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% gula? Cari ṁ₂.

ṁ₁ = 550 kg/hx₁ = 40 %x₂ = 20 %x₃ = 35 %

ṁ₂ = kg/h

2.Imbangan jisimSukar

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

F = 3500 kg/hx_F = 9 %x_P = 45 %

P = 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 = 1 kg/sc_p,h = 3.6 kJ/(kg·K)T_h: 120 → 90 °Cṁ_c = 1 kg/sc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)t_in = 15 °C

t_out = °C

4.Imbangan tenagaSukar

minyak ringan panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 10% 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: 170 → 80 °Ct: 20 → 85 °Cc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %

ṁ_c = kg/s

5.Hukum gas unggulSederhana

Satu tangki 20 L mengandungi 260 g He pada 100 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.

m = 260 gM = 4.003 g/molV = 20 LT = 100 °CR = 8.314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Hukum gas unggulSukar

Cari ketumpatan ρ bagi N₂ pada 100 kPa dan 120 °C, dengan menganggapnya gas unggul.

M = 28.01 g/molP = 100 kPaT = 120 °CR = 8.314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.StoikiometriSederhana

24 g Al dan 8 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 2Mg + O₂ → 2MgO, 30 g Mg bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 38.79 g MgO dikutip. Cari hasil peratusan Y.

M(Mg) = 24.31 g/molM(MgO) = 40.3 g/molsebenar: 38.79 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 = 36. Cari kepekatan keseimbangan [HI].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0.4 mol/LK_c = 36

[HI] = mol/L

10.Keseimbangan kimiaSukar

PCl₅ terurai: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, dengan K_c = 0.5 pada suhu tindak balas. Satu bekas bermula dengan 0.1 mol/L PCl₅ sahaja. Cari kepekatan keseimbangan [Cl₂].

[PCl₅]₀ = 0.1 mol/LK_c = 0.5

[Cl₂] = mol/L

11.Kalorimetri & entalpiSederhana

Satu bongkah besi 200 g (c = 0.449 J/(g·°C)) pada 170 °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 = 200 gc_metal = 0.449 J/(g·°C)T_metal = 170 °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 ΔH° bagi tindak balas C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O(l).

ΔH°f(C₆H₁₂O₆) = −1274 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393.5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285.8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

ΔH° = kJ

13.Kinetik tindak balasSederhana

Satu tindak balas peringkat kedua (−r_A = k·C_A²) mempunyai k = 0.05 L/(mol·min) dan kepekatan awal 0.8 mol/L. Cari separuh hayat pertamanya t_½.

k = 0.05 L/(mol·min)C_A0 = 0.8 mol/L

t_½ = min

14.Kinetik tindak balasSukar

Satu tindak balas mempunyai pemalar kadar 0.005 min⁻¹ pada 30 °C dan tenaga pengaktifan 90 kJ/mol. Cari pemalar kadar k₂ pada 40 °C.

k₁ = 0.005 min⁻¹T₁ = 30 °CT₂ = 40 °CE_a = 90 kJ/molR = 8.314 J/(mol·K)

k₂ = min⁻¹

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)Sederhana

Satu tindak balas peringkat pertama fasa cecair mesti mencapai penukaran 95%. Berapa kali ganda lebih besarkah CSTR mesti berbanding PFR untuk kadar suapan, pemalar kadar dan penukaran yang sama? Cari nisbah V_CSTR/V_PFR.

X = 95%peringkat pertama, k dan Q yang sama

V_CSTR/V_PFR =

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)Sukar

Satu tindak balas peringkat pertama fasa cecair (k = 0.25 min⁻¹) berlaku dalam CSTR 400 L yang disuap pada 80 L/min. Ketumpatan malar dan reaktor berada pada keadaan mantap. Cari penukaran X dalam peratus.

V = 400 LQ = 80 L/mink = 0.25 min⁻¹

X = %

17.Penukar haba (LMTD)Sederhana

Dalam sebuah kondenser, stim memeluwap pada 120 °C yang malar di luar tiub. Air penyejuk (3 kg/s, c_p = 4.18 kJ/(kg·K)) mengalir melalui tiub dan memanas daripada 10 kepada 45 °C. Pekali pemindahan haba keseluruhan ialah 3000 W/(m²·K). Cari luas pemindahan haba A yang diperlukan.

