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 35% garam? Cari ṁ₂.

ṁ₁ = 650 kg/hx₁ = 45 %x₂ = 15 %x₃ = 35 %

ṁ₂ = kg/h

2.Imbangan jisimSukar

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

F = 1300 kg/hx_F = 11 %x_P = 50 %

W = 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: 160 → 60 °Cṁ_c = 3 kg/sc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)t_in = 10 °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 = 0.5 kg/sc_p,h = 3.6 kJ/(kg·K)T_h: 130 → 60 °Ct: 20 → 40 °Cc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %

ṁ_c = kg/s

5.Hukum gas unggulSederhana

Satu tangki 5 L mengandungi 500 g CO₂ pada 25 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 500 gM = 44.01 g/molV = 5 LT = 25 °CR = 8.314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Hukum gas unggulSukar

Cari ketumpatan ρ bagi Ar pada 200 kPa dan 110 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 39.95 g/molP = 200 kPaT = 110 °CR = 8.314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.StoikiometriSederhana

20 g CH₄ dan 40 g O₂ bertindak balas mengikut CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Berapakah jisim m bagi H₂O yang boleh terbentuk?

M(CH₄) = 16.04M(O₂) = 32M(H₂O) = 18.02 g/mol

m = g

8.StoikiometriSukar

Dalam tindak balas N₂ + 3H₂ → 2NH₃, 30 g N₂ bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 29.9 g NH₃ dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(N₂) = 28.02 g/molM(NH₃) = 17.03 g/molsebenar: 29.9 g

Y = %

9.Keseimbangan kimiaSederhana

0.2 mol/L H₂ dan 0.2 mol/L I₂ dimasukkan ke dalam bekas dan bertindak balas: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, dengan K_c = 50. Cari kepekatan keseimbangan [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0.2 mol/LK_c = 50

[H₂] = mol/L

10.Keseimbangan kimiaSukar

PCl₅ terurai: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, dengan K_c = 0.05 pada suhu tindak balas. Satu bekas bermula dengan 0.8 mol/L PCl₅ sahaja. Cari kepekatan keseimbangan [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 0.8 mol/LK_c = 0.05

[PCl₅] = mol/L

11.Kalorimetri & entalpiSederhana

Satu bongkah aluminium 100 g (c = 0.897 J/(g·°C)) pada 150 °C dijatuhkan ke dalam 400 g air (c = 4.18 J/(g·°C)) pada 24 °C dalam cawan berpenebat. Cari suhu akhir T_f.

m_metal = 100 gc_metal = 0.897 J/(g·°C)T_metal = 150 °Cm_water = 400 gT_water = 24 °Cc_water = 4.18 J/(g·°C)

T_f = °C

12.Kalorimetri & entalpiSukar

Gunakan entalpi pembentukan piawai untuk mencari ΔH° bagi tindak balas CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O(l).

ΔH°f(CH₄) = −74.8 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 0.6 mol/L dalam 15 min. Cari pemalar kadar k.

C_A0 = 2 mol/LC_A = 0.6 mol/Lt = 15 min

k = min⁻¹

14.Kinetik tindak balasSukar

Dua eksperimen mengukur kadar awal A → hasil. Dengan C_A0 = 0.1 mol/L kadarnya ialah 0.002 mol/(L·s); dengan C_A0 = 0.4 mol/L ia ialah 0.004 mol/(L·s). Cari peringkat tindak balas n terhadap A.

C_A0,1 = 0.1 mol/Lr₁ = 0.002 mol/(L·s)C_A0,2 = 0.4 mol/Lr₂ = 0.004 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) 250 L. Suapan masuk pada 40 L/min dengan C_A0 = 0.5 mol/L. Ketumpatan malar dan reaktor berada pada keadaan mantap. Cari kepekatan keluaran C_A.

V = 250 LQ = 40 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 = 0.1 min⁻¹) berlaku dalam dua CSTR yang sama secara bersiri, setiap satu 500 L. Kadar suapan ialah 100 L/min, ketumpatan malar dan reaktor berada pada keadaan mantap. Cari penukaran keseluruhan X dalam peratus.

