7)·0.08263 = 1.628 m

Jawapan

H = 1.628 m

23.Pam & kuasa pam

Jawapan: P_el = 16.72 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 = 1000·9.81·0.015·70 = 10.3 kW

Kuasa aci

P_shaft = 10.3/0.7 = 14.71 kW

Kuasa elektrik

P_el = 14.71/0.88 = 16.72 kW

Jawapan

P_el = 16.72 kW

24.Pam & kuasa pam

Jawapan: H = 9.53 m

Halaju

V = Q/A = 0.025/0.01767 = 1.415 m/s

V²/(2g) = 0.102 m

Kehilangan turus

h_L = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (10 + 5)·0.102 = 1.53 m

Turus pam

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

H = Δz + h_L = 8 + 1.53 = 9.53 m

Jawapan

H = 9.53 m

Ini ialah bahan latihan bebas. ExamProblems tidak berafiliasi dengan atau disokong oleh organisasi yang mengendalikan peperiksaan ini, dan nama peperiksaan hanya digunakan untuk menerangkan kandungannya. FE exam dikendalikan oleh NCEES, yang tidak bergabung dengan ExamProblems dan tidak menyokongnya.

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

Imbangan jumlah

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

Isi padu

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

Jawapan

Hukum kamiran peringkat pertama

Jawapan

Nisbah

Peringkat

Jawapan

Masa ruang

Isi padu

Jawapan

Masa ruang

Penukaran

Jawapan

Beza suhu hujung

Beza suhu min logaritma

Luas

Jawapan

Beban haba dan suhu keluaran air

Beza suhu hujung

Beza suhu min logaritma

Luas

Jawapan

Rintangan lapisan

Aliran haba

Suhu antara muka

Selesaikan untuk ṁ₂