T_s = 120 °Cṁ = 3 kg/sc_p = 4.18 kJ/(kg·K)T_c: 10 → 45 °CU = 3000 W/(m²·K)

A = m²

18.Penukar haba (LMTD)Sukar

Stim memeluwap pada 130 °C yang malar di luar tiub sebuah kondenser dengan luas pemindahan haba 8 m² dan U = 3000 W/(m²·K). Air penyejuk (3 kg/s, c_p = 4.18 kJ/(kg·K)) masuk ke dalam tiub pada 10 °C. Cari suhu keluar air T_c,out.

T_s = 130 °CA = 8 m²U = 3000 W/(m²·K)ṁ = 3 kg/sc_p = 4.18 kJ/(kg·K)T_c,in = 10 °C

T_c,out = °C

19.Pengaliran habaSederhana

Satu dinding diperbuat daripada 250 mm konkrit dan 150 mm polistirena terkembang, dengan luas 6 m². Muka luarnya berada pada 25 °C dan 10 °C. Cari suhu T_i pada antara muka dua lapisan itu.

L₁ = 250 mm, k₁ = 1.4 W/(m·K)L₂ = 150 mm, k₂ = 0.035 W/(m·K)A = 6 m²T₁ = 25 °CT₃ = 10 °C

T_i = °C

20.Pengaliran habaSukar

Satu dinding 200 mm konkrit dan 25 mm bulu mineral memisahkan bilik pada 22 °C daripada udara luar pada -7 °C. Pekali perolakan ialah 7.7 W/(m²·K) di dalam dan 20 W/(m²·K) di luar, dan luas dinding ialah 10 m². Cari kehilangan haba Q̇ melalui dinding.

L₁ = 200 mm, k₁ = 1.4 W/(m·K)L₂ = 25 mm, k₂ = 0.04 W/(m·K)A = 10 m²h_i = 7.7 W/(m²·K)h_o = 20 W/(m²·K)T_room = 22 °CT_out = -7 °C

Q̇ = W

21.Geseran paip & kehilangan turusSederhana

Air mengalir pada halaju min 1.7 m/s melalui paip sepanjang 200 m dengan diameter dalam 300 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.028 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran h_f.

V = 1.7 m/sL = 200 mD = 300 mmf = 0.028g = 9.81 m/s²

h_f = m

22.Geseran paip & kehilangan turusSukar

Satu paip sepanjang 150 m dengan diameter dalam 250 mm (faktor geseran Darcy f = 0.015) bermula dari takungan terbuka dan mengalir keluar sebagai pancutan bebas ke udara. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 2 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 80 L/s?

Q = 80 L/sL = 150 mD = 250 mmf = 0.015K_entrance = 0.5K_bend = 0.3 (×2)K_valve = 2

H = m

23.Pam & kuasa pamSederhana

Satu pam dengan kecekapan 70% menghantar 20 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 32 m. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kuasa aci P_shaft yang diperlukan, dalam kW.

Q = 20 L/sH = 32 mη = 70%g = 9.81 m/s²

P_shaft = kW

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 9 m lebih tinggi. Paip itu sepanjang 100 m dengan diameter dalam 200 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.018; jumlah pekali kehilangan kecil ialah ΣK = 4 (masukan dan keluaran disertakan). Gunakan g = 9.81 m/s². Kecekapan pam ialah 85%. Cari kuasa aci P_shaft dalam kW.

Q = 80 L/sΔz = 9 mL = 100 mD = 200 mmf = 0.018ΣK = 4η = 85%

P_shaft = kW

3Larutan

1.Imbangan jisim

Jawapan: ṁ₂ = 183.3 kg/h

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

Imbangan

Total: ṁ₃ = ṁ₁ + ṁ₂

gula: ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = (ṁ₁ + ṁ₂)x₃

Selesaikan untuk ṁ₂

ṁ₂ = ṁ₁(x₁ − x₃)/(x₃ − x₂) = 550·(40 − 35)/(35 − 20) = 183.3 kg/h

Jawapan

ṁ₂ = 183.3 kg/h

2.Imbangan jisim

Jawapan: P = 700 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 = 3500·9/45 = 700 kg/h

Jawapan

P = 700 kg/h

3.Imbangan tenaga

Jawapan: t_out = 40.84 °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 = 1·3.6·(120 − 90) = 108 kW