V = 500 L (×2)Q = 100 L/mink = 0.1 min⁻¹

X = %

17.Penukar haba (LMTD)Sederhana

Satu penukar haba aliran selari memindahkan 490 kW. Bendalir panas menyejuk daripada 165 kepada 50 °C dan bendalir sejuk dipanaskan daripada 25 kepada 35 °C. Pekali pemindahan haba keseluruhan ialah 1500 W/(m²·K). Cari luas pemindahan haba A yang diperlukan.

Q̇ = 490 kWU = 1500 W/(m²·K)T_h: 165 → 50 °CT_c: 25 → 35 °C

A = m²

18.Penukar haba (LMTD)Sukar

Minyak panas (1 kg/s, c_p = 2.5 kJ/(kg·K)) menyejuk daripada 180 kepada 115 °C dalam penukar aliran berlawanan. Ia memanaskan 1 kg/s air (c_p = 4.18 kJ/(kg·K)) yang masuk pada 25 °C. Dengan U = 500 W/(m²·K), cari luas pemindahan haba A yang diperlukan.

ṁ_h = 1 kg/sc_p,h = 2.5 kJ/(kg·K)T_h: 180 → 115 °Cṁ_c = 1 kg/sc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)T_c,in = 25 °CU = 500 W/(m²·K)

A = m²

19.Pengaliran habaSederhana

Satu dinding diperbuat daripada 50 mm konkrit dan 25 mm bulu mineral, dengan luas 12 m². Muka luarnya berada pada 25 °C dan -15 °C. Cari aliran haba Q̇ melalui dinding.

L₁ = 50 mm, k₁ = 1.4 W/(m·K)L₂ = 25 mm, k₂ = 0.04 W/(m·K)A = 12 m²T₁ = 25 °CT₃ = -15 °C

Q̇ = W

20.Pengaliran habaSukar

Satu dinding 200 mm kaca dan 75 mm kayu memisahkan bilik pada 22 °C daripada udara luar pada -8 °C. Pekali perolakan ialah 8 W/(m²·K) di dalam dan 20 W/(m²·K) di luar, dan luas dinding ialah 12 m². Cari pekali pemindahan haba keseluruhan U bagi dinding.

L₁ = 200 mm, k₁ = 0.96 W/(m·K)L₂ = 75 mm, k₂ = 0.17 W/(m·K)A = 12 m²h_i = 8 W/(m²·K)h_o = 20 W/(m²·K)T_room = 22 °CT_out = -8 °C

U = W/(m²·K)

21.Geseran paip & kehilangan turusSederhana

Air (ρ = 1000 kg/m³) mengalir pada 2.4 m/s melalui paip mengufuk sepanjang 50 m dengan diameter dalam 150 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.025 dan g = 9.81 m/s². Cari susutan tekanan Δp sepanjang paip dalam kPa.

V = 2.4 m/sL = 50 mD = 150 mmf = 0.025ρ = 1000 kg/m³

Δp = kPa

22.Geseran paip & kehilangan turusSukar

Satu paip sepanjang 150 m dengan diameter dalam 150 mm (faktor geseran Darcy f = 0.018) 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 = 10). Gunakan g = 9.81 m/s². Seberapa tinggi H permukaan takungan mesti berada di atas keluaran paip untuk kadar alir 25 L/s?

Q = 25 L/sL = 150 mD = 150 mmf = 0.018K_entrance = 0.5K_bend = 0.3 (×4)K_valve = 10

H = m

23.Pam & kuasa pamSederhana

Dalam satu ujian, satu pam menghantar 50 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 68 m manakala acinya mengambil 42.8 kW. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kecekapan pam η dalam peratus.

Q = 50 L/sH = 68 mP_shaft = 42.8 kWg = 9.81 m/s²

η = %

24.Pam & kuasa pamSukar

Satu pam memindahkan 40 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari takungan bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 12 m lebih tinggi. Paip itu sepanjang 600 m dengan diameter dalam 150 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.022; jumlah pekali kehilangan kecil ialah ΣK = 8 (masukan dan keluaran disertakan). Gunakan g = 9.81 m/s². Kecekapan pam ialah 72%. Cari kuasa aci P_shaft dalam kW.