Haba yang diserap oleh air

t_out = t_in + Q/(ṁ_cc_p,c) = 15 + 108/(1·4.18) = 40.84 °C

Jawapan

t_out = 40.84 °C

4.Imbangan tenaga

Jawapan: ṁ_c = 1.565 kg/s

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

Haba dibebaskan

Q_h = 2.5·2.1·(170 − 80) = 472.5 kW

Haba yang sampai kepada air

Q_c = (1 − 0.1)·472.5 = 425.3 kW

Kadar alir air

ṁ_c = Q_c/(c_p,c·Δt) = 425.3/(4.18·65) = 1.565 kg/s

Jawapan

ṁ_c = 1.565 kg/s

5.Hukum gas unggul

Jawapan: P = 10075 kPa

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

Mol

n = m/M = 260/4.003 = 64.95 mol

T = 100 + 273.15 = 373.1 K

Tekanan

P = nRT/V = 64.95·8.314·373.1/0.02 = 10075 kPa

Jawapan

P = 10075 kPa

6.Hukum gas unggul

Jawapan: ρ = 0.8569 kg/m³

Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).

Susun semula hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

T = 120 + 273.15 = 393.1 K

Ketumpatan

ρ = 100·28.01/(8.314·393.1) = 0.8569 kg/m³

Jawapan

ρ = 0.8569 kg/m³

7.Stoikiometri

Jawapan: m = 10.03 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) = 24/26.98 = 0.8895 mol

n(Cl₂) = 8/70.9 = 0.1128 mol

Bahan tindak balas pengehad

0.8895/2 = 0.4448, 0.1128/3 = 0.03761 → Cl₂

Jisim hasil

n(AlCl₃) = 0.03761·2 = 0.07522 mol

m = 0.07522·133.33 = 10.03 g

Jawapan

m = 10.03 g

8.Stoikiometri

Jawapan: Y = 78 %

Hasil teori

n(Mg) = 30/24.31 = 1.234 mol

m = 1.234·2/2·40.3 = 49.73 g

Hasil peratusan

Y = 38.79/49.73·100 = 78%

Jawapan

Y = 78%

9.Keseimbangan kimia

Jawapan: [HI] = 0.6 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

36 = (2x)²/(0.4 − x)²

Ambil punca kuasa dua

6 = 2x/(0.4 − x) → x = 0.4·6/(2 + 6) = 0.3 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[HI] = 2x = 0.6 mol/L

Jawapan

[HI] = 0.6 mol/L

10.Keseimbangan kimia

Jawapan: [Cl₂] = 0.08541 mol/L

Ungkapan keseimbangan

0.5 = x²/(0.1 − x) → x² + 0.5·x − 0.05 = 0

Selesaikan kuadratik

x = (−0.5 + √(0.5² + 4·0.05))/2 = 0.08541 mol/L

Kepekatan keseimbangan

[Cl₂] = x = 0.08541 mol/L

Jawapan

[Cl₂] = 0.08541 mol/L

11.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: T_f = 34.55 °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

200·0.449·(170 − T_f) = 200·4.18·(T_f − 20)

Selesaikan untuk suhu akhir

T_f = (89.8·170 + 836·20)/(89.8 + 836) = 34.55 °C

Jawapan

T_f = 34.55 °C

12.Kalorimetri & entalpi

Jawapan: ΔH° = −2802 kJ

Entalpi tindak balas

ΔH° = [6·(−393.5) + 6·(−285.8)] − [1·(−1274) + 6·0] = −2802 kJ

Jawapan

ΔH° = −2802 kJ

Negatif: tindak balas membebaskan haba (eksotermik).

13.Kinetik tindak balas

Jawapan: t_½ = 25 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).

Separuh hayat peringkat kedua

t_½ = 1/(k·C_A0) = 1/(0.05·0.8) = 25 min

Jawapan

t_½ = 25 min

Setiap separuh hayat berikutnya dua kali lebih panjang, kerana C₀ telah menjadi separuh.

14.Kinetik tindak balas

Jawapan: k₂ = 0.01564 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 = 303.1 K, T₂ = 313.1 K

Nisbah Arrhenius

ln(k₂/k₁) = −(90000/8.314)·(1/313.1 − 1/303.1) = 1.14

k₂ = 0.005·e^1.14 = 0.01564 min⁻¹

Jawapan

k₂ = 0.01564 min⁻¹

15.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: V_CSTR/V_PFR = 6.342

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.

k·τ untuk setiap reaktor

CSTR: k·τ = X/(1 − X) = 0.95/0.05 = 19

PFR: k·τ = ln(1/(1 − X)) = ln(20) = 2.996

Nisbah isi padu

V_CSTR/V_PFR = 19/2.996 = 6.342

Jawapan

V_CSTR/V_PFR = 6.342

Jurang bertambah dengan cepat pada penukaran tinggi.