Q = 40 L/sΔz = 12 mL = 600 mD = 150 mmf = 0.022ΣK = 8η = 72%

P_shaft = kW

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ₂ = 325 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) = 650·(45 − 35)/(35 − 15) = 325 kg/h

Jawapan

ṁ₂ = 325 kg/h

2.Imbangan jisim

Jawapan: W = 1014 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 = 1300·11/50 = 286 kg/h

Imbangan jumlah

W = F − P = 1300 − 286 = 1014 kg/h

Jawapan

W = 1014 kg/h

3.Imbangan tenaga

Jawapan: t_out = 35.12 °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·(160 − 60) = 315 kW

Haba yang diserap oleh air

t_out = t_in + Q/(ṁ_cc_p,c) = 10 + 315/(3·4.18) = 35.12 °C

Jawapan

t_out = 35.12 °C

4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁ_c = 1.281 kg/s

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

Haba dibebaskan

Q_h = 0.5·3.6·(130 − 60) = 126 kW

Haba yang sampai kepada air

Q_c = (1 − 0.15)·126 = 107.1 kW

Kadar alir air

ṁ_c = Q_c/(c_p,c·Δt) = 107.1/(4.18·20) = 1.281 kg/s

Jawapan

ṁ_c = 1.281 kg/s

5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 5632 kPa

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

Mol

n = m/M = 500/44.01 = 11.36 mol

T = 25 + 273.15 = 298.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 11.36·8.314·298.1/0.005 = 5632 kPa

Jawapan

P = 5632 kPa

6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 2.508 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

T = 110 + 273.15 = 383.1 K

Ketumpatan

ρ = 200·39.95/(8.314·383.1) = 2.508 kg/m³

Jawapan

ρ = 2.508 kg/m³

7.Stoikiometri

Jawapan: m = 22.52 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(CH₄) = 20/16.04 = 1.247 mol

n(O₂) = 40/32 = 1.25 mol

Bahan tindak balas pengehad

1.247/1 = 1.247, 1.25/2 = 0.625 → O₂

Jisim hasil

n(H₂O) = 0.625·2 = 1.25 mol

m = 1.25·18.02 = 22.52 g

Jawapan

m = 22.52 g

8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 81.99 %

Hasil teori

n(N₂) = 30/28.02 = 1.071 mol

m = 1.071·2/1·17.03 = 36.47 g

Hasil peratusan

Y = 29.9/36.47·100 = 81.99%

Jawapan

Y = 81.99%

9.Keseimbangan kimia

Jawapan: [H₂] = 0.0441 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

50 = (2x)²/(0.2 − x)²

Ambil punca kuasa dua

7.071 = 2x/(0.2 − x) → x = 0.2·7.071/(2 + 7.071) = 0.1559 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[H₂] = 0.2 − x = 0.0441 mol/L

Jawapan

[H₂] = 0.0441 mol/L

10.Keseimbangan kimia

Jawapan: [PCl₅] = 0.6234 mol/L

Ungkapan keseimbangan

0.05 = x²/(0.8 − x) → x² + 0.05·x − 0.04 = 0

Selesaikan kuadratik

x = (−0.05 + √(0.05² + 4·0.04))/2 = 0.1766 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[PCl₅] = 0.8 − 0.1766 = 0.6234 mol/L

Jawapan

[PCl₅] = 0.6234 mol/L

11.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: T_f = 30.42 °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

100·0.897·(150 − T_f) = 400·4.18·(T_f − 24)

Selesaikan untuk suhu akhir

T_f = (89.7·150 + 1672·24)/(89.7 + 1672) = 30.42 °C

Jawapan

T_f = 30.42 °C

12.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: ΔH° = −890.3 kJ

Entalpi tindak balas

ΔH° = [1·(−393.5) + 2·(−285.8)] − [1·(−74.8) + 2·0] = −890.3 kJ

Jawapan

ΔH° = −890.3 kJ

Negatif: tindak balas membebaskan haba (eksotermik).

13.Kinetik tindak balas

Jawapan: k = 0.08026 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(2/0.6)/15 = 1.204/15 = 0.08026 min⁻¹

Jawapan

k = 0.08026 min⁻¹

14.Kinetik tindak balas

Jawapan: n = 0.5

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 = 0.004/0.002 = 2

C₂/C₁ = 0.4/0.1 = 4

Peringkat

n = ln(2)/ln(4) = 0.5

Jawapan

n = 0.5

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: C_A = 0.04104 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 = 250/40 = 6.25 min

Kepekatan keluaran

C_A = 0.5·e^−0.4·6.25 = 0.04104 mol/L

Jawapan

C_A = 0.04104 mol/L

Penukaran: X = 91.79%.

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: X = 55.56 %

Masa ruang

τ = V/Q = 500/100 = 5 min, kτ = 0.1·5 = 0.5

Penukaran

C₁/C_A0 = 1/(1 + kτ) = 1/(1 + 0.5) = 0.6667

C₂/C_A0 = 1/(1 + kτ)² = 0.4444

X = 1 − 0.4444 = 55.56%

Jawapan

X = 55.56%

17.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: A = 5.837 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 = 165 − 25 = 140 K

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

Beza suhu min logaritma

ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (140 − 15)/ln(140/15) = 55.96 K

Luas

A = Q̇/(U·ΔT_lm) = 490000/(1500·55.96) = 5.837 m²

Jawapan

A = 5.837 m²

18.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: A = 3.17 m²

Beban haba dan suhu keluaran air

Q̇ = ṁ_hc_p,h(T_h,in − T_h,out) = 1·2.5·65 = 162.5 kW

T_c,out = 25 + 162.5/(1·4.18) = 63.88 °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 = 180 − 63.88 = 116.1 K

ΔT₂ = T_h,out − T_c,in = 115 − 25 = 90 K

Beza suhu min logaritma

ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (116.1 − 90)/ln(116.1/90) = 102.5 K

Luas

A = Q̇/(U·ΔT_lm) = 162500/(500·102.5) = 3.17 m²

Jawapan

A = 3.17 m²

19.Pengaliran haba

Jawapan: Q̇ = 726.5 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) = (50/1000)/(1.4·12) = 0.002976 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (25/1000)/(0.04·12) = 0.05208 K/W

Aliran haba

Q̇ = (T₁ − T₃)/(R₁ + R₂) = 40/0.05506 = 726.5 W

Jawapan

Q̇ = 726.5 W

20.Pengaliran haba

Jawapan: U = 1.213 W/(m²·K)

Rintangan secara bersiri

R_i = 1/(h_iA) = 1/(8·12) = 0.01042 K/W

R₁ = L₁/(k₁A) = (200/1000)/(0.96·12) = 0.01736 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (75/1000)/(0.17·12) = 0.03676 K/W

R_o = 1/(h_oA) = 1/(20·12) = 0.004167 K/W

ΣR = 0.06871 K/W

Pekali keseluruhan

U = 1/(A·ΣR) = 1/(12·0.06871) = 1.213 W/(m²·K)

Jawapan

U = 1.213 W/(m²·K)

21.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: Δp = 24 kPa

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.

Kehilangan turus

h_f = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.025·(50/0.15)·2.4²/(2·9.81) = 2.446 m

Susutan tekanan

Paip itu mengufuk dan halaju tidak berubah, jadi persamaan tenaga dipermudahkan kepada Δp = ρ·g·h_f.

Δp = ρ·g·h_f = 1000·9.81·2.446 = 24000 Pa = 24 kPa

Jawapan

Δp = 24 kPa

22.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: H = 3.132 m

Halaju

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

V²/(2g) = 0.102 m

Pekali kehilangan

f·L/D = 0.018·150/0.15 = 18

ΣK = 0.5 + 4·0.3 + 10 = 11.7

Persamaan tenaga

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

H = (1 + 18 + 11.7)·0.102 = 3.132 m

Jawapan

H = 3.132 m

23.Pam & kuasa pam

Jawapan: η = 77.93 %

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 = 1000·9.81·0.05·68 = 33.35 kW

Kecekapan

η = P_h/P_shaft = 33.35/42.8 = 77.93%

Jawapan

η = 77.93%

24.Pam & kuasa pam

Jawapan: P_shaft = 20.2 kW

Halaju

V = Q/A = 0.04/0.01767 = 2.264 m/s

V²/(2g) = 0.2611 m

Kehilangan turus

h_L = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (88 + 8)·0.2611 = 25.07 m

Turus pam

H = Δz + h_L = 12 + 25.07 = 37.07 m

Kuasa aci

P_shaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9.81·0.04·37.07/0.72 = 20.2 kW

Jawapan

P_shaft = 20.2 kW

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

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

Jawapan

Hukum kamiran peringkat pertama

Jawapan

Nisbah

Peringkat

Jawapan

Masa ruang

Kepekatan keluaran

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

Jawapan

Selesaikan untuk ṁ₂