16.Saiz reaktor (CSTR & PFR)

Jawapan: X = 55.56 %

Masa ruang

τ = V/Q = 400/80 = 5 min, kτ = 0.25·5 = 1.25

Penukaran

X = kτ/(1 + kτ) = 1.25/(1 + 1.25) = 55.56%

Jawapan

X = 55.56%

17.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: A = 1.601 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·(45 − 10) = 438.9 kW

Beza suhu hujung

ΔT₁ = 120 − 10 = 110 K

ΔT₂ = 120 − 45 = 75 K

Beza suhu min logaritma

ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (110 − 75)/ln(110/75) = 91.39 K

Luas

A = Q̇/(U·ΔT_lm) = 438900/(3000·91.39) = 1.601 m²

Jawapan

A = 1.601 m²

18.Penukar haba (LMTD)

Jawapan: T_c,out = 112.3 °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) = 3000·8/(3·4180) = 1.914

Suhu keluar

ΔT₂ = ΔT₁·e^−1.914 = 120·0.1475 = 17.7 K

T_c,out = 130 − 17.7 = 112.3 °C

Jawapan

T_c,out = 112.3 °C

Haba yang dipindahkan: Q̇ = 1283 kW.

19.Pengaliran haba

Jawapan: T_i = 24.4 °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) = (250/1000)/(1.4·6) = 0.02976 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (150/1000)/(0.035·6) = 0.7143 K/W

Aliran haba

Q̇ = (T₁ − T₃)/(R₁ + R₂) = 15/0.744 = 20.16 W

Suhu antara muka

Suhu menurun merentasi lapisan pertama sebanyak Q̇·R₁.

T_i = T₁ − Q̇·R₁ = 25 − 20.16·0.02976 = 24.4 °C

Jawapan

T_i = 24.4 °C

20.Pengaliran haba

Jawapan: Q̇ = 306 W

Rintangan secara bersiri

R_i = 1/(h_iA) = 1/(7.7·10) = 0.01299 K/W

R₁ = L₁/(k₁A) = (200/1000)/(1.4·10) = 0.01429 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (25/1000)/(0.04·10) = 0.0625 K/W

R_o = 1/(h_oA) = 1/(20·10) = 0.005 K/W

ΣR = 0.09477 K/W

Kehilangan haba

Q̇ = (22 − (-7))/0.09477 = 306 W

Jawapan

Q̇ = 306 W

21.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: h_f = 2.75 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) = 1.7²/(2·9.81) = 0.1473 m

Darcy–Weisbach

h_f = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.028·(200/0.3)·1.7²/(2·9.81) = 2.75 m

Jawapan

h_f = 2.75 m

22.Geseran paip & kehilangan turus

Jawapan: H = 1.773 m

Halaju

V = Q/A = 0.08/0.04909 = 1.63 m/s

V²/(2g) = 0.1354 m

Pekali kehilangan

f·L/D = 0.015·150/0.25 = 9

ΣK = 0.5 + 2·0.3 + 2 = 3.1

Persamaan tenaga

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

H = (1 + 9 + 3.1)·0.1354 = 1.773 m

Jawapan

H = 1.773 m

23.Pam & kuasa pam

Jawapan: P_shaft = 8.969 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 = 1000·9.81·0.02·32 = 6.278 kW

Kuasa aci

P_shaft = P_h/η = 6.278/0.7 = 8.969 kW

Jawapan

P_shaft = 8.969 kW

24.Pam & kuasa pam

Jawapan: P_shaft = 12.28 kW

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) = (9 + 4)·0.3305 = 4.297 m

Turus pam

H = Δz + h_L = 9 + 4.297 = 13.3 m

Kuasa aci

P_shaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9.81·0.08·13.3/0.85 = 12.28 kW

Jawapan

P_shaft = 12.28 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

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

Separuh hayat peringkat kedua

Jawapan

Suhu mutlak

Nisbah Arrhenius

Jawapan

k·τ untuk setiap reaktor

Nisbah isi padu

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

Rintangan secara bersiri

Selesaikan untuk ṁ₂